（湖南省水利水電勘測設計研究總院長沙市410007）

110 kV及以上高壓電纜選擇與計算的軟件研發(fā)

彭自強 歐陽寧烽

（湖南省水利水電勘測設計研究總院長沙市410007）

針對不同敷設條件、不同工況下高壓單芯電纜截面選擇計算、護層感應電壓計算中出現(xiàn)的工作繁瑣、任務量大且容易出錯等問題，文章提出了采用面向對象語言來開發(fā)一款專用的可視化計算軟件并詳細介紹了軟件計算采用的理論基礎和軟件實現(xiàn)過程。最后，通過實際的工程計算驗證了該軟件的快速性和準確性。

高壓單芯電纜截面計算護層感應電壓計算可視化

引言

由于地形及出線走廊限制等因素，越來越多的水電站和變電站采用高壓單芯電纜作為開關站進線回路和出線回路的輸電通道，在城市變電站中尤其如此。然而，由于敷設方式不同、長度不同、環(huán)境條件不同等諸多因素影響，使其在計算中，過程繁瑣、工作量大且容易出錯，這給電氣設計人員增添了許多工作量，嚴重影響了工作效率和計算結果的準確度。

針對高壓單芯電纜選擇與計算中的難題，本文將采用面向對象語言開發(fā)一款專門的可視化計算軟件，可以快速、準確地進行與高壓單芯電纜設計有關的截面選擇計算、護層感應電壓計算等，有效地提高了設計人員的工作效率和計算準確度。

1 計算理論

1.1 截面選擇計算

高壓單芯電纜截面的選擇主要有按持續(xù)允許電流選擇法和按經(jīng)濟電流密度選擇法兩種方法。但由于技術、經(jīng)濟等因素的變化，經(jīng)濟電流密度會隨之產生波動，因此本文采取按持續(xù)允許電流選擇法來選取電纜截面，計算公式為：

式中

Iu——電纜允許載流量（A）；

IG——電纜導體回路持續(xù)工作電流（A）；

SG——回路輸送容量（kVA）；

UG——回路工作電壓（kV）；

Kf——不同敷設條件下的綜合校正系數(shù)。

電纜截面除應滿足持續(xù)允許電流外，還應滿足短路熱穩(wěn)定和允許電壓降要求。

短路熱穩(wěn)定截面計算公式為：

式中

S——短路熱穩(wěn)定要求最小截面（mm2）；

Q——短路熱效應（kA2·s）；

C——熱穩(wěn)定系數(shù)。

電壓降校驗公式為：

式中

L——線路長度（km）；

R——電纜單位長度電阻（Ω/km）；

X——電纜單位長度電抗（Ω/km）。

1.2 護層感應電壓計算

高壓單芯電纜通流時會在其周圍產生交變磁場，從而會在電纜金屬護層上產生感應電壓。感應電壓的大小與電纜導體中流過的電流、電纜長度、排列方式、電纜三相間位置等因素有關，其值超過一定值后將影響電纜絕緣，危及人身安全。因而，對高壓單芯電纜護層感應電壓進行計算并判斷其大小是否符合規(guī)程規(guī)范要求是很有必要的。

正常工況下電纜護層感應電壓計算見表1。

表1 正常工況下護層感應電壓計算

短路工況下電纜護層感應電壓計算見表2。

表2 短路故障下護層感應電壓計算

2 軟件實現(xiàn)

高壓單芯電纜計算軟件在Delphi 2010開發(fā)環(huán)境下開發(fā)完成，采用Object Pascal語言進行開發(fā)，軟件主程序流程如圖1所示。

圖1 軟件主程序流程圖

軟件可實現(xiàn)以下功能：

（1）根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)，計算特定敷設方式下高壓電纜的持續(xù)工作載流量，并根據(jù)電纜載流量表選取合適電纜截面。

（2）對初選的電纜截面進行短路熱穩(wěn)定校驗和壓降校驗，若不符合要求則提示重新選取電纜截面。

（3）針對不同工作情況（正常工況、短路故障）、不同敷設方式、不同護層接地方式的護層感應電壓進行計算。

（4）出具帶有詳細計算過程的word版計算書。開發(fā)的軟件界面如圖2所示。

3 工程驗證

圖2 計算軟件界面

項目概況：大源渡水電站裝設4臺30 MW水輪發(fā)電機組，采用兩機一變高壓電纜出線方式，兩回高壓電纜出線分別輸送60 MW容量至110 kV戶外開關站。

大源渡水電站110 kV高壓電纜計算的相關計算條件如下：

（1）輸送功率：P=2×30 MW= 60 MW。

（2）功率因數(shù)：cosφ=0.9。

（3）額定電壓：U=121 kV。

（4）護層半徑：rd=3 cm。

（5）電纜間距：S=30 cm。

（6）電纜長度：L=150 m。

（7）短路電流：id=11.5 kA。

（8）短路電流持續(xù)時間：td= 0.06 s。

利用大源渡水電站工程110 kV高壓電纜的相關計算成果對軟件計算的快速性和準確性進行驗證，得到的比較分析結果如表3。

結果表明軟件計算準確度達到100%，大大提高了設計人員的工作效率（從手工計算的1～2周提高到只需2～3 min）。

表3 大源渡水電站110kV高壓電纜選擇計算結果比較分析表

4 結論

針對高壓單芯電纜選擇與計算過程中出現(xiàn)的工作繁瑣、任務量大且容易出錯等問題，本文開發(fā)了一款專門的可視化計算軟件，可以快速幫助設計人員對高壓單芯電纜的設計進行準確的計算。實際工程計算驗證了軟件的快速性和準確性，可以有效地推廣到各工程高壓單芯電纜的相關設計計算工作中。

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2016－10－07）

彭自強（1988-），男，湖南婁底人，碩士研究生，助理工程師，主要從事水電站及變電站的電氣一次設計工作。