2500mm2截面电缆的敷设.docx
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2500mm2截面电缆的敷设
2500mm2截面电缆的敷设
摘要:
交联2500mm2电缆是国内截面最大的交联电缆,目前为止没有任何体会能够借鉴。
西大望变电站作为220kV枢纽站,其靠得住性极为重要。
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体会在本工程中需要从理论上进行计算验证,不但为本工程的平安靠得住提供依据,而且也为尔后2500mm2大截面交联电缆的利用积存体会。
关键词:
大截面电缆敷设护层爱惜器接地址式
0引言
西大望220kV变电站位于北京第一热电厂南面,是为减缓一热长期过负荷问题而建。
该站为220kV枢纽站,终期共有变压器6台,其中4台220/110kV变压器,容量均为250MVA(目前有3台投入运行);2台110/35kV变压器,容量均为63MVA(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200m处,改成电缆敷设进入西大望变电站。
考虑与架空线相匹配,其电源电缆采纳XLPE-220kV-1×2500mm2电缆。
尽管北京地域正在运行的电缆很多,可是如此超大截面高压电缆仍是第一次碰到,若是仅依托体会,象常规电缆一样设计,那么缺乏理论基础,在许多问题上无法解决。
通常,电缆线路设计要紧包括以下几点:
第一,电缆的蛇形敷设参数需要明确。
常规的220kV电缆在隧道内敷设时只是依照敷设位置的空间决定电缆的蛇形波幅,一样采纳12m为一个波长,波幅的转变为1~倍的电缆外径不等。
但2500mm2交联电缆那么没有能够借鉴的体会值。
第二,电缆的接地址式问题。
目前,北京地域电缆采纳的接地址式只有两种:
一种是针对长电缆线路采纳交叉互联两头直接接地的方式;另一种是针对短段电缆采纳单端接地址式,即一端直接接地,另一端经爱惜器接地的方式。
这两种接地址式哪一种更适合具体工程有待进一步的求证。
第三,部份电缆附件的参数需要查对。
那个地址要紧指护层爱惜器的参数。
常规的电缆线路中所用的护层爱惜器参数是相同的,均能知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。
在这种情形下,过去所利用的爱惜器是不是知足该工程要求就需要进行计算查对。
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200m处,经电缆终端站入地,改成电缆敷设进入西大望变电站。
双回架空线采纳LGJ-4×400mm2导线,电缆选用交联单芯电缆ZR-YJLW02-127/220kV-1×2500mm2,由王四营电缆终端站220kV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220kVGIS。
电缆途径长度为294m,单相长度约420m。
电缆敷设参数的确信
关于大截面电缆而言,在负荷电流转变时,由线芯温度的转变引发的热胀冷缩所产生的机械力是十分庞大的。
一样称为热机械力。
电缆线芯的截面越大,所产生的热机械力也越大。
计算说明:
在线芯截面为2000mm2的充油电缆上,最大的热机械力可达10t左右,若是处置不妥,如此大的机械力对平安运行是一个专门大的要挟。
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,因此线路只要略微增大曲率就能够容纳其膨胀量,因此可不能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)的最正确值取决于电缆的重量和刚度。
下面,咱们对该工程进行理论分析。
电缆线路运行进程中,作用在电缆上的变形力即为线芯发烧时的膨胀推力。
由于温升,线芯产生的膨胀推力为
P=α△θEA
(1)
式中P——线芯上的膨胀推力;
△θ——线芯的最大许诺温升;
α——线芯的线膨胀系数;
E——线芯的弹性模量;
A——线芯的截面积。
当电缆被固按时,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,就能够够利用公式
(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。
依照表1可看出,波长越大波幅越大,所产生的推力也越大;反之,那么推力减小。
将此结论应用于工程实际中,那么会显现另一个结论:
波长大那么全线所利用的固定金具数量相应较少,但现有隧道内空间有限,无法知足290mm的波幅要求;另一方面,波长小那么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3m的一组数据不管是从安装的可实施性工程造价和平安靠得住性等各方面考虑均能知足要求。
因此是比较符合该工程的一组数据。
电缆接地址式的确信
电缆正常运行情形下,在金属护层上会产生感应电势,其数值与电缆长度和线芯电流的乘积成正比。
在电缆长度和线芯截面积较大情形下,尤其是系统发生短路故障时,感应电势可能达到专门大数值,危及人身平安乃至造成电缆运行事故。
目前国内经常使用的接地址式有三种:
·方案一:
一端互联接地;
·方案二:
一端互联接地加回流线;
·方案三:
交叉互联,爱惜器Y0接线。
其中方案一和三是目前北京地域利用较多的电缆接地址式,方案二尚未在北京地域利用过。
此三种接地址案各有其优、缺点及适用条件。
较长的高压电缆线路一样采取交叉互联两头接地址式,以限制感应电势在许诺值范围内。
当电缆长度较小,感应电势在规程许诺值范围内,即每根电缆中的感应电势不超过50V,可采纳将电缆护套一端对地绝缘,仅一端与地接通。
就西大望工程而言,电缆为432m,经计算,采纳单端接地址式时的工频感应电压为45V,符合规程要求,可采纳单端接地的方案。
但通过计算本工程系统故障过电压,发觉电缆在单端接地时,会带来新的问题。
当雷电流或内过电压波沿线芯流动时,电缆金属屏蔽层不接地端会显现较高的冲击电压;在系统发生短路时,金属护套不接地端会显现较高的工频过电压。
通过计算这一过电压值可达到25kV,在采纳一端接地时必需采取方法限制护层过电压。
因此,仅采纳方案一的接地址式无法知足系统要求。
为了使电缆线路平安靠得住运行,一方面需要在线路的不接地端设置爱惜器,另一方面增设回流线来降低过电压。
因此本工程采纳了方案二的接地址式,即单端接地加回流线。
见图2。
由于方案二的接地址式在北京地域没有运行体会,因此需对其进行详细的计算。
由于方案二从全然意义上也属于单端接地,只是增加了回流线,因此应第一从单端接地址案开始分析。
设电缆平行敷设在同一水平面上,中心轴间距离为S,金属护套一端互联接地,变电站接地电阻R。
见图3。
当系统发生单端接地故障时,如图3中假设A相接地短路。
那么A相电缆金属护套对地最大电势UA为
UA=-(R+jXeL)IC(3)
式中xe——单位长度护套电抗;
l——电缆长度;
IC——短路电流。
由于两相和三相短路时短路电流不以大地为回路,回流的途径较近,短路电流在金属护套上的感应电压就比较小,而且护套不接地端的对地电压也不受地网接地电阻的阻碍,因此这两种情形较单端接地好得多。
也确实是说,护套及爱惜器所受最高电压一样出此刻电网单端接地故障时,专门是当短路电流大或地网接地电阻大时,采纳单端接地的方式。
在单相接地故障情形下,利用式(3)计算出的过电压值达到25kV。
如此高的过电压是电缆护层绝缘及爱惜器所无法经受的。
因此必需设法降低金属护套两头的感应电压,同时在计算中咱们发觉地网电位IC×R的阻碍在式(3)中占有较大比例,因此排除地网阻碍十分重要。
回流线的存在使单相接地时,外护层绝缘及爱惜器所受工频过电压与地网电位无关,从而降低过电压数值。
增加回流线后,单相短路回路电流不通过大地而经回流线返回E点,短路相电缆单位长度金属护套感应电势为
USA=-jIC2wln(2S3/DS)×10-7(4)
利用式(4)计算本工程电缆单相接地故障时的过电压仅为8kV,可见其成效十分显著。
通过以上的分析计算,进一步论证了采纳方案二的接地址式是符合本工程要求的。
护层爱惜器参数选择
在电缆线路中,当电缆结尾芯线接地时,由于在短路的芯线结尾冲击电流会比原先的值加倍,因此B点的电压可达芯线入射电压波e的两倍,即电缆外护层绝缘将经受极高的过电压。
那个2e的过电压确信会使外护层绝缘击穿。
为了限制这一过电压,显然只要让电缆金属护套结尾在冲击下接地,使冲击电流能以金属护套为回路,那么电缆护套结尾就可不能有过电压了。
为此,可在电缆护套结尾和大地间接一过电压爱惜器,给冲击电流以通路,从而爱惜电缆护层绝缘不被击穿。
可见爱惜器对电缆线路平安靠得住运行起着很重要的作用。
可是一直以来,咱们在设计进程中均未对电缆护层爱惜器的参数进行校验,而单纯依托厂家配备参数。
由于本工程是第一次利用超大截面交联电缆的特殊性,笔者以为有必要将爱惜器参数进行核实。
电缆线路接爱惜器后,在冲击电压的作用下,冲击电流将经爱惜器回到护套。
而作用在电缆护套结尾护层上的冲击电压将等于爱惜器的残压。
依照流动波的等值集中参数定律可求出:
当电缆结尾接地时,流经爱惜器的冲击电流将为2e/Z1(Z1为电缆线芯对护套的波阻),而当电缆结尾经某一电阻R接地时,流经爱惜器的电流为2e/(Z1+R)。
这一电流可高达10ka,爱惜器在这一冲击电流的作用下不该损坏,同时爱惜器的放电电压及残压都应低于护套外绝缘护层的冲击耐压值。
经核实目前厂家提供的爱惜器参数如下:
·直流1mA耐压≥6kV;
·8/20ms、5kA冲击电流残压≤kV;
·8/20ms、10kA冲击电流残压≤12kV。
依照规程要求,220kV电缆外护套冲击电压水平为kV。
就本工程而言,爱惜器要经受工频感应过电压26kV而不损坏,10kA冲击残压必然达到50kV,标准要求爱惜器冲击残压应小于倍护套冲击耐压水平,因此220kV电缆护层爱惜器残压应小于33kV。
如此爱惜器对电缆护套无法再起到爱惜作用。
同时,电缆护套要经受如此高的感应过电压,容易造成电缆护套击穿。
因此工频过电压达到26kV,爱惜器将无法在故障情形下起到应有的爱惜作用。
因此必需采取方法降低这一电压数值。
而笔者在问题二中正是解决了那个问题,即增加回流线来降低工频过电压数值。
依照问题二的计算结果可知,加回流线后的工频过电压为8kV。
那个电压品级是在爱惜器爱惜范围之内的。
2总结
通过本文对三个问题的分析及结论,使大截面交联电缆线路在设计中较为重要的问题从理论上取得了解决。
就西大望工程而言,能够得出以下结论:
该工程由王四营电缆终端站至西大望变电站的电缆需采纳波长为3m,波幅约为倍电缆外径的蛇形敷设方式;采纳单端接地加回流线的接地址式。
推行而言,本文能够为尔后大截面电缆线路设计提供以下几点体会和理论依据。
依照本文中计算所得结论,电缆线路的护层爱惜器是有必然爱惜范围的,在工程实际应用中应付其进行计算校核,如系统短路容量过大,那么应采取方法降低过电压数值,使线路运行平安,爱惜器能起到应有的作用。
在各类方法中,本文所述的加回流线的方式比增加接头、缩短盘长的方式更为经济合理,且从运行角度而言更为平安靠得住。
在知足标准要求的感应电压及爱惜器爱惜范围条件下,可将电缆盘长适当加长,从而减少电缆线路接头数量,使靠得住性取得提高。
参考文献
[1]DL401-91.《高压电缆选用导那么》.
[2]《高压电缆线路》.水利电力出版社.
[3]刘子玉.《电断气缘结构设计原理》.西安交通大学.
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- 2500 mm2 截面 电缆 敷设