2500mm2截面电缆的敷设

　

摘要：交联2500 mm2电缆是国内截面最大的交联电缆，目前为止没有任何经验可以借鉴。西大望变电站作为220 kV枢纽站，其可靠性极为重要。定福庄-西大望线路工程将此大截面电缆用于西大望变电站，作为其电源电缆。因此该工程的设计时就需要慎重考虑。以往电缆线路设计中通用的经验在本工程中需要从理论上进行计算验证，不但为本工程的安全可靠提供依据，而且也为今后2500 mm2大截面交联电缆的使用积累经验。

关键词：大截面电缆 敷设 护层保护器 接地方式
　0 引言
　　西大望220 kV变电站位于北京第一热电厂南面，是为缓解一热长期过负荷问题而建。该站为220 kV枢纽站，终期共有变压器6台，其中4台220 /110 kV变压器，容量均为250 MVA（目前有3台投入运行）；2台110 /35 kV变压器，容量均为63 MVA（目前2台均投入运行）。由于受地形限制，该站由定福庄变电站提供的双回电源架空线路在距变电站约200 m处，改为电缆敷设进入西大望变电站。考虑与架空线相匹配，其电源电缆采用XLPE-220 kV-1×2500 mm2电缆。虽然北京地区正在运行的电缆很多，但是如此超大截面高压电缆还是首次遇到，如果仅依靠经验，象常规电缆一样设计，则缺乏理论基础，在许多问题上无法解决。
　　通常，电缆线路设计主要包含以下几点：
　　首先，电缆的蛇形敷设参数需要明确。常规的220 kV电缆在隧道内敷设时只是根据敷设位置的空间决定电缆的蛇形波幅，一般采用12 m为一个波长，波幅的变化为1~1.5倍的电缆外径不等。但2500 mm2交联电缆则没有可以借鉴的经验值。
　　其次，电缆的接地方式问题。目前，北京地区电缆采用的接地方式只有两种：一种是针对长电缆线路采用交叉互联两端直接接地的方式；另一种是针对短段电缆采用单端接地方式，即一端直接接地，另一端经保护器接地的方式。这两种接地方式哪种更适合具体工程有待进一步的求证。
　　第三，部分电缆附件的参数需要核对。这里主要指护层保护器的参数。常规的电缆线路中所用的护层保护器参数是相同的，均能满足系统及线路的要求，但该工程电缆输送容量较大、系统短路容量也超过了常规数值。在这种情况下，过去所使用的保护器是否满足该工程要求就需要进行计算核对。
　　1 理论分析
　　该工程包括由定福庄变电站至王四营电缆终端站双回架空线路及电缆终端站至西大望变电站双回电缆线路。由于受地形限制，西大望站由定福庄站提供的双回电源架空线路在距变电站东约200 m处，经电缆终端站入地，改为电缆敷设进入西大望变电站。双回架空线采用LGJ-4×400 mm2导线，电缆选用交联单芯电缆ZR-YJLW02-127/220 kV-1×2500 mm2，由王四营电缆终端站220 kV架构区引双回电缆沿已建电缆隧道敷设至西大望变电站电缆夹层内，再由夹层引上接至站内220 kV GIS。电缆路径长度为294 m，单相长度约420 m。
　　1.1 电缆敷设参数的确定
　　对于大截面电缆而言，在负荷电流变化时，由线芯温度的变化引起的热胀冷缩所产生的机械力是十分巨大的。一般称为热机械力。电缆线芯的截面越大，所产生的热机械力也越大。计算表明：在线芯截面为2000 mm2的充油电缆上，最大的热机械力可达10 t左右，如果处理不当，这样大的机械力对安全运行是一个很大的威胁。因此，不但制造部门在设计大截面电缆及其附件时要充分考虑这一问题，而且运行部门在设计大截面电缆的线路时也要加以考虑。
　　正弦波形敷设方式是将电缆在两个相邻夹子之间以轴线为基准作交替方向的偏置，形成正弦波形（见图1），也称蛇形敷设。由于电缆在运行时产生的膨胀将为电缆的初始曲率所吸收，所以线路只要稍微增大曲率就能容纳其膨胀量，因此不会使金属护套产生危险的疲劳应力。进行这种敷设时相邻两个夹子之间的间距（即半波长）和偏置幅值（即波幅）的最佳值取决于电缆的重量和刚度。下面，我们对该工程进行理论分析。

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我的妈呀，爱死你了  

　　电缆线路运行过程中，作用在电缆上的变形力即为线芯发热时的膨胀推力。由于温升，线芯产生的膨胀推力为
　　P = α△θE A (1)
　　式中 P——线芯上的膨胀推力；
　　　　△θ——线芯的最大允许温升；
　　　　α——线芯的线膨胀系数；
　　　　E ——线芯的弹性模量；
　　　　A ——线芯的截面积。
　　当电缆被固定时，膨胀推力作用于电缆上产生的伸长量△L为
　　△L = aTL (2)
　　式中 T——温差；
　　　　 L——固定端之间电缆长。
　　在设定L的前提下，就可以利用公式(1)(2)计算出蛇形敷设的波长、波幅及膨胀推力。表1为3组计算结果。

　　根据表1 可看出，波长越大波幅越大，所产生的推力也越大；反之，则推力减小。将此结论应用于工程实际中，则会出现另一个结论 ：波长大则全线所使用的固定金具数量相应较少，但现有隧道内空间有限，无法满足290 mm的波幅要求；另一方面，波长小则固定金具数量相应增加，给安装增加难度，同时也增加工程造价。因此，半波长3 m的一组数据无论是从安装的可实施性工程造价以及安全可靠性等各方面考虑均能满足要求。因此是比较符合该工程的一组数据。
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