Research on Connection Schemes for 10 kV Underground Cable Between Main Grid and Distribution Network

通过对南方电网颁布的变电站标准设计方案^［4］总结分析，10 kV出线电缆沟有1.0 m×1.0 m（净宽×净深，下同）、1.2 m×1.0 m、1.2 m×1.2 m、1.2 m×1.2 m、1.4 m×1.2 m以及1.4 m×1.4 m共六中尺寸类型。其中以1.2 m×1.2 m电缆沟最为常用。因此，本文的研究对象是1.2 m×1.2 m 10 kV出线电缆沟。

1）假设站外没有建筑物等障碍物。

2）以南方电网变电站标准设计中的户外电缆沟典型断面作为本文方案的设计依据，见图1。

Figure 1.  Typical section of cable trench in CSG

3）电缆沟的地基处理不在本研究考虑范围。

方案设计以及优劣对比应考虑以下原则：

1）方案中的电缆沟及电缆通道的净空尺寸足够电缆的布置。

2）方案有利于配网工程电缆顺畅接驳进变电站。

3）方案不影响边坡安全性及美观性。

4）方案考虑边坡雨水冲刷作用，并且电缆沟内不能积水。

5）方案能防止小动物从电缆沟进入变电站^［5］。

6）方案能减少站外占地及防止围墙外设施发生偷盗事件^［6］。

变电站边坡有三种：一是挖填平衡边坡；二是填方边坡；三是挖方边坡。下面分别提出对应方案。

挖填平衡边坡的站内场地与站外场地高程基本一致，方案如图2、图3所示。

Figure 2.  Plan of balance area

Figure 3.  A-A section

方案说明：在挖填平衡边坡处，对电缆进入变电站的阻挡仅有围墙、站外排水沟，因此，电缆沟底板需在围墙及排水沟处下沉以保证沟内净空不小于1.2 m；为阻挡雨水倒灌及小动物进入变电站内，需要在围墙外设砌筑一面砖墙进行封堵，与此同时，砖墙封堵处还需预埋足够数量的预埋管，其中预埋管用作电缆通道，电缆与钢管间用水泥或胶状材料封堵，空钢管两侧用封盖封闭。为防止雨水从盖板缝隙进入下沉处造成积水，围墙下设排水管接入变电站雨水排水系统中，排水管设304不锈钢网纱，网孔应小于5 mm，网纱线材不小于Ф1 mm，防止小动物进入。（以上防积水、防小动物措施适用于后续各方案）。

该方案使电缆有足够空间顺畅接驳进变电站内，配套砖墙封堵及排水管，满足了上述各设计原则。已较好地解决了配网工程电缆通过电缆沟顺畅接驳入变电站的需求，可作为挖填平衡边坡处优选方案，无需其他方案进行对比。

填方边坡的边坡支护一般有两种情况，一是采用挡土墙支护；二是放坡支护（放坡包含锚杆、加筋、抗滑桩等加固措施的放坡）。

2.2.1　对于采用挡土墙边坡支护的情况。解决方案有三个。方案1是采用埋管直穿挡土墙，同时在挡土墙外设竖井作为电缆通道；方案2是采用埋管连接围墙内外的电缆沟；方案3是在挡土墙身后下沉电缆沟底板，联通围墙内外电缆沟。三个方案见图4、图5、图6。

Figure 4.  Section of No.1 scheme at fill area

Figure 5.  Section of No.2 scheme at fill area

Figure 6.  Section of No.3 scheme at fill area

方案说明：方案1的主要缺点有：

1）电缆竖井需要站外占地，容易发生占地纠纷，且外观突兀。

2）竖井检修门及爬梯等金属设施位于站外，得不到有效监控，容易引起偷盗事件。

方案2的主要缺点是预埋管比较长，预埋管长度范围内电缆的敷设及检修比较困难。且长度大的预埋管易发生堵塞而报废。

方案3则不存在这些缺点。

上述3个方案的优缺点对比见表1：

综合比较，方案3满足了各项设计原则，解决了配网工程电缆接驳入变电站电缆沟的问题。因此，本文认为方案3是采用挡土墙进行填方边坡支护情况的最优电缆沟出变电站方案。

2.2.2　对于采用放坡支护的情况。解决方案有两个，分别是方案4、方案5。方案4是电缆沟延伸至围墙外坡顶，转为架空出线；方案5是电缆沟沿边坡延伸至坡底，与站外电缆沟联通^［7］。详见图7、图8。

Figure 7.  Section of No.4 scheme at fill area

Figure 8.  Section of No.5 scheme at fill area

方案说明：由于围墙外的坡顶区域与站内场地高程一致，因此方案4基本与挖填平衡区的电缆沟出站区方案一致。方案4最主要的缺点是需要10 kV电缆到达围墙外面后转为架空出线。

方案5的主要缺点有：

1）由于电缆沟位于填方边坡上的部分长度大，且填土沉降不可避免，沉降易引起电缆沟变形断裂等事故，对电缆安全不利；同时，电缆沟的修筑加大了边坡土体的附加应力，这也容易诱发填土边坡内部形成滑动面造成滑坡，对边坡稳定及安全不利。

2）为方便电缆敷设及检修，坡面上的电缆沟需设置盖板等可活动构件，雨水将不可避免进入沟内，并在沟内发生冲刷。如排水不及时还将在坡脚处发生积水浸泡。雨水冲刷与积水浸泡均不利边坡稳定及安全。

上述2个方案的优缺点对比见表2：

对于电力设施，安全是至关重要，因此，方案4优于方案5，方案4是采用放坡进行填方边坡支护情况下的最优电缆沟出变电站方案。

挖方边坡的边坡支护一般有三种情况，一是采用挡土墙支护；二是采用矮挡墙护脚加放坡支护；三是采用放坡支护。放坡包含采用锚杆、挂网、喷浆等加固措施的放坡。

1）对于第一及第二种情况，电缆沟从站内延伸出围墙后遇到挡土墙。如将电缆沟延伸至坡顶，则需在挡土墙处采取以下三种方法中的一种以解决电缆穿过挡土墙的问题。方法一是在电缆沟宽度范围取消挡土墙，修筑电缆沟至坡顶；方法二是在挡土墙底部开孔或预埋管穿过挡土墙；方法三是在挡土墙前面设竖井至挡土墙顶部，从挡土墙顶部穿过挡土墙。示意图见图9。

Figure 9.  Three kinds of ways for crossing retaining wall

因方法一需要取消挡土墙，对边坡稳定及安全不利，方法一不可取；方法二从施工顺序角度看，需要在挡土墙砌筑前，在边坡下部进行电缆沟或埋管开挖，同样对边坡稳定及安全不利，方法二也不可取；方法三则需要修筑电缆竖井，相应需要增加检修门、爬梯等设施，方法三与方案1类似，存在站外占地、不美观、可能引发偷盗事件的问题，不可取。因此，对于挖方区边坡，当采用挡土墙支护或采用矮挡墙护脚加放坡支护时，电缆通道不宜穿过挡土墙延伸至坡顶，而是采用挡土墙前转为架空出线的方案，如图10方案6。

Figure 10.  Section of No.6 scheme at excavation area

2）对于第三种情况，解决方案有方案7、方案8、方案9共三个方案。其中方案7与方案6类似，将电缆沟修筑至围墙外之后，在边坡起始线前转为架空出线方案，如图11。方案8则是沿着斜坡面修筑电缆沟至坡顶的方案。如图12。方案9则是沿着斜坡面采用埋管至坡顶的方案，如图13。

Figure 11.  Section of No.7 scheme at excavation area

Figure 12.  Section of No.8 scheme at excavation area

Figure 13.  Section of No.9 scheme at excavation area

由于挖方边坡坡率以及加固措施都是经过地质勘查、稳定性分析计算后得出的，即边坡的稳定性及安全性是有保障的。且挖方边坡土体一般属固结土，故而沿着边坡斜面上修筑电缆沟或埋管并不会对边坡安全造成不利影响。

三个方案中，方案7由于需要转为架空出线，美观度相对较差；方案9由于预埋管较长，埋管段不利于电缆的敷设及检修。

上述3个方案的优缺点对比见表3：

通过表3比较，方案8最优。因此，本文认为方案8是放坡进行挖方边坡支护情况下的最优电缆沟出变电站方案。

经对比分析，地下10 kV电缆出变电站后与配网的衔接方案小结如下：

1）对于挖填平衡边坡，站内电缆沟可与站外电缆沟直接连通。

2）当填方边坡采用挡土墙支护时，最优衔接方案是站内电缆沟下沉至挡土墙底，从挡土墙底出站并与站外电缆沟连通。

3）当填方边坡采用放坡支护时，最优衔接方案是电缆沟出围墙后，在边坡顶转为架空出线。

4）当挖方边坡采用挡土墙支护或采用矮挡墙护脚加放坡支护时，最优衔接方案是电缆沟出围墙后，在围墙与挡土墙之间转为架空出线。

5）当挖方边坡采用放坡支护时，最优衔接方案是电缆沟出围墙后，沿着斜坡面修筑电缆沟至坡顶。

虽然变电站地形条件复杂多样，但本文通过对不同边坡条件下各种支护形式进行分类逐一分析，并采用多方案对比寻找对策，总结出一整套地下10 kV电缆出变电站后与配网的衔接的技术方案，使配网工程的电缆能通过电缆沟顺畅地接驳进入变电站，解决了10 kV地下电缆在主网与配网交界面连接不畅的问题（10 kV出线困难的问题）。

该套方案实施难度不高，普通技术水平的施工单位均可完成，同时兼顾了边坡的安全性、美观性以及变电站运维过程中防盗、防火、防积水、防小动物等要求。随着电网建设的标准化工作的不断深入，本文提出的这一整套方案可在标准化工作中加以固化形成标准设计方案中的一部分。