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1、电缆载流量提高方法的探讨吕峻（杭州市电力局电缆工程公司）摘要从电缆工程施工和运行角度，提出影响电缆载流量的一些因素，包括电缆敷设排列方式、电缆运行环境的热阻影响、电缆接地系统环流的影响，以及电缆附件安装质量控制对载流量的影响这些环节，加以分析和归纳，从而提出提高电缆载流量在施工运行方面的一些方法。关键词载流量敷设排列热阻接地系统安装工艺前言随着电力科技的进步与发展，电力电缆在电力系统中的应用越来越广泛。如何在现有的工程条件下提高电缆的载流量，从而提高输送容量，成为我们电力工程人员急需解决的问题。从各地电缆专业人员的设计及施工运行经验交流中，以及在国内外电缆行业的技术文献中，了解了一定的方法，并
2、结合自己在电缆施工和运行方面的一些经验，提出以下见解，汇作此文。电缆长期允许载流量，是指电缆内通过规定的电流时，在热稳定后，电缆导体达到长期允许工作温度时的电流数值。（2）提高电缆载流量的方法，从理论上来说主要有以下几方面：一、增大线芯截面，或者采用高导电材料作为线芯材质；二、提高电缆绝缘工作温度，采用高温绝缘材料；三、提高绝缘材料的工作场强，减薄绝缘厚度；四、采用纸介损材料，降低损耗。以上方法主要是从电缆的材料方面加以改进，这种提高载流量的方法是最彻底的，效果也是显而易见的；由于工作属性和研究条件的局限，我们没有在这些方面有所深入，但是，结合电缆施工和运行，并根据以上理论，我们可以得出以下结
3、论：一、在电缆的敷设阶段，我们可以对敷设环境加以优化，例如在电缆管道中填充膨润土、降阻沙，或者利用天然的地下水，降低环境温度，从而达到降低热阻系数，加快散热的目的，提高电缆载流量；同时，对电缆的排列方式采用最合理的布局，尽量减少电缆与电缆之间相互的影响。二、在电缆的安装环节，我们必须从几个主要工序加以改进和控制：比如在金属导体对接或压接的时候，确保足够的接触面积和压强，降低电缆阻抗产生的损耗；在绝缘处理的时候，要绝对保证绝缘处理的光洁度，以满足运行时的零局放要求；还应考虑绝缘的热老化问题，避免在进行接地焊接的时候对绝缘集中加热引起老化；还有，应确保电缆接地系统的完整与准确，及时修复电缆外护层的
4、破损点等等。以上这些，都是提高电缆载流量在施工和运行阶段的一些方法，在下面作详细分析。1电缆敷设排列的方式对载流量的影响单芯电缆在三相交流电网中运行时，线芯电流产生的一部分磁通在电缆金属护套上作用，使金属护套产生感应电压。（2）感应电压的数值与电缆排列中心距离和、金属护套平均半径之比的对数成正比，并且与线芯负荷电流、频率以及电缆的长度成正比。每一回、每一相电缆都产生相应的感应电压，从而相互影响，按照工作频率和电压矢量大小，或叠加、或抵消，反过来又产生一定的逆向线芯感应电流，与线芯主载流冲突，从而或多或少地影响了载流量。同时，由于单芯电缆有接地系统的存在，感应电压在金属护套上将按照护套阻抗的大小
5、而产生护层循环电流（简称环流，基本上与线芯电流处于同一数量级），在环流通过护层的时候将产生损耗和发热现象，严重时将降低电缆输送容量30%40%，因此，电缆的敷设排列方式对载流量产生的影响应该说意义重大。1.1三角形排列在理想状态的等边三角形的三相电缆排列方式下，单回路电缆的三相感应电压相等。由于三相排列完全对称，各段电缆护套电压的相位差为120，而且幅值相等，因此在电缆两端合成的感应电压相互抵消，电位差为零，这样在护套上就不可能产生循环电流，电缆的载流量也就不会受到任何影响。（5）但是在我们平时施工时，做到完全的理想状态是不可能的，一般来说，只能尽可能做到正三角形排列或直角对边三角形排列，因此
6、，在电缆金属护套上势必将形成一定的感应电压和环流数值。1.2直线形排列 在同回路直线形的三相电缆排列方式下，边相的感应电压较中间相的高（2），每一段电缆三相合成的感应电压向量和有一定数值，因此在每一相电缆金属护套内都会有一小电流通过，同时将对电缆的载流量形成一定的影响。以上两种电缆敷设排列方式在我们的日常施工中最为常见，由于电缆路径的复杂性，并且在敷设过程中往往是互相结合进行。因此，通过排列方式的合理优化布置，来消除金属护层感应电压、降低循环电流，成为提高电缆载流量的一种重要的方法。根据感应电压的计算可知（5），直线形排列所产生的感应电压超过三角形排列的30%左右，并且三相极不平衡，从而将大大
7、影响电缆的载流量。因此我们建议，尽量避免采用直线形排列方式。同时，还应考虑合理的电缆金属护层接地方式，来消除或降低由此带来的感应电压和环流。这部分内容将在后面叙述。2电缆运行环境（热阻）对载流量的影响 电缆载流量一般在计算环节主要考虑这些因素：环境温度校正、假定电缆回路数、土壤热阻系数、电缆埋深、电缆本体热阻、以及持续运行最高允许温度等等。所有这些因素，围绕的都是一个主题，即电缆运行的环境温度以及散热条件。（3）因此，我们在电缆施工和运行时，也应该以降低环境温度、创造良好的散热条件为导向，达到提高载流量的目的。2.1排管、隧道、电缆沟、直埋方式的热阻影响电缆的运行环境不外乎这几种：排管、隧道、
8、电缆沟、直埋，以及比较特殊的水下运行环境（即海缆）。各种敷设环境的不同，同时也带来散热条件的不同。以下就三种目前使用较多的敷设方式作简单分析。2.1.1排管敷设电缆在杭州地区范围内，由于地下空间资源的有限性，我局电缆敷设大多采用排管这类方式。电力沟一般只布置在道路西侧和南侧，主要道路设置1624孔外直径175mm的排管，每隔40米60米设置一个3-6米长度的操作工井，不同电压等级不混沟。排管的材质一般选用水泥导管或PVC管，以降低摩擦系数、提高散热系数为前提选用管材。由于可用通道宽度及深度的限制，管孔中心距的设置一般为250mm。目前比较流行的一种非开挖电缆顶管，严格意义上说也应属于排管敷设的
9、范畴，在不破坏道路的情况下通过地下钻探通道，拖拉MPP塑料管形成电缆敷设的路径。根据有关资料显示（3），排管敷设的方式对电缆载流量的影响比较明显，相比其他敷设方式，有3%以上的载流量下降影响。主要原因就是由于排管管材材质的密度比较高，热传导的速度慢并缺少热循环介质，从而引起电缆本体绝缘和导体发热。但是，排管敷设电缆的优越性也是显著的：同路径电缆回路数可大大增加，电缆敷设方便且便于大修更换，不易受外力破坏，路径通道占地少、灵活性大，投资相比隧道要大大减少等等。为了减少排管敷设电缆的热阻影响，我们可以采取多种方法来降低热阻。比如广州局采用了管道内充填灌注介质（SH凝胶体）的方法，来改善电缆的散热条
10、件，从而达到提高电缆载流量的目的。在杭州地区，由于地下水位高，一般开挖到0.5米左右就开始冒水。电缆沟内长年积水，电缆运行基本在水中，管孔内充满地下水，可以受热长距离循环，同样也起到了较好的散热效果。同时，我们在每一个操作工井内填充1：14的水泥砂，覆盖电缆本体作为加快散热、降低热阻的措施。通过这些方法，可以极大地改善电缆的运行散热条件、有效降低了环境热阻。2.1.2隧道内敷设电缆隧道内敷设电缆对电缆运行和维护具有极大的优势，但其投资大、占地资源多、维护费用高，在城市范围内大规模推广具有一定的难度。目前的使用范围一般局限于枢纽变电所的电缆进出线集中的段落，多回路电缆共用一个隧道，分层、分区域布
11、置，依靠空气进行热传导，散热条件好，有利于电缆载流量的提高。同时，由于运行环境良好便于管理，我们可对电缆加设在线监测装置，用来实时监测电缆的温度变化，以达到控制电缆载流量或用户端负荷的目的。在隧道内运行的电缆，最主要考虑的安全问题就是防火问题。一旦其中一回电缆故障接地燃烧，极易引起周围其他电缆线路发生火灾事故，因此，做好隧道内的防火墙以及设置灭火系统都是必须考虑的问题。2.1.3直埋敷设电缆早期的运行电缆经常用到直埋敷设，只需要在土壤中挖一定深度的沟体，铺上黄沙，然后在敷设完的电缆上加盖保护水泥板，回填土即可。施工方法简单，投资少，易于实施。但是考虑到保护措施过于简单，容易被外力破坏挖伤，将严
12、重影响电缆运行的可靠性，这种敷设方法目前只是作为一些临时过渡方案采用，或者在农村地区架空线走廊资源缺乏的情况下采用。 直埋敷设电缆的热量散发条件比较好，由于电缆直接与地下的土壤或细砂接触，热传导比较迅速，同时地下土壤温度常年比较稳定，也有利于电缆载流量的提高。2.2同路径电缆聚集度的影响在同一条电缆沟内，由于电缆管孔资源的有限性，一般都会考虑运行数条电缆。由于电缆间的距离保持不够，电缆就会相互加热，结果造成电缆载流量的下降。根据温度场叠加原理（1），对产生的热阻进行相关计算，可以得到这样的结论：在电缆敷设方式的实际应用中，电缆间距D=7mm时，长期允许载流量情况下电缆敷设的垂直方向最多只应该考
13、虑3层（4），超过3层将严重影响其相互间的散热从而导致局部热击穿。这个结论给我们电缆沟的设计人员提供了一些指导，也为电缆载流量的计算提供了依据。2.3电缆绝缘与护套的热阻影响 由于电缆在导体内以及金属护套内电流的作用，在电缆金属护套上必将产生电流损耗热，以及在电缆绝缘上产生介电损耗热，使电缆本体温度上升。在稳定的状态下，散热等于电缆内所有损耗热之和，损耗热通过热传导向周围空气和介质传递，最终形成热平衡。如果电缆绝缘设计厚度太大，或者与金属护套的间隙设计不合理，将不利于损耗热的散热，则电缆本体将产生过高的温度，由此而影响到电缆的载流量。因此，我们在施工设计审查环节，应该严格按照IEC标准或相应国
14、家标准，对电缆绝缘和护套的一些参数进行核对，同时兼顾考虑电缆的敷设环境，对热阻系数作科学的校正，确保电缆的额定载流量。3高压电缆接地系统环流对载流量的影响高压单芯电缆金属护套环流大小能实时客观反映电缆外护套健康状况，同时影响电缆线路的载流量。当环流异常时对载流量的影响可达30%40%（6），可造成损耗发热，导致电缆绝缘局部过热，加速绝缘老化，降低电缆运行寿命。目前，国内还没有关于电缆金属护套环流是否正常的定量判断标准。鉴于环流判定的重要性，我们制定了适合杭州地区情况的企业自定标准，即金属护套环流不超过负荷电流的10%为正常，且三相基本平衡。每年四次的环流测试，在负荷正常的前提下数据应有可比性，
15、否则将视为异常，必须进行分析和处理。一般来说，环流异常的原因有以下几方面：3.1金属护套接地方式错误引起正常情况下，高压电缆的金属护套接地方式有两种：单端接地和交叉互联接地。产生金属护套接地方式错误的原因很多，我们从以上两种方式展开分析。3.1.1单端接地方式被改变（1）两端金属护套直接接地。金属护套与大地构成回路，在负荷电流磁通的作用下，产生负荷电流50%95%大小的环流。不接地端接地的原因主要是：护层保护器在过电压时被击穿、没有及时发现和更换；（2）直接接地端悬空。由于直接接地缆被外力破坏或偷盗，造成直接接地侧悬空。如果在这种情况下，电缆金属护套遭受过电压，则无法与大地形成释放通道，外护层
16、极易被击穿，留下永久性接地点，且难以查找和修复，对电缆的运行寿命影响很大。3.1.2交叉互联接地方式被改变一组完整的交叉互联段内三相电缆换位顺序应该前后一致，即“ABCA”“ACBA”，由于互联段电缆长度相等，三相感应电压幅值相等、相位差120，可以相互抵消，使环流理论计算为零。如果前后顺序不一，两相感应电压叠加在一相无法抵消，将形成较大的环流。在接地系统安装结束时，我们需要对整个电缆接地系统接线方式进行确认试验，判定接线方式正确、护套绝缘合格后方能投入运行。这也是确保电缆载流量、提高运行可靠性的必须手段。3.2电缆护套破损引起。 电缆外护套破损的原因主要是在电缆敷设阶段。由于电缆管道的通畅性
17、差或道路沉降引起管道错位，在敷设电缆时将对外护套产生极大的磨损，降低了护套的绝缘电阻，严重时引起绝缘电阻为零。在这种情况下，所有的接地方式全部失效，电缆表面形成多点接地，环流很大，从而影响了电缆载流量的提高。因此，我们应加强电缆敷设阶段的施工管理，并配合及时的护套绝缘测试，减少环流对电缆运行和载流量的影响。4电缆安装质量的控制能有效提高电缆载流量 对电缆安装质量严格控制，应该从减小导体接触电阻、确保绝缘层优良的介电常数，以及补强接地系统的防水性能等几个关键环节入手。只有对这些工艺步骤加强控制，对电缆载流量的提高才有了可靠的保证。4.1对金属导体压接工艺的控制在电缆安装的导体压接环节，主要是控制
18、压接作业的工艺，严格按照国家标准GB14315-93规定进行操作，以确保机械强度和控制接触电阻为目的。电缆线芯连接一般采用围压和冷连接工艺，在保证电缆线芯与线端子管连接后机械强度的要求下，我们对连接后的线芯导体的直流电阻也应该有所控制，确保导体损耗在正常范围内，能通过额定载流量。控制的内容包括：1导体截面积、线端子、压模的配合度确认。任何其中一件的不配套，都将产生不良的后果，过盈-导致接触电阻过大；过紧-压印不均匀产生凸边难以处理。2导体线芯以及连接管的氧化层去除。3压接顺序正确、保证压痕间距，确保金属在压接时有足够的延展度。4压接时在压模合拢后应停留1015S时间，使金属塑性变形稳定后才消除
19、压力。5去除因压接产生的尖端和毛刺，保证压接部位平整光滑，避免在高压环境下产生尖端放电现象，减小局放。4.2对电缆绝缘处理的控制电缆安装过程中对绝缘以及绝缘屏蔽的处理十分关键，该工序完全靠手工来控制，因此加强对其控制尤显必要。4.2.1电缆安装前的加热去应力在交联电缆的生产过程中，电缆绝缘内部会留有应力，这应力会使电缆两头的绝缘产生向中间收缩的趋势。我们在安装中间接头切断多余电缆时，会发现电缆绝缘逐渐回缩和线芯突出的现象，即体现了这种应力的作用。在电缆附件安装完成后，一旦电缆绝缘回缩，中间接头中就会产生致命的缺陷气隙，在高电场的作用下，气隙很快会产生局部放电，导致接头击穿。虽然电缆绝缘内的应力
20、会随时间而缓慢地自行消除，但在施工中花长时间等待绝缘内存留的应力自行消除是不可能的。为了保证附件安装尺寸的可靠性，我们必须消除这种应力。目前国内外高压电缆施工中较普遍采用的方法是对电缆本体进行加热和常温冷却，并在此过程中同步校直。即将加热带绕包在安装部分的电缆主绝缘层上，温度控制在80度90度之间，并保持24个小时，然后夹直冷却2小时。这样处理后的电缆95%以上的回缩应力能够被消除，之后再安装电缆附件就比较安全了。事实上，一次性处理掉全部电缆绝缘内的回缩应力是不现实的。电缆附件在设计时已经考虑到这一问题。在电缆附件安装好后，即使电缆绝缘还会有些回缩，导体的半导电屏蔽仍旧可以克服因回缩而造成的少
21、许缺陷。从现场的施工来看，通过人为的加热使绝缘回缩以及电缆附件的裕度设计，完全满足了电缆截断处电场均匀分布的要求，达到了额定载流量下安全运行的目的。4.2.2绝缘屏蔽的处理常规的电缆绝缘屏蔽（外半导）的处理方法是用刮刀、玻璃片等工具，根据安装图纸要求尺寸进行刮削后用砂纸抛光。对110kV及以上电压等级的高压电缆附件安装来说，电缆绝缘表面的超光处理是一道十分重要的工艺，处理电缆绝缘表面用的砂纸数应该在600目以上，至少不要采用低于400目的砂纸，这是由于处理用的砂纸目数会直接影响电缆绝缘表面的光滑程度。而绝缘表面的不光滑、圆整度欠缺、绝缘处理后的电缆直径等问题，将会极大地影响到电缆附件与绝缘界面
22、的压紧力，从而降低中间接头的绝缘性能，影响到电缆的载流量。4.3对电缆防水工艺的控制根据不同电缆附件厂家的要求，中间接头防水处理一般有以下几种方式，基本都可以满足防水要求，并满足电缆载流量的需要：1两端金属屏蔽层的封铅处理：该工艺要求比较高，封铅工作必须在30分钟内完成，并且做到铅套密封无裂痕、接触电阻小、对主绝缘的热老化影响小等等。2玻璃丝带、环氧树脂及绝缘带密封固定法：该方法能较好地满足密封防水的功能，但必须注意的是，接地引线的焊接必须可靠并能保证故障通流的要求。3中间接头外壳：必须有机械强度以及密封的作用，一般采用金属铜外壳，充满防水绝缘混合胶，达到防水、防外力破坏的目的。5结论 本文结
23、合了高压电缆施工和运行的实际情况，分析了对电缆载流量的影响因素，有针对性地提出了一些方法和措施，得出以下结论：1优化电缆排列方式；2改善电缆运行的环境热阻；3降低电缆接地系统环流影响；4加强电缆安装质量的控制。参考文献1门汉文、崔国璋译：电力电缆及电线，中国电力出版社，2001年；2电力行业职业技能鉴定指导中心：电力电缆，中国电力出版社，2002年；3李煦谋:关于电缆载流能力的辨析，全国第六次电力电缆运行交流论文集： 2000年；4国家电力公司：电线、电缆及其附件使用手册，中国电力出版社，2000年；5王康新：超高压交联电缆排列方式与护层感应电压的分析研究，广东电缆技术编辑部，2005年；6徐绍军、黄鹤鸣、陈平：单芯高压电缆金属护套环流异常原因分析，广东电缆技术编辑部，2007年。作者简介吕峻：1971年出生，1993年浙江广播电视大学电气工程专业毕业，一直在本单位生产技术科从事高压电缆施工和检修运行管理工作至今。工作单位：杭州市电力局电缆工程公司单位地址：浙江省杭州市绍兴路159号联系电话：0571-51232111E-mail：lvjun3469
