引言：

随着国内城市化进程的加速推进，电缆敷设在城市电力通道中占据主导地位。根据电科院的数据统计，高压电缆的故障分布呈现多样性，包括电缆终端、电缆接头和电缆本体，各占比例约为1/3。降低电缆接头数量和增加电缆段长被认为是提高电缆线路供电可靠性的关键策略之一。在电缆敷设方式中，110 kV及以上电缆排管敷设方式占据总敷设方式的约46%。因此，有必要深入研究110 kV电缆在排管敷设方式下的长段电缆设计，分析各种因素对电缆段长的影响，并采取相应的保障措施。

1 影响分段长度的主要因素

排管敷设方式下的110 kV电缆的分段长度受多个关键因素影响。首先，电缆截面的选择对电缆的制造、运输和施工产生直接影响，不同截面的电缆对这些方面有不同影响。其次，电缆制造过程中，生产线上构筑物的结构和设备的设计负载都直接影响电缆制造长度，同时厂房内的运输通道也对其产生影响。电缆运输受多个因素影响，包括运输车辆性能、道路设计和实际运输路线等。另外，随着电缆分段长度的增加，电缆护层感应电势也会增大，包括正常运行、冲击电压和工频短路下的感应电势，需要满足规程要求。最后，排管敷设方式下的电缆施工相对复杂，尤其是在电缆通道存在多次弯曲时，电缆的敷设具有挑战性，甚至直接影响分段长度的确定。

2 电缆截面选型计算

在国内电缆载流量设计中，通常采用IEC-60287标准中的计算公式来确定电缆截面大小,具体公式如下：

110 kV电缆在排管敷设方式下的允许载流量与排管间距和电缆布置形状紧密相关。需要强调的是，排管内电缆的允许载流量通常小于工井内的允许载流量。特别需要注意的是，采用N-1运行方式计算时，电缆允许载流量通常大于正常运行情况下的载流量。然而，N-1方式下的电缆载流量往往决定了电缆截面的选择。因此，在某些情况下，不能仅仅根据多回路运行方式下的电缆载流量来确定电缆截面大小。

3 电缆制造

电缆金属护套的结构因设计和生产能力的不同而各异。在欧洲，一般采用较薄的平滑铝护套，使电缆外径相对较小。相比之下，日本和国内则通常使用波纹铝护套，导致电缆外径稍大。因此，外径较小的电缆能够在相同规格的电缆盘上绕得更长，从而提供了运输和装卸的便利性。电缆的实际加工长度受多个因素的制约，包括厂房结构和尺寸（包括起吊设备的荷载承受能力）、工序之间的运输转场，以及生产设备的设计荷载。目前，国内厂家的生产能力通常决定了500 kV电缆的单段制造长度，不再受110 kV大段长电缆的制约。

4 电缆运输

目前，陆缆的运输主要依赖于公路运输，而电缆运输是否超限通常由电缆盘的尺寸决定。根据《公路工程技术标准》，三级和四级公路的净高通常为4.5米。考虑到电缆盘上下需要留有一定的空间，因此电缆盘的直径一般取为4.2米。根据《超限运输车辆行驶公路管理规定》，车货总宽度大于2.55米的车辆被视为超限运输车辆。然而，如果电缆盘的最大宽度不超过2.5米，那么它将满足大多数道路宽度的限制条件。

电缆盘所容纳电缆长度可以根据以下公式计算：

其中，n表示电缆圈数；c表示电缆层数；d_n表示电缆盘内径（毫米）;d表示电缆直径（毫米）;d_w表示电缆盘外径（毫米）;b表示电缆盘总宽度（毫米）;b₁表示电缆盘架壁厚（毫米）;b₂表示电缆距离电缆盘内壁间隙（毫米）。

以某110 kV工程为例，给定参数为dw=4,200毫米，dn=1,600毫米，d=106.4毫米，b=2,500毫米，b1=85毫米，b2=80毫米，计算得L=2,060米。

电缆运输方式主要有两种，具体如图1和图2所示。

图1 电缆运输方式一

图2 电缆运输方式二

电缆运输方案通常依赖于电缆长度。当电缆长度小于2,060米时，采用运输方式一；而当电缆长度大于2,060米时，采用运输方式二。在运输方式二中，为满足大件超限运输的宽度和高度限制要求，需要减小电缆盘的外径至4,000毫米。 在运输方式一下，电缆盘的宽度受到限制，且离地间隙较低。因此，在路面起伏较大的地段，需特别注意保护电缆盘底部，以防止电缆盘铠装受损。而采用运输方式二时，电缆盘的宽度可增至4.1米，同时电缆盘底部可置于挂车上，离地间隙较高，风险较小。但为满足大件超限运输的宽度和高度限制要求，电缆盘的外径需要减小至4.0米。窗体顶端

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5 电缆护层感应电势

5.1 正常运行感应电势

在电缆线芯内流过交变电流时，将产生交变磁场，进而在电缆金属护套上感应出交变电势。对于单芯电缆在交流系统下，可根据以下公式计算正常感应电势ES：

其中，E_S表示感应电势（V);L表示电缆金属套的电气通路上任意一部位与其直接接地处的距离（km);E_S0表示单位长度的正常感应电势（V/km）。

(1）对于电缆的单回路或双回路常规布置，可根据《电力工程电缆设计标准》（GB 50217-2018) 中的相应公式计算E_S0。

(2）对于电缆的多回路或非常规布置，需要准确计算每相电缆金属护套的正常感应电势E_S0。通常使用电子表格或编程计算，并可根据以下公式描述计算原理：

其中，I_xr为X相电流的实部（A);I_xj为X相电流的虚部（A),r_b为护套半径（mm);L为X相与护套距离（mm），当护套中心与相中心重合时，L=rb;E_S0r为感应电势实部；E_S0j为感应电势虚部。

对于计算A₁相护套正常感应电势E_S0时，只需将其余各相对A₁相金属护套的正常感应电势实部和虚部进行累加。

5.2 冲击电压下的感应电势

冲击电势是指在电缆护层不接地时所受到的冲击电势。

(1）当金属护套末端接地时，冲击电势的计算如下：

式中，U₀表示沿架空线路侧的雷电压幅值进行波，Z₀表示架空线路波阻抗；Z₁表示电缆导体和金属护层之间的波阻抗；Z₂表示电缆金属护层与大地间的波阻抗。

(2）当金属护套首端接地时，冲击电势的计算如下：

其中，Z_f表示负载波阻抗。

在实际计算中，需考虑架空线路与电缆连接端是否安装了避雷器，并且需要考虑电缆外护层在多年运行后绝缘性能的降低情况。通常，在不接地的端口上会安装护层保护器。

5.3 工频短路时的感应电势

工频短路时的感应电势计算涉及电缆金属护套一端接地和交叉互联接地两种情况。对于电缆金属护套一端接地，主要有接地电流全部以大地为回路、接地电流全部以回流线或金属套为回路、接地电流一部分以大地为回路等三种情况。

5.4 护层保护器选型

以某110 kV工程为例，正常运行时非直接接地端感应过电压为141.84 V，符合规定标准，远低于300 V的限制。根据远景单相接地短路电流28.97 kA计算，电缆短路故障工频感应过电压为6.54 kV，远低于护层保护器工频耐受过电压的9 kV。此外，护层保护器的8/20μs雷电冲击电流残压峰值为20 kV，也远小于电缆外护层冲击耐受电压峰值的37.5 kV（按1.4倍计算）。这些数据表明，所采用的护层保护器符合相关电气标准和保护要求。

窗体底端6 结语

综上所述，本研究旨在深入研究排管敷设方式下的110 kV电缆段长受多个因素的影响，包括电缆截面、电缆护层感应电势、电缆制造、运输等方面。通过系统分析这些因素，为未来大长段电缆工程提供坚实的理论基础，有望在城市电力通道的建设中提高供电可靠性，满足城市化进程的需求。

参考文献：

[1] 110 kV电缆排管敷设下载流量变化规律研究[J]. 梁惠娟;薛云鹏;竺鹏飞.现代制造技术与装备,2021

[2] 10 kV配电电缆敷设关键施工技术[J]. 胡焕霞.通讯世界,2020

[3] 基于多层磁场的大长段电缆护套感应电压精确计算方法[J]. 赵轩;张蕾;黄磊;高飞;张瑞永;刘江涛.电气自动化,2020(02)

[4] 电力电缆绝缘击穿问题原因分析及探讨[J]. 官志民.科技资讯,2019(33)