摘 要：在風(fēng)力發(fā)電光伏發(fā)電工程施工中，高壓（10kV、35kV）單芯電纜的應(yīng)用能夠在很大程度上提高系統(tǒng)電能輸送，但是由于電纜感應(yīng)電壓的存在，大多電力公司在單芯電纜應(yīng)用時都非常謹慎。文章主要根據(jù)電力電纜設(shè)計規(guī)范及相關(guān)安全運行規(guī)程，通過計算將35kV及10kV單芯電力電纜感應(yīng)電壓、電流消除的控制在安全規(guī)范以內(nèi)。

關(guān)鍵詞：發(fā)電；單芯電力電纜；感應(yīng)電壓

引言

隨著國民經(jīng)濟快速發(fā)展，國民對于電力負荷用電量大幅增加，且隨著城市建設(shè)對于景觀的要求，電力電纜在風(fēng)電場配電系統(tǒng)的應(yīng)用越來越多，而單芯高壓電纜也越來越多。但是由于單芯電纜在實際用過程中存在感應(yīng)電壓，在施工過程中，容易形成感應(yīng)電流，造成電纜屏蔽層過熱，進而出現(xiàn)事故。導(dǎo)致單芯電力電纜的應(yīng)用不能被廣大電力公司所接受。

鑒于以上原因，通過與各大設(shè)備廠家溝通，并借閱相關(guān)國家標準規(guī)范，指定出一套有利于在實際電力工程中應(yīng)用的方法。

1 項目概述

根據(jù)電力安全規(guī)程規(guī)定：35kV及以下電壓等級的三芯電纜都采用兩端接地方式，這是因為在正常運行中，流過三個線芯的電流總和為零，在鋁包或金屬屏蔽層外基本上沒有磁鏈，這樣，在鋁包或金屬屏蔽層兩端就基本上沒有感應(yīng)電壓，所以兩端接地后不會有感應(yīng)電流流過鋁包或金屬屏蔽層。但當采用單芯電纜，它的線芯與金屬屏蔽層的關(guān)系，可看作一個變壓器的初級繞組中線圈與鐵芯的關(guān)系。當單芯電纜線芯通過電流時就會有磁力線交鏈鋁包或金屬屏蔽層，使它的兩端出現(xiàn)感應(yīng)電壓。這部分磁通使金屬護套產(chǎn)生的感應(yīng)電壓數(shù)值與電纜排列中心距離和金屬護套平均半徑之比的對數(shù)成正比，并且與導(dǎo)體負荷電纜、頻率及電纜長度成正比。且在等邊三角形排列的線路中，三相感應(yīng)電壓相等；在水平排列的線路中，邊相的感應(yīng)電壓比中相感應(yīng)電壓高。

在此我們提出一種通過采用接地電阻箱及交叉互聯(lián)箱的方法降低及消除感應(yīng)電壓、感應(yīng)電流的方法。

2 系統(tǒng)方案

電纜護層兩端接地，金屬護套感應(yīng)電壓會在金屬護套中產(chǎn)生循環(huán)電纜，此電纜大小與電纜線芯中負荷電流大小密切相關(guān)，同時還與間距等因素有關(guān)。循環(huán)電流致使金屬護套因產(chǎn)生損耗而發(fā)熱，將降低電纜的輸送能量，更有甚者將會發(fā)生電纜互層爆炸的危險。

交流系統(tǒng)中單芯電纜線路一回或兩回的各相按通常配置排列情況下，在電纜金屬層上任一點非直接接地處的正常感應(yīng)電勢值，可按下式計算：

Es=L×ES0（1）

Es為感應(yīng)電勢（V）；L為電纜金屬層的電氣通路上任一部位與其直接接地處的距離（km）；Es0為單位長度的正常感應(yīng)電勢（V/km）。

*Es0的計算放法參照《電力工程電纜設(shè)計規(guī)范》（GB/50217-2007）附錄F：表F.0.2 Es0表達公式表。

由于感應(yīng)電壓與電纜長度成正比，當電纜線路較長時，過高的感應(yīng)電壓同樣可能危及人身安全，并可能導(dǎo)致設(shè)備損壞，因此必須妥善處理感應(yīng)電壓。

根據(jù)《電力工程電纜設(shè)計規(guī)范》要求：交流單芯電力電纜的金屬層上任一點非直接接地處的正常感應(yīng)電勢計算，宜符合本規(guī)范附錄F的規(guī)定。電纜線路的正常感應(yīng)電勢最大值應(yīng)滿足下列規(guī)定：未采取能有效防止人員任意接觸金屬層的安全措施時，不得大于50V；除上述情況外，不得大于300V。

（1）電纜互層采用一端接地，一端者不接地。此方法對于段距離單芯電纜輻射能夠起到保護作用。由于感應(yīng)電壓與電纜長度成正比，為保證人身及設(shè)備安全，堅決不能用到長距離輸配電線路。

（2）電纜護層一端接地，另一端經(jīng)護層電壓限制器接地，此方法對于短距離單芯電纜敷設(shè)能夠起到保護作用，但是對于較長距離單芯電纜敷設(shè)效果并不顯著。

電纜互層采用一端接地一端經(jīng)互層電壓限制器接地或者不接地方式；電纜互層采用一端接地、一端經(jīng)互層電壓限制器接地。此方法對于短距離單芯電纜敷設(shè)能夠起到保護作用，但是對于長距離單芯電纜敷設(shè)效果并不顯著。

以上兩種方法雖能解決某些地方單芯運行時遇到的問題，但扔然不夠全面。為此先將各種具體方法全面介紹。

3 方法分析

在具體施工中通常采用以下幾種方法來解決上述問題：

對于電纜線路不長的情況下，可采用一端直接接地，另一端加裝限電壓保護器接地；對于電纜線路較長，單點直接接地方式無法滿足本規(guī)范要求時，可采取在線路兩端直接接地，電纜中間位置將金屬護套經(jīng)限電壓保護器接地方式，或者線路兩端金屬護套經(jīng)限電壓保護器接地，中間位置直接接地方式；對于電纜線路長的情況，采用絕緣接頭將金屬護套分隔成多段，使每段的感應(yīng)電壓限制在小于50V的安全范圍以內(nèi)，即將電纜金屬護套交叉互聯(lián)。

金屬護套交叉互聯(lián)的方法是：將一側(cè)A相金屬護套連接到另一側(cè)B相；將一側(cè)B相金屬護套連接到另一側(cè)C相；將一側(cè)C相金屬護套連接到另一側(cè)A相的方法。如圖1：

金屬護套經(jīng)交叉互聯(lián)后，I段C相連接到II段B相；然后又接到第III段A相，如上圖所示，由于A、B、C三相的感應(yīng)電動勢的相角差為120°，如果三段電纜長度相等，則在一個大段中金屬護套三相合成電動勢理論上應(yīng)等于零。電纜金屬金屬護套采用交叉互聯(lián)后，與不實行交叉互聯(lián)相比較，除有效的解決感應(yīng)電壓的影響外，電纜線路的輸送容量可以有較大提高。因此為了減少電纜線路的損耗，提高電纜的輸送容量，高壓單芯電纜的金屬護套一般均采用交叉互聯(lián)或單點互聯(lián)的方式。

4 標準措施方法

根據(jù)單芯電纜感應(yīng)電壓計算方式，計算單芯電纜感應(yīng)雅典，并確定實際施工中的集中施工方案如下。

4.1 金屬護套兩端接地

當電纜線路長度很短、負荷電流一般較小，金屬護套上的感應(yīng)電壓很小，造成的損耗不大，對載流量的影響也不大時可以考慮采用兩段接地。接地方法如同三芯電纜護套接地方法。見圖2：

4.2 金屬護套一端接地

當電纜線路長度不長，負荷電流不大時，電纜金屬護套可以采用一端直接接地、另一端經(jīng)保護器接地的連接方式，使金屬護套不構(gòu)成回路，消除金屬護套的環(huán)形電流。見圖3：

4.3 金屬護套中點接地

金屬護套中點接地的方式是在電纜線路的中間將金屬護套直接接地，兩端經(jīng)保護器接地。金屬護套中點接地的電纜線路長度可以看作金屬護套一端接地的電纜線路的2倍。見圖4。

當電纜線路不適合金屬護套中點接地時，可以在電纜線路的中部裝設(shè)一個電纜互層中間絕緣接頭，使其兩側(cè)電纜的金屬護套在軸向斷開并分別境保護器接地，電纜線路的兩端直接接地，見圖5：

4.4 金屬護套交叉互聯(lián)

電纜線路長度較長時，金屬護套應(yīng)采用交叉互聯(lián)。這種事將電纜分成若干大段，每一大段原則上分成成都相等的三小段，每小段之間裝設(shè)絕緣接頭，絕緣接頭處三相金屬護套用同軸電纜進行換位連接，絕緣接頭處裝設(shè)一組保護器，每一大段的兩端金屬護套直接接地，見圖6：

5 其他措施及要求

（1）電纜敷設(shè)溫度不應(yīng)低于零度，當施工現(xiàn)場的環(huán)境溫度不能滿足要求時，應(yīng)該避開在寒冷期間施工或者采取適當?shù)念A(yù)加溫措施（如提高周圍溫度等）加熱至零度及以上后及時敷設(shè)。敷設(shè)前應(yīng)將電纜在0℃以上的環(huán)境中放置至少24小時，確保電纜內(nèi)外溫度一致。（2）電纜在敷設(shè)時，A、B、C三相做到長度相等。（3）供敷設(shè)單芯高壓交聯(lián)電纜的排管應(yīng)選用非磁性管材，排管管徑應(yīng)符合D≥1.5d要求（D管子內(nèi)徑，d電纜外徑）。（4）施工時電纜牽引力不得超過16000牛，側(cè)壓力不得超過31.9千牛/米，電纜牽引速度不宜超過8-15m/min。以確保電纜導(dǎo)體及金屬護套的完好性。（5）電纜敷設(shè)前應(yīng)檢查電纜外觀質(zhì)量，核對電纜型號、規(guī)格、長度。電纜外護套應(yīng)均勻地擠包在非鎧裝電纜的內(nèi)襯層上或鎧裝電纜的鎧裝層上，表面應(yīng)光滑圓整，色澤均勻，無油污，無凸起或斷裂的單線。無明顯絞線凸紋，無損傷屏蔽及絕緣的毛刺、銳邊，不應(yīng)有尖角、顆粒、燒焦或擦傷的痕跡，敷設(shè)過程要采取有效措施，確保外護層完好。并按規(guī)定要求必須對電纜電氣絕緣性能和外觀進行試驗，并形成施工前書面驗收記錄。（6）放線架結(jié)構(gòu)應(yīng)堅固，不得傾斜，保證電纜盤能正常轉(zhuǎn)動，不得無放線架放線。電纜應(yīng)從電纜盤的上部放線；路徑直線部分每隔3-5m設(shè)置一個電纜滑輪，彎曲轉(zhuǎn)彎部位要采用滑輪組成合適弧度的滑輪組。牽引頭與牽引鋼絲（網(wǎng)套）之間應(yīng)安裝防捻器，用以消除電纜敷設(shè)過程中產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力。（7）電纜外護套應(yīng)均勻地擠包在非鎧裝電纜的內(nèi)襯層上或鎧裝電纜的鎧裝層上，表面應(yīng)光滑圓整，色澤均勻，無油污，無凸起或斷裂的單線。無明顯絞線凸紋，無損傷屏蔽及絕緣的毛刺、銳邊，不應(yīng)有尖角、顆粒、燒焦或擦傷的痕跡，敷設(shè)過程要采取有效措施，確保外護層完好。（8）工程中電纜金屬護套接地應(yīng)嚴格按電纜線路設(shè)計規(guī)定要求執(zhí)行，不得有虛接、漏接、錯接等影響線路正常運行的操作，保證整條線路完整性。（9）對緊貼的正三角形排列絕緣電纜，間隔1m采用非磁性帶材扎緊，如適當放大扎緊間隔，扎帶厚度或?qū)挾纫思訌?。?0）電纜敷設(shè)時要按蛇形敷設(shè)或者上下支架跳躍敷設(shè)，留有一定余度，以防因為熱脹冷縮造成電纜受力。（11）如有兩個以上的中間接頭，接頭位置不宜放在一起，最小距離不小于3m。接頭應(yīng)盡量避開彎道及斜坡處，防止電纜受力而損傷電纜頭。（12）施工過程中要嚴格按照電氣裝置安裝工程電纜線路施工驗收規(guī)范、建筑電氣工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范進行施工。

參考文獻

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[4]電力電纜施工及驗收規(guī)范[S].中國計劃出版社.

作者簡介：戴曉亮（1983-），男，陜西西安，助理工程師，本科，主要從事光伏系統(tǒng)集成的設(shè)計與研究。

李騰飛（1986-），男，陜西西安，助理工程師，本科，主要從事光伏系統(tǒng)集成的電氣系統(tǒng)設(shè)計與研究。

姚一波（1988-），男，陜西西安，助理工程師，本科，主要從事光伏系統(tǒng)集成的電氣系統(tǒng)設(shè)計與研究。