（安徽华电工程咨询设计有限公司 安徽合肥 230022）
摘要：改革开放以来，我国的电力工业快速发展，取得了重大的成就，为国民经济和社会发展做出了巨大的贡献。随着现代化进程的加快，电与经济、电与社会、电与人民的生活越来越紧密。而输电线路是电力系统中电能传输、交换、调节和分配的主要环节，是现代电力系统的主动脉。110kV在城市电网电缆设计中起着至关重要的作用，所以对城市电网电缆设计进行一定的优化措施及改造，可以有效的提高城市电网的质量及效率，促进城市电缆工程的快速发展。
关键词：城市；电网电缆；设计
输电电缆在城市110kV电网的设计改造中，是不能缺少的一部分，引起了相关人员的高度重视，输电电缆的优化设计有利于维持电力系统的正常运行。早期铺设的电缆线路不能满足现在许多城市的供电需求，最初建设的时候存在着各种电线乱接乱搭以及建设不标准的现象，或者时间久了一些输电电缆线路发生老化，输电电缆线路损耗较大，导致到户后电压比较低，如果输电电缆线出现持续发热严重的现象，还会引起火灾等安全事故。近年来，新时期我国城市建设对城市高压电网电缆设计提出了更高的要求，不但使得输电线路的传输容量得到了迅速的增长，而且总长度也得到了更多的延伸，因此，对10kV输电电网电缆设计进行优化显得非常重要。
一、城市电缆设计改造的必要性
对城市电网电缆设计有效并合理地进行改造，能够极大地提高城市高压电网的供电质量和效率，从而推进国家电网建设的进程。在城市110kv电网的设计改造中，输电电缆是整个电网中不可或缺的一部分，在维持电力系统的正常运行方面发挥着十分关键的作用，并且引起了相关人员的高度重视。由于早期铺设的电缆线路现在不能够满足诸多城市的供电需求，而且输电电缆线路上损耗较大，到户后电压比较低。与此同时，如果输电电缆线持续发热严重还会引起火灾。另外，有些输电电缆线路已经老化。近年来，新时期我国城市建设对城市高压电网电缆设计提出了更高的要求。不但使得输电线路的传输容量得到了迅速的增长，而且总长度也得到了更多的延伸，因此，对110kv输电电网电缆设计进行加强和改造就尤为必要。
二、城市110kv电网电缆的选择
城市高压架空线路的故障随着城区的高压架空线路受到线路走廊的限制而逐渐地增多，运行方式也会出现不灵活等问题。然而如果改用敷设于地下的电缆线路，在占用地上空间上来说能够避免，相对于城市的美观来说其投资费用可以接受，在同一地下电缆通道中还能够容纳多回线路。人身安全方面的优势来说，由于电缆是隐蔽在地下的，因此也是十分有利的。电缆主要由保护层、绝缘层、线芯以及屏蔽层等组成。在电能的分配和信息的传输方面有着广泛的应用。目前主要应用于一些工矿企业以及地下电网。由于电缆敷设于地下，因此大大地减小了气占地面积，也能够保障其受到环境和天气的影响更小，减小和避免雷电的影响，使电缆的运行更加可靠。同时电缆的使用有利于美化城市。电缆无需巡检，因而能够减小维护电缆的工作量。电缆的使用能够节省大量材料，使得其具有更高的经济性。在电缆的线损方面，电容性元件的电缆能够很大程度上提高线路功率因数。
三、110KV电网的配套设备
为了使电网规划更加合理，在110KV电网的建设过程中，要使用10KV的电网作为配套设备。10KV电网的作用主要有以下几点：首先，使用10KV电网的主体架构可以增加110KV电网的使用效率。其次，要建设10KV联络线路的主要原因是作为110KV电路的备用电路，当110KV电网的流量超过电网的使用范围的时候，10KV电网就可以发挥作用，相当于给110KV电网进行扩容。最后，10KV电网中通过的主要是大电流容量，大横截面为主，可以使110kV电网的变电所供电能力显著提升。因此，10KV电网作为配套设备，可以大大提高110KV电网的使用性能。
四、110kV电网的规划设计
4.1变压器的选择
选择主变容量时，参考变电站建成后5--10年（甚至要考虑到10--20年）的负荷发展；对于担负重要负荷的变电站，某台主变停运时，其余变压器的容量要满足：在过负荷能力允许的时间内保证对一级和二级负荷的正常供电；单台变压器容量应从全网出发，推行系列化、标准化。
4.210KV电网接线方式的选择
采用两联络结线方式，构建环网时，相互间有联络的线路，不超过4条回路，两个联络点之间至少配一个分段开关，同时将负荷均衡分配在各段线路上；农村变电站对供电可靠性、运行灵活性要求不高，建议采用单辐射、单链、单环或者双辐射；城区变电站对供电可靠性、运行灵活性要求较高，建议采用双链、双环或者双T；重要城区变电和带有一类负荷的专用变电站，建议采用双链或者3T。
4.3变电站站址
变电站选择站址时，要满足以下几点：结合目前的布局和以后的发展，使变电站处于负荷中心；进出线避免交叉和相互跨越；节约用地；认真选择优良地形，避免地基下陷、主体倾斜以及洪涝等灾害。
4.4线路走廊的控制
线路走廊的控制主要包括：控制线路走廊费用和安全。走廊费用与地理条件、人口密度和经济水平关系很大，征地越来越困难，而且费用随时间递增，使的线路走廊非常紧缺，需要在用地预控方面多做工作。所以，做电网规格设计时，必须做好这方面的概预，要留足资金裕度。
五、城市110kV电网电缆的设计问题分析
5.1电缆的选择
110kV电缆导体主要分铜芯、铝芯两种，就城市电网电缆的日常设计而言，一般选用前者。110kV电缆的选型主要包括以下部分：①电缆金属护套；②电缆外护套；③电力电缆截面。
5.2电缆金属护套的选择
高压交联电缆的金属屏蔽层或金属护套种类较多，有铅护套、皱纹铝护套、皱纹铜护套、皱纹不锈钢套等。目前在工程中采用高压交联电缆的金属护套主要有二种，合金铅护套和皱纹铝护套。
皱纹铝套的优点是机械强度高，铝护套电缆承受内压力的能力较高，不再需要径向加固；铝的密度小，使得电缆的重量轻；直流电阻小，有良好的导电性能，允许通过的短路电流大。其主要缺点是耐腐蚀性差；电缆外径大。合金铅套电缆的优点是密封性能好，可以防止水分或者潮气进入电缆绝缘；耐腐蚀性比一般金属好；性质柔软，使电缆易于弯曲。其主要缺点是比重较大；机械强度较小，耐震性小，电缆铅包可能在机械振动的作用下损坏；铅的密度大，电缆重量较重；直流电阻率高，允许通过的短路电流小。
在工程实际应用中，考虑到电缆运行时需较高的可靠性以及在电缆施工过程中便于牵引，建议110kV电缆优先考虑采用皱纹铝护套。
5.3电缆外护套的选择
高压交联电缆的外护套材料主要有两种，聚氯乙烯（PVC）和聚乙烯（PE）。这二种护套各有其优缺点。聚氯乙烯护套优点是阻燃性能好；在较高环境温度下电缆的弯曲性能好，与外表面半导电石墨涂层的粘附性强，阻燃性能也好。其缺点是在常温下的机械性能不如聚乙烯护套好，如敷设时擦碰，护套绝缘容易损坏；再有一旦发生火灾后会产生有毒和腐蚀性很强的气体。因此阻燃聚氯乙烯外护套还应满足低烟无卤的要求。
聚乙烯护套优点是在常温下具备很硬的机械性能，耐磨耐刮。在敷设时有擦碰不易损伤护套。缺点是聚乙烯护套阻燃性能差，而且在燃烧过程中容易流淌。聚乙烯护套与其表面授半导电涂层的粘附性也较差，电缆在复绕、存放和运行过程中均会有脱落现象。
鉴于在城市尤其在市中心区域，电力电缆主要沿排管敷设，对电缆本体无特殊的阻燃要求，且在电缆敷设过程中，电缆外护套需承受较大摩擦力和一定的侧压力，故电缆外护套建议优先考虑采用聚乙烯（PE）。
5.4电力电缆截面的选择
电力电缆的载流量是选取电缆截面的主要因素。电力电缆的载流量是指电缆在最高允许温度下，电缆导线允许通过的最大电流。在设计或选用电缆时，应使电缆各部分损耗产生的热量不会使电缆温度超过最高允许温度。电缆载流量是电缆运行中受环境条件和负荷影响的重要动态运行参数，其重要性涉及输电线路的安全可靠、经济合理的运行以及电缆寿命等问题。在大多数情况下，电缆的传输容量由它的最高允许温度确定的。
在工程实际应用中，电力系统专业应根据110kV电缆在不同敷设方式下的不同载流量，确定合适的电缆截面以满足要求达到的系统输送容量。通常来讲，目前应用较为广泛的110kV电缆截面主要有400mm2、630mm2、800mm2以及1000mm2。
5.5电缆附件的选择
目前国内110kV交联电缆附件普遍选用预制式附件。预制式电缆附件具有施工方便，安装周期短、性能稳定等优点。因此在工程实际应用中建议优先考虑采用预制型终端与中间接头（包括绝缘与直通两种类型）。
5.6电缆敷设方式
在城市电网建设中，尤其是在城市中心区域，例如上海地区，考虑到绿色环保的理念，非架空敷设的110kV电力电缆大多数情况下通过地下穿管的方式来进行敷设。在设计过程中，应充分考虑电缆在敷设过程中的纵向拉力、侧向压力、转弯半径等是否满足相关要求，并视情况在电缆中间接头及电缆终端等地按规定预留一定的长度余量，以便留有足够的施工裕度。另外还需根据电缆实际长度，来合理地分配电缆金属护套的接地方式。
5.7电缆金属护套的接地方式
以下介绍几种在工程实际应用中常用的电缆金属护套接地方式：
5.7.1护套交叉互联接地
当整条电缆线路可以分割成大致均等的3段或3n段时采用这种方式。此时，每3段构成一个循环，两个中间接头做成绝缘接头以便于交叉互联，两端的终端（或直通接头）的金属护套直接接地。这种接地方式就是通过三相护套的换位使金属护套的感应电势在矢量上构成一个闭合的三角形，从而使其两端的电势差为零，等同于三相电缆的护套结构。从而可以把每个交叉互联单元的两端的金属护套直接接地而不会产生环流。当然，由于各种原因，每个交叉互联单元中的三段电缆的长度不可能完全相等，以及由于三相电缆的排列方式不可能完全对称，导致其感应电势不可能完全为零，环流在一定程度上存在。但由于这种接地方式安全可靠，只要每段电缆长度的长短差值不超过一定限值，环流值可以接受，就应该采用这种交叉互联接地方式。
5.7.2护套两端接地
110kV交联聚乙烯绝缘单芯电缆金属护套上的感应电压与电缆的长度和负荷电流成正比。当电缆线路很短，传输功率很小时，护套上的感应电压极小。护套两端接地形成通路后，护层中的环流很小，造成的损耗不显著，对电缆的载流量影响不大。故当电缆线路很短，利用小时数较低，且传输容量有较大裕度时，电缆线路可以采用护套两端接地。
5.7.3护套中点接地
当电缆线路长度为两盘电缆时可采用这种方式。在电缆线路的中部装设一个绝缘接头，接头的套管中间用绝缘片隔开，使电缆两端的金属护套在轴向绝缘。为了保护电缆护套绝缘和绝缘片在冲击过电压时不被击穿，在接头绝缘片两侧各装设一组保护器，同时电缆线路的两端分别接地。
5.8城市110kV电网电缆设计的接线形式
110kV电网电缆采用的都是环网接线、开环运行的方式，这样能够避免和220kV电网形成电磁环网。此外，因为110kV电网电缆的网络接线方式比较的繁琐，并且程序比较复杂，也就造成了其规模形式的多样化。如链式结构、辐射结构、不完全链式结构等。此外其接线方式的不同，使110kV电网电缆在输电中发挥的作用也会产生巨大的差异。
5.8.1变电站规模为两台主变的情况
如图1所示，比较具有代表性的110kV电网电缆电网的接线方式，两台主变情况下同的网架结构。
从图1中可以看出第一幅图是线路来自同侧电源的接线方式，第二幅图则是采用的不同电源的接线方式，最后一幅图采用的虽然是同侧电源的方式，但是在最终的接线方式上采用的却是两线两变的方式，根据其接线方式的不同，所造成的结果也不相同，具体情况如表1所示。
5.8.2城市110kV电网电缆设计之敷设方式
城市110kV电网电缆设计当中，其敷设方式的设计需要考虑多方面的因素，比如下管线的位置、各个转换点的位置、上下坡度的敷设长度问题以及工丼的位置等诸多方面的因素。在城市110kV电网电缆设计的敷设方式中，必须考虑诸多方面的因素。首先是检查预留位置的验证和校验电缆敷设总长度的检验，以及剩余电缆的预留数量等问题。
在安装的过程当中，还应该考虑现建筑物和马路管、电缆的接头，以及在终端情况出现的过程当中，尽量的减少接头以及剩下一定数量的电缆，方便日后的维修中对其进行更换使用，方便以后检修的过程当中使用。对于110kV电网电缆的高压电缆而言，不仅仅要在其设计上提高其输电能力，还应该保证不破坏相互之间的连接性，在实际的设计当中，完成电缆之间的交接可以采用假接头的方式。通过这样的安装方式，能够很大程度上避免电缆漏电的现象，延长了电缆的使用寿命，提高了110kV电网电缆的使用效率，也就减少了国家对110kV电网电缆的资金投入。
除此之外，还应该加强科学技术的创新，使110kV电网电缆能够在科学的管理下，发挥稳定的输电性能，保证输电系统的安全，并且电网的管理人员也应该对其进行定期的养护，保证输电系统的平稳运行。
结语
综上所述，随着我国综合国力的快速提升，我国的经济发展迅速，国家发生着翻天覆地的变化，更加注重城市电网配网建设和城市建设，对于电网建设的改造投入持续加大。我国城市电网的建设得到了促进，给我国城市电网的建设和发展提供了新的动力、增添了新的活力。其中110kV输电线路在城市电网中起着十分重要的作用。因此，对城市电网电缆合理地进行改造，并进行有效设计，对提高城市高压电网的供电质量和效率有着非常重要的意义，从而可以有效推进我国城市电网的建设。
参考文献
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[3]周勇.小议城市110kV电网电缆的设计问题[J].中国新技术新产品,2013.
作者简介：
1.姓名：陈彦焰 出生年：1984 性别：男：籍贯：四川 乐山 民簇：汉
学历：大学本科 单位：安徽华电工程咨询设计有限公司
2.姓名：李静坤 出生年：1985 性别：男 籍贯：安徽 阜阳 民簇：汉
学历：硕士研究生 单位：安徽华电工程咨询设计有限公司
3.姓名：葛娜 出生年1983 性别：女 籍贯：内蒙古 通辽 民族：蒙古族
学历: 硕士研究生 单位：安徽华电工程咨询设计有限公司
论文作者:陈彦焰,李静坤,葛娜
论文发表刊物:《电力设备》2016年第19期
论文发表时间:2016/12/9
标签：电缆论文; 护套论文; 电网论文; 城市论文; 方式论文; 线路论文; 接线论文; 《电力设备》2016年第19期论文;