杜　穎，　俞　鵬，　謝　偉

(1.中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都　610072

2.國網(wǎng)四川省電力公司，四川 成都　610041)

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黃金坪水電站高壓電纜設(shè)計及布置

杜穎1，俞鵬1，謝偉2

(1.中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都610072

2.國網(wǎng)四川省電力公司，四川 成都610041)

摘要：介紹了500 kV及110 kV電纜設(shè)計中應(yīng)重點考慮的幾個技術(shù)問題,如電纜的選型及截面的選擇、電纜護套工頻感應(yīng)過電壓計算、500 kV及110 kV電纜布置的配合等，對今后類似水電站建設(shè)具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：高壓電纜；選擇；安裝；設(shè)計；黃金坪水電站

1概述

黃金坪水電站位于甘孜藏族自治州康定市姑咱鎮(zhèn)黃金坪鄉(xiāng)境內(nèi)，為大渡河干流規(guī)劃調(diào)整推薦二十二級方案中的第十一級電站，上游接長河壩水電站，下游接瀘定水電站。電站總裝機容量850 MW，采用左、右岸兩個地下廠房開發(fā)布置方式，其中左岸大廠房裝機容量為4×200 MW，主要任務(wù)為發(fā)電，500 kV電力電纜共1回(為A、B、C三相三根電纜)，由500 kV GIS經(jīng)出線洞送至地面500 kV出線場并接入系統(tǒng)；110 kV電力電纜共1回(三相一根電纜)，為引進右岸小廠房至左岸大廠房110 kV GIS設(shè)備的電纜(由4號三相三繞組變壓器將右岸小廠房的發(fā)電容量一起送入系統(tǒng))。右岸小廠房位于壩址附近，裝機容量為2×25 MW，從水庫右岸引水發(fā)電，主要任務(wù)為承擔(dān)電站脫水段(壩址～左岸大廠房電站尾水段間)環(huán)保供水，110 kV電力電纜1回，為右岸小廠房出線回路電纜，經(jīng)小廠房出線洞后送至地面110 kV出線場。

黃金坪水電站全部采用國產(chǎn)高壓電力電纜，其中500 kV高壓電纜由河北新寶豐電線電纜有限公司生產(chǎn)；110 kV高壓電纜由山東陽谷新日輝電纜有限公司生產(chǎn)。僅在500 kV電纜和110 kV電纜在同一通道布置時引入110 kV電纜。

筆者以500 kV電纜為例介紹了電纜設(shè)計中應(yīng)考慮的幾個技術(shù)問題。

2高壓電力電纜的選型

110～500 kV高壓電力電纜分為自容式充油電纜(以下簡稱充油電纜)和擠包絕緣干式電纜兩類。擠包絕緣電纜又分交聯(lián)聚乙烯電纜 (以下簡稱 XLPE 電纜 ) 和低密度聚乙烯電纜 (以下簡稱 LDPE電纜 )兩種型式 。DL/T 5228-2005《水力發(fā)電廠交流110～500 kV電力電纜工程設(shè)計規(guī)范》中提出：電纜型式應(yīng)根據(jù)工程所在地區(qū)的環(huán)境和敷設(shè)條件、運行維護經(jīng)驗、防火及環(huán)保要求等通過技術(shù)經(jīng)濟比較選用。地下工程、高落差場所等應(yīng)優(yōu)先采用交聯(lián)聚乙烯電纜。黃金坪水電站的110 kV和500 kV電力電纜均在地下廠房內(nèi)敷設(shè)，因此均優(yōu)先選用XLPE 電纜。

3高壓電力電纜截面的選擇

根據(jù)IEC 60287《電纜額定持續(xù)電流的計算》，標(biāo)準(zhǔn)電纜導(dǎo)體溫度及載流量計算公式是依據(jù)電纜穩(wěn)態(tài)運行時所形成的熱物理溫度場建立微分方程求解而得。計算公式：

式中I1為電纜安全運行的載流量； θc為線芯的溫度，此處選擇90 ℃；θ0為環(huán)境溫度， 此處選擇40 ℃；θc-θ0為高于環(huán)境溫度的導(dǎo)體溫升(K)；Wi為導(dǎo)體在最高溫度時的單位長度介質(zhì)損耗(W/m)；R為導(dǎo)體在最高運行溫度下的單位長度交流電 阻 (Ω/m)；T1為導(dǎo)體與金屬護套間的單位長度熱阻 (K·m/W)；T2為屏蔽層與金屬護套間的單位長度熱阻 (K·m/W) ；T3為電纜外護層的單位長度熱阻 (K·m/W)；T4為電纜表面與外部介質(zhì)的單位長度熱阻 (K·m/W)；λ1為金屬護套損耗相對于所有導(dǎo)體總損耗的比例 ；λ2為金屬鎧裝損耗相對于所有導(dǎo)體總損耗的比率。

根據(jù)以上公式最終計算出高壓電纜的載流量為1 270A，滿足黃金坪水電站額定載流量選擇截面積為1 000mm2。110kV高壓電纜的載流量為1 091A，截面積為630mm2。

4500kV電纜系統(tǒng)的接地設(shè)計及護套工頻感應(yīng)過電壓計算

1-終端；2-絕緣保護器；3-回流線圖1　交叉互聯(lián)接地示意圖

由于黃金坪水電站500kV采用單根電纜，中間不斷開，故每相僅有一段電纜。根據(jù)DL/T5228—2005《水力水電廠交流110～500kV電纜工程設(shè)計規(guī)范》中關(guān)于電纜金屬護套接地原則采用一端直接接地，一端通過金屬護層保護器接地。直接接地端放在與架空線連接的開關(guān)端，護層保護器接地端放在與GIS連接處。同時，敷設(shè)系統(tǒng)中必須敷設(shè)回流線，以降低電纜系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障時金屬護層感應(yīng)電壓?；亓骶€按三、七開布置(圖1)。 該工程電纜的金屬護套采用一端直接接地 ,另一端經(jīng)保護器接地的方式 ,并對護套感應(yīng)電壓進行了計算 。采用由鄭肇驥、王焜明編著的《高壓電纜線路》一書中的方法計算。護套的感應(yīng)電壓按下述公式進行計算 :

A相金屬護套上的感應(yīng)電勢：

B相金屬護套上的感應(yīng)電勢：

C相金屬護套上的感應(yīng)電勢：

其中S為兩電纜中心距，mm；l為線路長度，km；GMRS為電纜金屬護套的幾何平均半徑，mm；I為額定電流或者短路電流，A；ω為電源頻率，ω=2πf。

根據(jù)黃金坪水電站500kV高壓電纜運行的不同狀態(tài)得出以下結(jié)論：

在正常運行狀態(tài)下 ,全電纜外護套最大感應(yīng)電壓約為 73V； 在三相接地故障電流 63kA狀態(tài)下 , 全電纜外護層最大感應(yīng)電壓約 為 4.4kV；在三相接地故障電流 50kA狀態(tài)下 , 全電纜外護層最大感應(yīng)電壓約 為 2.7kV。

根據(jù)GB50217-2007《電力工程電纜設(shè)計規(guī)范》中4.1.10條規(guī)定，未采取能有效防止人員任意接觸金屬層的安全措施時，不得大于50V；除上述情況外，不得大于300V。故該工程只要在保護接地端采取防護措施，就能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

5500kV電纜與110kV電纜的布置

黃金坪水電站左岸大廠房處500kV電纜與110kV電纜的敷設(shè)路徑為：GIS層→出線洞→開關(guān)站出線層。其涉及到兩個電壓等級的電纜敷設(shè)配合問題，因此既充分利用空間，又使各種電壓等級的電纜不互相干擾成為設(shè)計中的主要問題。

左岸大廠房GIS層處采用將110kV電纜布置在GIS樓下游墻的上層，500kV高壓電纜布置在下層。從GIS樓至出線洞有一段約69m長的水平通道，在水平段電纜采用水平蛇形敷設(shè)，蛇形弧幅寬240mm，蛇形長度為8m，相間距為400mm，每隔約4m設(shè)一個電纜夾具，其中部分為活動夾具，以便電纜在熱脹冷縮時移動，充分利用GIS樓的樓梯間位置設(shè)置了長約3m的預(yù)留段。

出線洞：洞內(nèi)電纜眾多，既存在500kV和110kV高壓電纜，又要敷設(shè)400V動力電纜，還有控制電纜和信號電纜等。針對這種情況，黃金坪水電站采用分兩側(cè)、分層布置的方式。一側(cè)布置500kV高壓電纜和部分400V動力電纜和控制電纜，另一側(cè)布置110kV高壓電纜和另一部分400 V動力電纜和控制或信號電纜。具體布置情況見圖2。

圖2　出線洞電纜布置示意圖

出線場處：500 kV和110 kV高壓電纜分別在此處設(shè)置預(yù)留段，長度為兩次大修的長度。

6結(jié)語

高壓電纜的選擇需要注意以下幾點：

(1)根據(jù)電站所在地區(qū)和相關(guān)要求選擇合適的電纜型式；

(2)根據(jù)電纜的結(jié)構(gòu)和敷設(shè)方式 ,對電纜的載流量進行校核；

(3)選擇合適的電纜接地系統(tǒng)并應(yīng)對電纜外護層的感應(yīng)過電壓進行計算，確定是否需要采取相應(yīng)的安全措施 ；

(4)如果工程中存在多個電壓等級的電纜同時進行敷設(shè)，應(yīng)充分考慮各型電纜間的影響。

參考文獻：

[1]鄭肇驥，王琨明． 高壓電纜線路[M]．北京：水利電力出版社，1983.

[2]GB50217-1994，電力工程電纜設(shè)計規(guī)范[S].

[3]GB50217-1994，電力工程電纜設(shè)計規(guī)范[S].

(責(zé)任編輯：李燕輝)

黃河湖口至爾多段規(guī)劃建十級梯級電站

日前，國家發(fā)改委以發(fā)改辦能源發(fā)文對黃河上游河段(湖口至爾多)水電規(guī)劃報告進行了批復(fù)。根據(jù)該《規(guī)劃報告》審查意見并綜合各方意見和自然保護區(qū)調(diào)整情況，國家發(fā)改委同意黃河上游河段(湖口至爾多)的十一級梯級布局及資源規(guī)劃方案，即塔塔爾、官倉賽納、門堂、塔吉哥一級、塔吉柯二級、首曲、寧木特、瑪爾擋、爾多水電站，規(guī)劃總裝機容量485.1萬千瓦，年均發(fā)電量186億千瓦時；同意瑪爾擋水電站為近期開發(fā)梯級，首曲、寧木特、爾多水電站作為后續(xù)研究梯級。黃河上游河段水量豐富，落差集中，水能蘊藏量豐富，尤其是龍羊峽至青銅峽河段，全長918千米，天然落差1 324米，水能資源理論蘊藏量1 133萬千瓦，具有工程投資相對較小和水庫移民相對較少，對外交通方便，經(jīng)濟指標(biāo)好等優(yōu)點，被譽為我國水電建設(shè)中的“富礦”，是我國規(guī)劃開發(fā)的重要水電基地。據(jù)了解，黃河上游湖口至爾多河段全長1 256 km，總落差1 277米，其中瑪曲至爾多河段長264 km，落差430米。2015年9月21日至22日，國家發(fā)改委、國家能源局在北京主持召開了黃河上游河段(湖口至爾多)水電規(guī)劃報告審查會議，由水電水利規(guī)劃設(shè)計總院組織并成立了審查專家組，對黃河上游河段(湖口至爾多)水電規(guī)劃報告進行了審查。目前，環(huán)保部已經(jīng)受理了瑪爾擋水電站的項目環(huán)境影響評價文件并予以公示?，敔枔跛娬疚挥谇嗪Ｊ『Ｄ喜刈遄灾沃萃驴h與果洛藏族自治州瑪沁縣交界處的黃河干流上，海拔在3 200米以上，建成后將成為黃河流域海拔最高的水電站。瑪爾擋水電站總裝機容量220萬千瓦，電站多年平均年發(fā)電量70.54億千瓦時，年利用小時數(shù)為3 206小時。該水電站建成運行后，將在一定程度上緩解地方電力供需矛盾，促進社會經(jīng)濟的發(fā)展，預(yù)計每年可實現(xiàn)發(fā)電效益約18.55億元。

杜穎(1976-)，女，遼寧沈陽人，高級工程師，學(xué)士，從事電氣一次設(shè)計工作；

俞鵬(1976-)，男，陜西西安人，高級工程師，學(xué)士，從事電氣一次設(shè)計工作；

謝偉(1977-)，男，四川宜賓人，高級工程師，碩士，從事電網(wǎng)建設(shè)技術(shù)工作.

High Voltage Cable Design and Layout of Huangjinping Hydropower Station

DU YingYU Peng

(PowerChina Chengdu Engineering Corporation Limited, Chengdu , Sichuan, 610072,China)

Abstract:The paper mainly introduces a few technical problems in design of 500 kV and 110 kV cables for Huangjinping hydropower station，such as selection of cable type and cross section, cable sheath power frequency induction overvoltage calculation, the arrangement of 500 kV and 110 kV cable etc. This will provide references to the similar hydropower station construction in the future.

Keywords:high voltage cable; choose; installation; design

作者簡介:

文章編號:1001-2184(2016)02-0055-03

文獻標(biāo)識碼:B

中圖分類號:TV7;TV22;TV734.3

收稿日期:2015-12-31