況驕庭，徐建國，陳晴，吳亮

(浙江省電力設(shè)計院，杭州市，310012)

0 引言

與傳統(tǒng)變電站相比，智能變電站電纜用量大為減少，光纜用量逐漸增多，給變電站電纜、光纜(統(tǒng)稱線纜)敷設(shè)工程提出了新要求［1-5］。本文從變電站線纜敷設(shè)設(shè)計的角度，按照“兩型一化”變電站設(shè)計要求和全壽命周期理念，研究新技術(shù)、新工藝、新材料在變電站線纜敷設(shè)工程中的應(yīng)用，全面提高變電站工程質(zhì)量。

1 工程優(yōu)化的重點問題

1.1 優(yōu)化敷設(shè)路徑的布局

(1)開關(guān)場電纜敷設(shè)路徑：對于空氣絕緣開關(guān)裝置(air insulated switchgear，AIS)配電裝置，縱向采用相鄰兩間隔共用1條電纜通道的形式，橫向應(yīng)盡可能只設(shè)置1條通道，并且電纜通道盡量靠近斷路器后方布置，便于斷路器的操作和運行維護(hù)；對于氣體絕緣開關(guān)設(shè)備(gas insulated switchgear，GIS)配電裝置，縱向可以直接通過設(shè)備本體走線槽或底座夾層走線，橫向可以僅沿匯控柜平行布置1條電纜通道。合理規(guī)劃二次設(shè)備室的布局，盡量避免布置在開關(guān)場的端部。

(2)二次設(shè)備室電纜敷設(shè)路徑：在二次設(shè)備室位于建筑第1層時，采用電纜溝作為屏柜電纜的進(jìn)出通道，當(dāng)光纜或網(wǎng)線較多時可以設(shè)置柜頂橋架；在二次設(shè)備室位于建筑的第2層及以上時，采用架空活動地板層作為電纜通道，必要時可以在活動地板層設(shè)置電纜小支架或吊架，以便于線纜路徑的規(guī)劃和綁扎。

主控室或主機房若設(shè)置于建筑的第2層，則與其他二次小室之間的電纜敷設(shè)通道可以采用豎井或橋架；若電纜光纜較少且高度未超過5 m，則建議采用橋架或簡易豎井，以減少工程量、便于施工安裝。

1.2 合理選擇敷設(shè)方式

根據(jù)文獻(xiàn)［1］規(guī)定，電纜敷設(shè)方式有直埋、穿管、電纜溝或隧道敷設(shè)、槽盒或橋架敷設(shè)等多種方式。

電纜溝或隧道敷設(shè)方式是目前應(yīng)用廣泛的電纜敷設(shè)方式，這2種方式便于電纜的敷設(shè)安裝、維護(hù)和檢修，但工程建設(shè)周期長、土方量大，工程質(zhì)量對設(shè)計以及施工工藝依賴度高。對于變電站工程而言，較適合作為永久性建筑，如就地繼電保護(hù)小室之間、繼電保護(hù)小室與主控通信樓之間的電纜通道。

電纜槽盒或橋架敷設(shè)方式體積小巧、布置靈活、施工周期短、產(chǎn)品外形美觀，比較適合電纜數(shù)量較少、工藝要求較高的智能變電站建設(shè)，金屬材料槽盒或橋架還有機械強度高、電磁屏蔽效果好等優(yōu)點。戶外可以用地面電纜槽盒替代常規(guī)電纜溝，采用依附于設(shè)備本體的走線槽盒替代埋管；戶內(nèi)可以采用地面橋架或架空橋架。

直埋或穿管敷設(shè)方式實施簡單、工程造價低，但電纜的維護(hù)和檢修均不方便，不適用于大量電纜敷設(shè)的場合。直埋敷設(shè)方式防火隔離效果好，適用于站用變高壓或低壓出口的電纜敷設(shè)；穿管敷設(shè)則適用于設(shè)備本體與電纜主通道之間或電纜溝穿道路等場合的電纜敷設(shè)［6-10］。

1.3 優(yōu)化電纜溝的設(shè)計

在變電站電纜溝常規(guī)設(shè)計中，容易出現(xiàn)細(xì)節(jié)表達(dá)不夠詳盡、未能結(jié)合施工工藝加以考慮的問題，導(dǎo)致工程質(zhì)量不高，給電纜敷設(shè)以及運行造成嚴(yán)重的不良影響。此問題可以通過開展工藝設(shè)計得到解決，具體措施如下：

(1)電纜溝以及蓋板的設(shè)計實行標(biāo)準(zhǔn)化，減少規(guī)格種類；電纜溝長度應(yīng)設(shè)計為蓋板寬度的整數(shù)倍，避免切割蓋板。

(2)電纜溝交叉和轉(zhuǎn)彎處統(tǒng)一采用直角正交式，避免出現(xiàn)異形蓋板。交叉和轉(zhuǎn)彎處上部設(shè)置鋼筋混凝土過梁，下部設(shè)倒角。

(3)室外電纜溝底部設(shè)排水小溝，縱向由高向低找坡，最低點設(shè)置雨水口，接入附近雨水井。

1.4 合理選擇電纜支架與安裝方式

電纜支架按原材料的不同可分為金屬支架、復(fù)合材料支架、陶瓷支架等幾種，對于變電站工程，電纜支架的選用一般需考慮以下幾個問題：機械特性、電氣性能、化學(xué)性能、工程投資、工藝要求。

鋼制電纜支架機械強度好、工藝簡單，但耐腐蝕性能弱，往往需要進(jìn)行鍍鋅、刷漆等防腐處理，維護(hù)要求高，產(chǎn)品質(zhì)量外觀較差，工程造價一般。這種支架適用于環(huán)境條件好、防腐要求和工藝外觀要求不高的場合。

熱固性、阻燃型復(fù)合材料電纜支架技術(shù)先進(jìn)、外表光潔，機械比強度和比模量大、耐腐蝕、絕緣性能優(yōu)良、全壽命周期綜合效益高，特別適用于污穢地區(qū)、腐蝕性環(huán)境場所以及工藝外觀要求較高的場合，其良好的工藝外觀以及安裝便利性為工程質(zhì)量提供了保證。

陶瓷材料電纜支架機械強度、環(huán)境耐候性、電氣絕緣性能均較高，但自重較大、造價較高、安裝運輸不便，不適合大量應(yīng)用于電纜敷設(shè)工程，僅在要求非常特殊的條件下應(yīng)用。

1.5 優(yōu)化電纜溝內(nèi)防火分隔

為滿足電力電纜、控制電纜、雙重化繼電保護(hù)回路電纜隔離敷設(shè)的要求，目前普遍采取的方法是在雙側(cè)敷設(shè)電纜的電纜溝內(nèi)安裝水平防火隔板或垂直防火隔板。在實際施工過程中，防火隔板往往整張運送到變電站現(xiàn)場，施工人員根據(jù)現(xiàn)場實際情況進(jìn)行切割，邊緣毛糙，并且采用鐵絲綁扎固定，安裝松散，不方便拆卸。

優(yōu)化的方法有2種：(1)選用與電纜溝內(nèi)支架相配套的防火隔板產(chǎn)品，如抽屜式防火隔板；(2)結(jié)合電纜敷設(shè)方式，采用一體化設(shè)計帶防火分隔的組合式電纜槽盒。對于AIS智能變電站工程通常采用第1種方法；對于GIS智能變電站工程，通常采用橋架或槽盒作為電纜通道，既給予線纜更好的保護(hù)又便于防火分隔。

2 500 kV吳寧變電站實例分析

2.1 項目介紹

500 kV吳寧變電站是2011年國網(wǎng)基建新技術(shù)研究科技項目“智能變電站電纜工程優(yōu)化設(shè)計及應(yīng)用研究”的依托工程，具有以下特點：

(1)敷設(shè)通道設(shè)置合理、路徑短、工程量小。500 kV HGIS配電裝置場地每串設(shè)置1條電纜通道，布置于邊相主設(shè)備與匯控柜之間，HGIS相間場地干凈開闊，有利于運行和檢修。

220 kV AIS配電裝置場地每2個間隔合用1條電纜通道，相鄰間隔的斷路器端子箱鏡像布置。設(shè)備線纜采用埋管結(jié)合轉(zhuǎn)接井的形式敷設(shè)，不設(shè)電纜支溝。與常規(guī)設(shè)計相比，500 kV吳寧變電站共節(jié)約電纜通道765 m。

(2)開關(guān)場應(yīng)用基于防火分隔設(shè)計的組合型淺埋式地面電纜槽盒。500 kV吳寧變電站在開關(guān)場結(jié)合設(shè)備基礎(chǔ)，尤其是HGIS大筏板基礎(chǔ)設(shè)計，采用基于防火分隔設(shè)計的淺埋式地面電纜槽盒?？紤]到變電站站址位于東部沿海地區(qū)，戶外設(shè)施防腐要求較高，因此采用鋁合金制地面電纜槽盒，如圖1所示，該地面電纜槽盒在設(shè)計時還考慮了防火分隔、通風(fēng)散熱以及排水等問題，產(chǎn)品工廠化制造、模塊化組合安裝。

(3)主通道采用隱藏式電纜溝并配置沉降監(jiān)測。500 kV吳寧變電站大量控制電纜被通信光纜替代，電纜主通道截面減小。為了進(jìn)一步提高變電站的觀感，將小型化的溝道設(shè)置于碎石地坪以下，即隱藏式電纜溝，如圖2所示。為了便于檢修維護(hù)，在隱藏式電纜溝沿線以及轉(zhuǎn)彎處上方設(shè)置通道標(biāo)識，同時還在溝內(nèi)設(shè)置沉降傳感器。

圖1 淺埋式地面電纜槽盒的安裝Fig.1 Installation of shallow ground cable tray

圖2 隱藏式電纜溝敷設(shè)Fig.2 Cable laying in concealed channel

(4)采用新型纖維增強復(fù)合材料(FRP)電纜支架。500 kV吳寧變電站戶外設(shè)施防腐要求較高，從工程全壽命周期考慮，在電纜溝內(nèi)選擇新型FRP電纜支架，并采用一體式產(chǎn)品外加膨脹螺栓安裝，既降低了施工難度，又免除防腐處理以及后期維護(hù)，而且FRP優(yōu)良的絕緣特性使得支架本身不必接地，光潔平順的外表面不僅提高了拖放電纜的安全性，還提高了工程觀感。

(5)采用模塊化的抽屜式防火隔板。為了確保電纜安全運行，500 kV吳寧變電站針對需要防火分隔的場合設(shè)計了抽屜式防火隔板及電纜支架系統(tǒng)，包括帶導(dǎo)軌凹槽的電纜支架、L形抽屜式防火隔板、滾動或滑動機構(gòu)等，該系統(tǒng)解決了電纜溝內(nèi)防火隔板切割、安裝以及擴(kuò)建拆卸等問題。

(6)戶內(nèi)電纜敷設(shè)采用“電纜走底，光纜走頂”的方式。500 kV吳寧變電站繼電保護(hù)室內(nèi)線纜主要為光纖或網(wǎng)線，但光纜和雙絞線都不具備可塑性。為了敷設(shè)整齊，采用了從上往下垂直敷設(shè)的方式。因此，500 kV吳寧變電站戶內(nèi)線纜敷設(shè)采用“電纜走底，光纜走頂”的方式，即光纜采用柜頂橋架方式敷設(shè)，電纜采用電纜溝支架敷設(shè)；在主控室以及主機房，由于存在抗靜電活動地板，采用了結(jié)合屏柜底部預(yù)埋槽鋼做小型電纜吊架的方式，如圖3所示。

圖3 活動地板下電纜敷設(shè)Fig.3 Cable laying under movable floor

(7)開展標(biāo)準(zhǔn)化工藝設(shè)計。為增強對電纜溝施工關(guān)鍵節(jié)點和整體觀感的細(xì)節(jié)控制，500 kV吳寧變電站線纜敷設(shè)及相關(guān)設(shè)計進(jìn)行了精益化和標(biāo)準(zhǔn)化處理：

1)電纜溝采用浙江省電力公司變電工程標(biāo)準(zhǔn)化工藝設(shè)計并結(jié)合鋼模板施工，確保了電纜溝的工程質(zhì)量。

2)細(xì)化電纜溝轉(zhuǎn)彎以及十字交叉處的電纜敷設(shè)設(shè)計，增加獨立安裝的一體式支架，防止電纜下垂、線纜分層交叉。

3)HGIS電纜走線槽盒與本體一體化設(shè)計，一體化安裝。

2.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性

按遠(yuǎn)期規(guī)模，500 kV吳寧變電站電纜通道常規(guī)設(shè)計需800 mm×550 mm電纜溝約400 m，1 100 mm×850 mm電纜溝約1 000 m，400 mm× 300 mm電纜溝約500 m。優(yōu)化設(shè)計后使用900 mm× 580 mm隱藏式電纜溝約680 m，800 mm×180 mm淺埋式地面電纜槽盒約440 m，600 mm×180 mm淺埋式地面電纜槽盒約15 m，共節(jié)約電纜通道765 m，節(jié)約土方量約1 250 m3。500 kV吳寧變電纜工程優(yōu)化設(shè)計后，全壽命周期內(nèi)費用節(jié)省182.3萬元。

3 結(jié)論

(1)優(yōu)化線纜敷設(shè)路徑布局是智能變電站電纜、光纜敷設(shè)工程優(yōu)化的基礎(chǔ)。通過設(shè)計優(yōu)化，500 kV吳寧變電纜通道由常規(guī)設(shè)計的1 900 m減少為1 135 m，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

(2)合理選擇線纜敷設(shè)方式是智能變電站電纜、光纜敷設(shè)工程優(yōu)化的核心。在實際工程中，需要根據(jù)工程技術(shù)和環(huán)境條件，按照滿足運行可靠、便于維護(hù)的要求和技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的原則選用最佳敷設(shè)方式。

(3)智能變電站較多采用光纜，可選擇槽盒敷設(shè)方式以節(jié)省工程量。淺埋式地面電纜槽盒可以節(jié)省土方、施工便利，顯著縮短建設(shè)周期。通過合理配置伸縮節(jié)，還能有效解決地基沉降對電纜通道產(chǎn)生的破壞。

(4)FRP電纜支架技術(shù)先進(jìn)、全壽命周期綜合效益高，建議在重污穢地區(qū)變電站優(yōu)先選用。

(5)對于需要在電纜溝內(nèi)進(jìn)行防火分隔的敷設(shè)場合，采用抽屜式防火隔板及電纜支架系統(tǒng)能夠較好地解決電纜溝內(nèi)防火隔板切割、安裝以及擴(kuò)建拆卸等問題。

(6)智能變電站戶內(nèi)電纜敷設(shè)采用“電纜走底，光纜走頂”方式，活動地板層設(shè)計小型電纜支架或吊架，減小了地下電纜通道的工程量，光纖敷設(shè)整齊美觀。

(7)對于工程質(zhì)量外觀要求較高的智能變電站工程，戶外主電纜溝可以采用隱藏式電纜溝設(shè)計并配置沉降監(jiān)測。

［1］GB 50217—2007電力工程電纜設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國計劃出版社，2008.

［2］浙江省電力公司基建部.變電工程標(biāo)準(zhǔn)化工藝設(shè)計［M］.北京：中國電力出版社，2010.

［3］GB 50229—2006火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計防火規(guī)范［S］.北京：中國計劃出版社，2008.

［4］CECS 106—2000鋁合金電纜橋架技術(shù)規(guī)程［S］.

［5］張樹華，顧鈞揚.復(fù)合材料電纜支架［J］.廣東電力，2001，14(6)： 33-36.

［6］張予紅，張全安.變電站電纜立體交叉排列敷設(shè)方法［J］.中國電力，2009，42(8)：83-86.

［7］鄭少鵬.大型電站工程電纜設(shè)計與施工的一些方法［J］.電力建設(shè)，2004，25(2)：5-6.

［8］周華東.電纜溝敷設(shè)方式下電纜溫度場計算模型［J］.四川電力技術(shù)，2010，33(4)：43-45.

［9］郭大營.火電廠電纜附屬設(shè)施的施工［J］.電力建設(shè)，1997，18(7)： 53-55.

［10］李宏偉.網(wǎng)絡(luò)光纜的敷設(shè)與測試［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2006，32 (1)：109-111.