朱黎
福建宏瑞建設(shè)工程有限公司廈門分公司(361000)
高壓電纜設(shè)計技術(shù)及應(yīng)用實踐微探
朱黎
福建宏瑞建設(shè)工程有限公司廈門分公司(361000)
結(jié)合某地鐵項目主變電所工程實例,針對高壓電纜設(shè)計工作中的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行分析,總結(jié)電纜型式、電纜截面、絕緣水平、電纜損耗以及電纜線路接地方式等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的設(shè)計要點(diǎn),望能夠確保高壓電纜線路安全穩(wěn)定運(yùn)行。
高壓電纜;設(shè)計;電纜截面;接地
地鐵項目主變電所中電站樞紐布置位置會在很大程度上影響進(jìn)出線以及聯(lián)絡(luò)線的選擇與設(shè)計方案。高壓電纜可適用于10 kV以上電壓等級系統(tǒng)的電力傳輸作業(yè),在地鐵項目電力系統(tǒng)中有著非常重要的應(yīng)用價值。大量工程實踐經(jīng)驗也表明,高壓電纜設(shè)計方案以及相關(guān)設(shè)計技術(shù)的實際應(yīng)用情況將在很大程度上對高壓電力系統(tǒng)的運(yùn)行性能產(chǎn)生影響。故把握高壓電纜線路相關(guān)設(shè)計技術(shù)要點(diǎn),并對高壓電纜在接地過程中的關(guān)鍵問題進(jìn)行分析與探討,望能夠引起工作人員的關(guān)注與重視。
某地鐵項目主變電所位于S市,線路全長為41.2 km,共設(shè)置11個站點(diǎn)。某站點(diǎn)線路管溝部分Ⅰ110 kV進(jìn)線電氣綜合工程由廈門電力勘察設(shè)計院有限公司負(fù)責(zé)設(shè)計,由廣州地鐵設(shè)計研究院有限公司進(jìn)行監(jiān)理。發(fā)電機(jī)與變壓器組合采用單元接地,將發(fā)電機(jī)斷路器設(shè)置于發(fā)電機(jī)出口位置,以330 kV一級電壓接入該地區(qū)電力系統(tǒng),330 kV一側(cè)采取雙母線接線方式。GIS設(shè)備與主變設(shè)備采用高壓電纜進(jìn)行連接,高壓電纜線路由主變壓器平臺經(jīng)專用高壓電纜線路廊道與GIS室電纜層進(jìn)行連接。高壓電纜線路額定電壓等級為190/363 kV,額定工作電流為660 A,額定工作頻率為50 Hz。
2.1 電纜型式設(shè)計
在高壓電纜線路設(shè)計過程中,必須充分考慮工程所處地區(qū)的環(huán)境條件、地質(zhì)特點(diǎn)、線路敷設(shè)條件、以及防火要求等因素,對不同型式的電纜線路進(jìn)行綜合比選,以得到最佳的高壓電纜線路設(shè)計型式。針對高差較大以及地下工程而言,上述場所應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選用低密度聚乙烯電纜型式或交聯(lián)聚乙烯電纜型式(兩者對比,針對電壓等級在35 kV以下的用電場所而言,以交聯(lián)聚乙烯電纜型式為首選方案)。除此以外,從運(yùn)行性能上來看,目前交聯(lián)聚乙烯電纜線路制造工藝成熟,該型式電纜線路在熱穩(wěn)定性以及熱機(jī)械性方面均較低密度聚乙烯電纜線路而言更高,因此本工程中對高壓電纜線路選型為交聯(lián)聚乙烯電纜線路型式。
2.2 電纜截面設(shè)計
在對高壓電纜線路標(biāo)稱截面進(jìn)行設(shè)計時,必須充分考慮高壓電纜線路允許載流量情況,同時復(fù)核短路狀態(tài)下的短時耐受電流水平。高壓電纜允許持續(xù)載流量主要受電纜線路絕緣層熱阻水平、襯墊層熱阻水平、電纜損耗系數(shù)、金屬保護(hù)套損耗系數(shù)等因素的影響,可按照如下式(1)進(jìn)行計算:
該式中,θc為高壓電纜線路持續(xù)運(yùn)行允許溫度最高值,θo為高壓電纜線路持續(xù)運(yùn)行環(huán)境溫度;R為高壓電纜持續(xù)運(yùn)行允許溫度最高值下交流電阻(單位:Ω/m),Wd為高壓電纜線路絕緣層介質(zhì)損耗(單位:W/m),T1為高壓電纜線路絕緣層熱阻水平(單位:k·m/W),T2為襯墊層熱阻水平(單位:k·m/ W),T3為高壓電纜線路外護(hù)套熱阻水平(單位:k·m/ W),T4為高壓電纜線路外部熱阻水平(單位:k·m/ W),λ1為高壓電纜線路金屬保護(hù)套損耗系數(shù),λ2為電纜鎧裝層損耗系數(shù)。
參考本主變電所高壓電纜敷設(shè)要求以及電纜線路結(jié)構(gòu)特點(diǎn),選擇電纜截面積為630.0 mm2,短時工作電流最大值為1 216 A。
2.3 絕緣水平設(shè)計
高壓電纜一旦發(fā)生絕緣性能故障,將會導(dǎo)致部分電纜乃至整根電纜報廢,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此,在電纜線路絕緣水平的設(shè)計中,應(yīng)當(dāng)相較于所連接電氣設(shè)備絕緣水平提高一級以上。除此以外,電纜絕緣水平設(shè)計中還應(yīng)當(dāng)對外護(hù)套的絕緣性能作出嚴(yán)格規(guī)定。本工程中所選用高壓電纜線路的絕緣水平參數(shù)為:額定工頻耐受電壓對應(yīng)電纜絕緣水平為420 kV/60.0 min,外護(hù)套絕緣水平為24 kV/ 1.0 min,額定操作沖擊耐受電壓對應(yīng)電纜絕緣水平為950 kV,額定雷電沖擊耐受電壓對應(yīng)電纜絕緣水平為1 175 kV,外護(hù)套絕緣水平為62.5 kV。
2.4 電纜損耗設(shè)計
主變電所中高壓電纜損耗主要包括以下幾種類型:第一是導(dǎo)體損耗,第二是絕緣損耗,第三是金屬護(hù)套損耗,第四是附加損耗。由于高壓電纜線路結(jié)構(gòu)以及金屬護(hù)套材料均存在一定差異,因此在電纜損耗上多有較大區(qū)別。在對比損耗時候應(yīng)當(dāng)以金屬護(hù)套損耗以及附加損耗為重點(diǎn)。本主變電所工程實例中,高壓電纜線路介質(zhì)損耗為1.91 kW/km,導(dǎo)體損耗為15.26 kW/km,金屬護(hù)套損耗以及附加損耗合計為0.19 kW/km。
目前,高壓電纜線路金屬保護(hù)套可采取的接地方式包括三種類型:交叉互聯(lián)接地、兩端直接接地、一端直接接地。對于主變電所而言,由于高壓電纜線路長度有限,金屬保護(hù)套上任意一點(diǎn)正常感應(yīng)電壓多可控制在規(guī)定范圍內(nèi),因此接地方式以一端直接接地為主。在接地設(shè)計過程中應(yīng)著重關(guān)注如下問題:
1)單芯高壓電纜線路金屬保護(hù)套一端直接接地情況下,另一端必須通過金屬絕緣保護(hù)器作接地處理。連接金屬絕緣保護(hù)器接地的主要目的是避免高壓電纜線路導(dǎo)體通過操作過電壓沖擊波或短路電流的情況下保護(hù)層感應(yīng)電壓升高的問題。
2)高壓電纜線路金屬保護(hù)套直接接地點(diǎn)可選擇電纜線路任意一端,若線路兩端所連接電氣設(shè)備不同,在選擇接地點(diǎn)時必須滿足以下原則:第一,高壓電纜線路一端連接變壓器,另一端連接架空線路情況下,線路金屬保護(hù)套接地點(diǎn)位置應(yīng)選擇在架空線與高壓電纜連接一側(cè),同時作三相互連接地處理;第二,高壓電纜線路一端連接GIS設(shè)備,另一端連接架空線路的情況下,線路金屬保護(hù)套接地點(diǎn)位置應(yīng)當(dāng)設(shè)置于架空線與高壓電纜連接一側(cè),同時作三相互連接地處理;第三,高壓電纜線路一端連接GIS設(shè)備,另一端連接變壓器裝置的情況下,線路金屬保護(hù)套接地點(diǎn)應(yīng)設(shè)置于GIS設(shè)備與高壓電纜連接一側(cè),同時作三相互連接地處理。本案例中高壓電纜應(yīng)用一端直接接地方式,回流線電纜經(jīng)計算選擇10/6 kV(截面240.0 mm2)電纜線路。
高壓電纜線路在地鐵項目電力系統(tǒng)中的應(yīng)用日益增多與頻繁。因此,在高壓電纜線路設(shè)計過程中必須參考實際情況,對電纜線路選型以及接地方案作出合理設(shè)計。
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