高压单芯电力电缆T接对电缆金属层接地的影响分析

1、    高压单芯电力电缆t接对电缆金属层接地的影响分析    王伟【摘  要】分本文析了110kv高压单芯电缆常见的三种金属套接地方式中增加电缆t接头时对原t接电缆金属套接地的影响情况。提出了增加的电缆t接头处电缆金属套的接地设置方式。特别的对于采用交叉互联接地方式的电缆段，本文分析了如何设置新增电缆t接头，可以尽可能避免金属套环流的问题。对于110kv高压电缆线路的设计具有一定的指导意义。【关键词】高压单芯电力电缆;金属套接地;电缆t接;环流随着国民经济水平的提高，我国城市的规划建设标准也逐年不断的得到提高。由于高压架空线路在城市中占用土地，

2、存在电磁辐射以及影响城市景观等原因，目前我国的大中型城市在市区内都普遍的采用高压电力电缆替代了高压架空线路，使得我们的城市风貌更加靓丽。1 高压单芯电力电缆t接存在的原因由于我国经济的快速发展，人口大量聚集的中心城市的城市配电网大多已经采用110kv电压等级。因此在中心城市内存在着大量的110kv变电站及相应110kv电力电缆线路。高压电力电缆的线路通道再加上电缆本体及相关配套设施，投资远高于相同长度的架空电力线路。在中心城市110kv变电站的110kv侧接入系统设计中，从节约投资的角度出发，存在设置主干高压电缆线路，并将新建变电站t接至主干高压电缆线路的趋势。如此做法，目的是在保证足够电网可

3、靠性的基础上最大限度的节约电缆及电缆线路通道的投资。因此，随着我国大型城市的不斷发展，以及城市负荷密度的提高，必然需要建设越来越多的高压电缆线路。对于电网投资主体的电网公司，由于电缆线路投资较高，使其不能只考虑可靠性，从而使得高压电缆线路的t接不可避免。对于110kv级的高压电力电缆无论从绝缘的角度，还是从载流量的角度都不适合生产制造三芯电缆，因此对于110kv等级的城市配电网将会更多的出现高压单芯电力电缆相互t接的情况。2 常用的高压单芯电力电缆t接头型式及结构目前定型生产的高压单芯电力电缆分支接头（t接头）分为sf6充气式和干式两种。sf6充气式分支接头为不锈钢密封充气罐式结构，电缆采用插

4、拔式结构，不锈钢箱体，内充sf6气体;箱内有三组在工厂中预装调试并密封好的通用插拔座;电缆插拔头与sf6气体隔离，插拔时无需充/放气体。插拔头部分为全干式结构;箱体上装有防爆膜、压力密度计（有报警信号输出功能）及充/放气阀等装置。干式分支接头由外壳、绝缘主体、插拔头（含应力锥）、连接金具等零部件组成。外壳采用铸铝制造;密封圈为压力容器专用密封圈;整个接头为全干式结构，其分支接头主绝缘为高性能绝缘树脂，采用真空浇注成型工艺与金属保护壳整体成型，采用进口epdm橡胶制造预制应力锥，借助锥托弹簧支撑应力锥与电缆绝缘、应力锥与分支接头主体的锥面之间紧密接合;连接金具设计为插拔式免模压结构。从上面两种类

5、型的高压单芯电力电缆分支接头（t接头）的结构可知，无论哪种类型都存在t接的三段高压电缆除中心导体外，其绝缘层、半导电层、金属护套以及外护套将被剥离。如此的结构，必然使得t接的三段电缆的金属护套是相互独立的。3高压单芯电力电缆t接头后对原电缆线路金属层接地的影响根据gb50217-2018电力工程电缆设计标准4.1.12条：“交流系统单芯电力电缆金属套接地方式选择应符合下列规定：1 线路不长，且能满足本标准第4.1.11条要求时，应采取在线路一端或中央部位单点直接接地;2 线路较长，单点直接接到方式无法满足本标准第4.1.11条的要求时，水下电缆、35kv及以下电缆或输送容量较小的35kv以上电

6、缆，可采取在线路两端直接接地;3 除本条第1款、第2款外的长线路，宜划分适当的单元，且在每个单元内按3个长度尽可能均等区段，应设置绝缘接头或实施电缆金属套的绝缘分隔，以交叉互联接地。”对于城市配电网的110kv电缆线路而言，基本不会出现上述规范第2款的情况，故主要有三种金属套接地方式，即线路一端单点直接接地、线路中央单点直接接地及交叉互联接地。对于采用单点接地（线路一端单点直接接地、线路中央单点直接接地）方式的高压单芯电缆而言，在线路中任意点设置电缆t接头不会对原电缆已有接地方式造成影响，我们需要考虑的是增加电缆t接头后主干线路工作电流提高后，电缆不接地端感应电势最大值是否超过50v，若超过则

7、需采取措施防止人员接触到电缆金属套或其引出线。若感应电势最大值超过300v（可能性较小）则需将主干电缆增加分段来降低感应电势。对于采用单点接地方式的高压单芯电缆被t接后的电缆金属套接地方式变化可见下图。图2中主干电缆l1和分支电缆l2在被t接前是一段电缆，t接后电缆被t接头分隔为两段电缆。电缆从被t接前的一段单点接地电缆（l1与l2和起来是一段单点接地），到被t接后成为两段单点接地电缆（l1和l2分别是一段单点接地）。在图2中我们设置了电缆中电流的流向，可以看出在电缆被t接前，主干电缆l1和分支电缆l2的工作电流是一样的既a1，在被t接后主干电缆l1的工作电流增加为a1+a2（为两条分支电缆电

8、流之和），故需要对主干电缆不接地端的感应电压重新进行校验。对于采用交叉互联接地方式的高压单芯电缆，在线路交叉互联区段内进行t接将会对对原电缆已有接地方式造成影响。由于电缆被t接后将被分隔为两段，此后形成的主干电缆段中工作电流会增加。在一个交叉互联段中，电缆要求由三个等长的区段组成，若t接点不设在一个交叉互联段的两个端点附近，那么都会导致三个等长的区段变得不等长的情况，这必将导致这个交叉互联段中的金属套感应电势叠加后不平衡从而在金属套中出现环流。环流会造成额外的线路损耗，增加电缆发热，从而限制电缆的工作电流，严重的会导致电缆绝缘老化加快降低电缆寿命。对于采用交叉互联接地方式的高压单芯电缆被t接后

9、的电缆金属套接地方式变化可见下图。图3中电缆被t接前l1与l2是一段电缆，l1+l2的长度与l3、l4相等，并构成了一段交叉互联接地区段。当电缆在交叉互联区段内被t接后，由于电缆t接头（电缆分支接头）的结构特点，其须把t接头处三段电缆的金属套引出，故在t接头处必须设置三段电缆金属套的直接接地点或保护接地点（经护层电压限制器接地）。然而t接点设置在电缆的交叉互联区段内，根据交叉互联接地的特点l2段电缆的t接头处金属套就应是直接接地，而l1段则可采用单点接地方式在l1段t接头处金属套设置护层电压限制器，如图4中所示。图4中电缆被t后原电缆重新形成的金属套接地系统中，l2与l3、l4形成的新的交叉互

10、联区段虽然工作电流都为a1，但由于l2与l3、l4不再等长从而导致三段金属套感应电势叠加后会出现不平衡电势，进而在金属套中产生环流。环流的大小取决于l2与l3、l4的不等长程度，当t接头设在电缆绝缘头y处时l2长度最小为0，此时环流最大;当t接头设在电缆中间头x处时l2长度最大与l3、l4等长，此时环流为0。根据上述分析，在电缆的交叉互联区段中设置t接头时须经可能的靠近这个区段的中间接头处，从而避免环流的产生。4结论本文介绍了110kv高压单芯电缆常见的三种金属套接地方式及电缆t接头的型式及结构特征。分析了在110kv高压单芯电缆常见的三种金属套接地设置方式中增加电缆t接头时对原t接电缆金属套接地的影响，并提出了增加的电缆t接头处电缆金属套的接地设置方式