摘要：电缆护层交叉互联换位箱是220/110千伏等高压单芯电缆的重要组成部分，其中立柜式和地埋式换位箱得到了较为广泛的应用。本文重点介绍了电缆金属层的接地方式以及两种换位箱在实际工程中的比较和应用。
关键词：电缆护层交叉互联；立柜式；地埋式；换位箱
引言：近年来，在上海城区内由于电力走廊资源紧张，新建架空输配电线路工程越来越少，而220千伏和110千伏钢管杆和铁塔施工难度大，杆身占地面积较大且影响市容，政府也将城区内架空线入地作为近几年的主要工作之一，因此，电力电缆将不可避免地广泛应用于城区电力工程中，其中220千伏和110千伏电力电缆工程中的主要配件-电缆护层交叉互联保护换位/接地箱也将大量出现在城区的众多道路旁的人行道及绿化带内。
1.电缆金属护套层的接地方式
一般来说，35千伏以下电缆采用三芯电缆（35千伏电缆也有使用单芯电缆，但普及程度不高），由于电流流过三个线芯之和等于0，在金属屏蔽层上不会有磁链产生，因此采用两端接地方式后流过金属屏蔽层的感应电流也为0。35千伏以上电缆多为单芯电缆，当采用的电缆为单芯电缆，电流通过单芯电缆的线芯时，金属屏蔽层上就会产生磁链，使其两端产生感应电压，电缆长度越长，金属屏蔽层上的感应电压就越大。当感应电压达到一定程度时，还可能击穿护套及绝缘层。如果采用两端接地，会在金属屏蔽层上产生极大环流，降低电缆载流量，严重时还会损坏电缆护套，因此，单芯电缆一般不采用两端接地方式。
如果金属屏蔽层采用单点接地方式（即一端接地，另一端不接地），当系统发生短路或者有雷电流通过电缆线芯时，金属屏蔽层的不接地端会产生很高的感应电压，过高的感应电压会击穿电缆绝缘护层，当电缆绝缘被破坏，将会使电缆的金属护层出现多点接地并在电缆上形成环流。所以，当采用单端接地方式时，需安装电压护层限制器来限制护层上的过电压，防止电缆护层绝缘被击穿。当线路不长时（一般小于600米），应当采取线路一端或者中央部位单点直接接地方式（常用于两端电缆登杆中间的一段跨越电缆或交叉互联无法满足分为三段后留下的一段电缆）。当线路较长时（一般大于600米），应设置绝缘接头，将电缆的金属套和绝缘屏蔽尽可能均匀地分成三段或三的倍数段（一般每小段约在300至600米），实现交叉互联接地方式。根据上海的运行习惯，每个单元内最长电缆段与最短电缆段的差不得超过最短电缆段的30%。采用何种接地方式可根据规程的附录F-交流系统单芯电缆金属层正常感应电势算式中的计算结果进行判定。因此，可以看出，单芯电缆的接地方式主要有单点直接接地、中点接地以及交叉互联接地。单芯电缆及其附件的外护层绝缘等部位应设置过电压保护，采用单点直接接地的电缆线路，一端直接接地，另一端采用设置护层电压限制器接地；采用中点接地方式的电缆线路，中点直接接地，两端采用设置护层电压限制器接地；采用交叉互联接地的电缆线路，每个绝缘接头均应设置护层电压限制器。
2.电缆护层交叉互联换位箱
在电缆线路较长的工程中，一般采用交叉互联的接地方式，具体方法是：将A相左侧的金属护层与C相右侧的金属护层相连，将B相左侧的金属护层与A相右侧的金属护层相连，将C相左侧的金属护层与B相右侧的金属护层相连，每大段电缆分为三个小段电缆（一般每小段约在300至600m），使用交叉互联接地，形成“换位-换位-接地”的连接方式。
在电缆护层交叉互联换位箱中主要部件有同轴电缆、接地线和电缆护层电压限制器（也称电缆护层保护器）。
同轴电缆：是电缆护层限制器与电缆金属护套之间的连接线，长度尽可能短，上海运行习惯一般不超过15米，绝缘水平不低于电缆外护套的绝缘水平，并且截面应满足单相短路电流通过时的热稳定要求，上海目前运行要求为220千伏电缆和1000mm2以上截面的110千伏电缆均需采用240mm2的同轴电缆。
接地线：上海的运行要求与同轴电缆一致，并且110千伏及220千伏高压电缆接地扁铁面积不小于240mm2截面。
电缆护层电压限制器：串接在金属屏蔽（金属护套）和大地之间，用来限制在系统暂态过程中金属屏蔽（金属护套）电压的装置，常用于单点接地方式的非直接接地端或者交叉互联接地方式中。
3.立柜式和地埋式换位箱
在上海的220千伏和110千伏电缆工程中，一般会使用两种换位箱：立柜式换位箱和地埋式换位箱。其中立柜式换位箱较为常见，为一个高约1.4米，宽约0.6米由复合材料制成的柜子。根据电缆回路数的不同，可分为单开门和双开门两种，单开门换位箱用于该处工井内有3个绝缘接头（一回电缆），双开门换位箱用于该处工井内有6个绝缘接头（两回电缆），换位箱放置于有绝缘接头的工井附近的人行道或者绿化带内，在工井侧壁或从井内端墙上的直埋孔位接一根MPP管或者碳素螺纹管至换位箱底座下，将同轴电缆分别从三个绝缘接头引出，连同一根接地线一起穿在管内敷设至换位箱内采用交叉互联方式连接，接地线与工井内与接地扁铁相连的镀锌支架接通实现接地。
地埋式换位箱则相对比较少见，由于需要在地下建造一个用于放置换位箱的小坑，造成开挖人行道、绿化带或者车道，造成额外工程量，所以一般较少采用。但是由于上海城区内有许多景点，在一些比较繁华的地段（比如衡山路徐家汇公园门口）不允许在人行道或绿化带内放置立柜式换位箱，在这种情况下就必须考虑采用地埋式换位箱。如图1所示，地埋式换位箱需在放置接头的电力工井
图1 换位箱工井的建造
上建造一个长0.96米、宽0.92米、深0.42米、壁厚0.25米的方形小坑（即换位箱工井）用于安放换位箱，工井上覆盖井盖。换位箱工井需采用钢筋混凝土浇筑，确保其结构强度需达到与普通电力工井结构强度一致。和立柜式换位箱不同的是，地埋式换位箱无法设置双开门，每个换位箱只能接入三根同轴电缆，如有六根同轴电缆需建造两只换位箱工井。换位箱工井底部预留一个直径50mm的排水孔，用一根疏流管与电力工井颈部相连，将积水排入电力工井中，以免内部积水。在电力工井的侧壁上打孔，敷设一段碳素螺纹管与换位箱工井相连。根据同轴电缆接入位置在工井颈部适当位置留一个孔洞（敷设3根同轴电缆，1根接地线）便于同轴电缆穿入，孔洞直径根据同轴电缆直径要求（上海地区一般110千伏电缆配置同轴电缆截面为120mm2，220千伏电缆配置同轴电缆截面为240mm2），为防止换位箱工井内积水，同轴电缆敷设完成后，孔洞需做好防水封堵。同轴电缆接入换位箱的连接短管，连接端部配有螺帽，螺帽内侧镶套有防水硅橡胶垫圈，将同轴电缆接入换位箱，然后用专用扳手旋紧螺帽，使橡胶垫圈受压变形，使同轴电缆与换位箱接头处保持密封。密闭型换位箱及接地箱配有快速开启盖子，盖子内镶套有耐油密封橡胶圈，每次开启盖子检查后，因考虑橡胶变形，影响其密封性能，均予以更换。更换橡胶圈时，将橡胶圈抹黄油，确保其防水性能。同轴电缆需垂直于换位箱盖子正面安装，不可偏转角度安装。同轴电缆敷设电缆最小弯曲半径应大于等于20倍的同轴电缆外径，同轴电缆接入换位箱端口处需绕包相色带。
4.两者在实际工程中的比较
在实际工程中，立柜式换位箱使用更为广泛，具有安装方便、柜体位置选择较为容易，开挖面积少的特点，而地埋式换位箱体积小，安装后较为隐蔽，不影响市容，但由于要在原有电力工井旁制作换位箱工井，开挖面积较大，若电力工井在机动车道上，会对交通造成一定的影响，在雨水较多季节里换位箱工井内容易积水，换位箱虽有不错的防水功能，但也不适合长期浸泡。综上所述，常规情况下可选择立柜式换位箱，在不允许使用立柜式换位箱时，可选择地埋式换位箱。
5.结束语
随着城市的飞速发展，上海的220千伏和110千伏变电站也在加快建设，单芯电缆将越来越多地在城市中使用，换位箱也会扮演更加重要的角色，能否开发出体积更小、性能更加优越的换位箱应是各厂家未来的努力方向。
参考文献：
[1] 中华人民共和国国家标准，电力工程电缆设计规范，GB 50217-2007，中国计划出版社
[2]中华人民共和国电力行业标准，城市电力电缆线路设计技术规范，DL/T 5221-2016，中国计划出版社
论文作者:沈烨
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/9
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