張桂鋒

摘 要：從高壓單芯電纜線路的工程設(shè)計(jì)角度，提出改善電纜載流量的一些方法，包括采用合理的電纜排列配置方式、采用合理接地方式和分段長度、降低敷設(shè)環(huán)境溫度、降低電纜外部熱阻和采用合理敷設(shè)方式，并且對(duì)上述方法進(jìn)行計(jì)算分析，統(tǒng)計(jì)其對(duì)電纜載流量的影響程度，從而讓設(shè)計(jì)人員在工程實(shí)際中，清楚知道采用哪種方法更能有效的改善電纜載流量。

關(guān)鍵詞：載流量 環(huán)境溫度 渦流損耗 環(huán)流損耗 熱阻 接地方式 敷設(shè)方式

中圖分類號(hào)：TM247 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）02（a）-0189-02

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城鎮(zhèn)化進(jìn)一步擴(kuò)大，大中城市電力網(wǎng)中，電力電纜的使用越來越多，但其造價(jià)相較于架空線路要高出許多，因此，改善電纜載流量，減少電纜線路的投資具有非?，F(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)效益。

電纜允許持續(xù)載流量，是指電纜在導(dǎo)體允許最高工作溫度下長期運(yùn)行的載流量。理論上，改善電纜載流量方法：（1）增大電纜載流截面積。（2）提高主絕緣工作溫度。（3）提高主絕緣工作場強(qiáng)，減少絕緣厚度。（4）采用低介損材料，減少介質(zhì)損耗。（5）采用低熱阻材料，加快導(dǎo)體散熱。以上方法均從電纜材料方面來改善電纜載流量，但目前對(duì)于不同截面高壓單芯電纜的材料和結(jié)構(gòu)都是相對(duì)固定的定型產(chǎn)品，同時(shí)受工作屬性和研究方向的局限，以上方法對(duì)設(shè)計(jì)不具備現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。但對(duì)于設(shè)計(jì)人員，可采用以下方法改善電纜的載流量：（1）采用合理的電纜排列配置型式，減少金屬套渦流損耗。（2）采用合理接地方式和分段長度，減少金屬套環(huán)流損耗；（3）降低敷設(shè)環(huán)境溫度，提高高于環(huán)境溫度的導(dǎo)體允許溫升。（4）降低電纜外部熱阻，改善電纜外部散熱環(huán)境，提高電纜載流量。（5）采用合理敷設(shè)方式，改善電纜載流量。下面對(duì)設(shè)計(jì)人員改善電纜載流量的方法做詳細(xì)分析。

1 改善載流量的方法

1.1 采用合理的電纜排列配置方式

電纜排列配置方式不同，主要對(duì)金屬護(hù)套的渦流損耗有影響，現(xiàn)以額定電壓127/220 kV、單芯、分割銅導(dǎo)體標(biāo)稱截面積1200 mm2、交聯(lián)聚乙烯絕緣皺紋鋁套聚乙烯護(hù)套縱向阻水，型號(hào)為YJLW03-Z 127/2201×1200的電力電纜為例，對(duì)一回、二回、三回、四回等電纜的不同排列配置型式的渦流損耗λ″做一比較。為簡化工程計(jì)算，同一回路的相間距離和不同回路的間距都取同一值330 mm。詳細(xì)見下表1220 kV單芯電纜不同排列配置型式下的渦流損耗λ″。

從表1中，不難看出：一回電纜采用直角三角形布置渦流損耗最小，采用品字型或三葉型布置渦流損耗最大。二回電纜平列一層相序正向布置渦流損耗小，相序反向渦流損耗大；二回電纜層疊相序反相渦流損耗小，相序正向渦流損耗大。三回電纜層疊對(duì)應(yīng)第二層相序反向渦流損耗小，相序正向渦流損耗大。四回電纜層疊對(duì)應(yīng)第二或第三層相序反向渦流損耗小，相序反向渦流損耗大。

現(xiàn)對(duì)渦流損耗的電纜載流量的影響進(jìn)行分析計(jì)算，以表1中的二回電纜層疊二層的相序正向和反向的1200 mm2單芯220 kV電纜為例，當(dāng)采用相序正向排列時(shí)，電纜載流量為917.3 A，當(dāng)采用相序反向排列時(shí)，電纜載流量為975.3 A，由于采用相序排列配置的不同，電纜載流量相差6.32%。因此，若采用正序排列時(shí)的電纜載流量已滿足系統(tǒng)要求，那么1000 mm2截面的電纜采用反序排列也能滿足系統(tǒng)載流量的要求。

1.2 采用合理接地方式和分段長度

采用金屬套單點(diǎn)接地的接地方式，能防止電纜金屬護(hù)套產(chǎn)生環(huán)流；采用交叉互聯(lián)的接地方式，且每個(gè)交叉互聯(lián)段內(nèi)的分段長度均等時(shí)，交叉互聯(lián)段內(nèi)電纜的正常感應(yīng)電壓各相之和應(yīng)為零，從而電纜的環(huán)流損耗λ`為零。

對(duì)某單回共一段L=300 m長的上述1200 mm2單芯220 kV電纜線路為例，若采用單點(diǎn)接地方式時(shí)，電纜的環(huán)流損耗λ`=0，電纜載流量I=1141.7 A；但若采用兩端直接接地方式時(shí)，電纜的環(huán)流損耗λ`=1.744，電纜載流量I=867.4 A，電纜載流量相對(duì)減少24.0%。

對(duì)某單回共三段，采用交叉互聯(lián)接地方式且分段均勻的上述1200 mm2單芯220 kV電纜線路為例，電纜的環(huán)流損耗λ`≈0，電纜載流量I=1147.7 A；但若該回電纜的分段長度不等，L1=500 m，L2=550 m，L3=700 m時(shí)，將產(chǎn)生剩余的感應(yīng)電壓，導(dǎo)致該回電纜線路具有環(huán)流損耗λ`=0.036，電纜載流量I=1134.8 A，電纜載流量減少1.1%。

已知上述單回電纜平列布置，相間距S=330 mm，電纜金屬層的平均半徑r=115.05 mm，金屬套電阻RS=3.657×10-5 Ω/m，最高工作溫度下單位長度的交流電阻R=2.008×10-5 Ω/m。

根據(jù)上述例證，對(duì)于110 kV及以上高壓單芯電纜，金屬護(hù)套應(yīng)采用單點(diǎn)接地或交叉互聯(lián)接地的接地方式，且交叉互聯(lián)段內(nèi)電纜長度應(yīng)盡量均分。采用這樣的接地方式，能有效減少電纜金屬護(hù)套的環(huán)流損耗，提高電纜載流量。

1.3 降低敷設(shè)環(huán)境溫度

電纜周圍環(huán)境溫度越低，高于環(huán)境溫度的導(dǎo)體允許溫升越高，電纜載流量越大。但對(duì)于電纜所經(jīng)區(qū)域，溫度一定，正常情況下無法改變環(huán)境溫度，但選擇電纜路徑時(shí)，可遠(yuǎn)離有熱源的區(qū)域，盡量選擇地溫較低的地理位置。

對(duì)某一地區(qū)，不同埋深處的地溫是不同的，如廣東省代表性城市8月份不同深度下的平均地溫，如表2所示。

現(xiàn)以廣州地區(qū)8月份的平均地溫為例，對(duì)不同埋深下，直埋、單回平列布置1200 mm2單芯220 kV電纜的載流量進(jìn)行計(jì)算，統(tǒng)計(jì)情況如表3所示。

從表3可統(tǒng)計(jì)出環(huán)境溫度每降低1 ℃，電纜載流量增加9.4～9.6 A，增加幅度約為8.0‰～8.5‰。

從上述分析可知，環(huán)境溫度對(duì)電纜載流量的影響還是很大的，若環(huán)境溫度相差8 ℃～10 ℃時(shí)，電纜載流量可相差6.5%～8.1%，電纜標(biāo)稱截面積的選取將相差一個(gè)等級(jí)。

1.4 降低電纜外部熱阻

對(duì)于敷設(shè)在土壤中的電纜，其外部熱阻T4正比于土壤熱阻系數(shù)，土壤熱阻系數(shù)越大，電纜外部熱阻越大，載流量越小?，F(xiàn)對(duì)同一地溫下，不同土壤熱阻系數(shù)直埋敷設(shè)的1200 mm2單芯220 kV電纜載流量作一比較。詳細(xì)見下表4所標(biāo)。

從表4中可看出，當(dāng)土壤熱阻系數(shù)不同時(shí)，對(duì)電纜載流量的影響很大，因此，采用低熱阻系數(shù)的回填土非常重要。現(xiàn)今珠三角地區(qū)常規(guī)的回填土主要為細(xì)沙，其熱阻系數(shù)一般在1.2 K·m/W左右，但其會(huì)隨水分遷移發(fā)生波動(dòng)。

為降低外部熱阻，國外早有通過回填低熱阻介質(zhì)和向排管內(nèi)泵入導(dǎo)熱介質(zhì)以改善直埋和排管敷設(shè)電纜的散熱條件，提高電纜載流量的應(yīng)用，如美國、英國和香港等。低熱阻填充介質(zhì)具有熱阻系數(shù)（0.17～0.49 K·m/W）、保水能力強(qiáng)、狀態(tài)穩(wěn)定和對(duì)電纜無傷害等優(yōu)點(diǎn)，目前低熱阻電纜填充介質(zhì)有應(yīng)用于廣州供電局、佛山供電局等地區(qū)的部分220 kV、110 kV和10 kV電纜工程中，運(yùn)行情況良好。對(duì)填充低熱阻介質(zhì)（按0.4 K·m/W考慮）和填充細(xì)沙的1200 mm2單芯220 kV電纜線路，其載流量相差超過24%以上，效果是明顯的。

現(xiàn)以1200 mm2單芯220 kV單回電纜線路為例，當(dāng)采用排管敷設(shè)時(shí)，已知排管外徑280 mm、管厚18 mm、熱阻系數(shù)為4.6 K·m/W，電纜載流量為1052.5 A；當(dāng)排管內(nèi)導(dǎo)入低熱阻介質(zhì)后，低熱阻介質(zhì)熱阻系數(shù)按 0.4 K·m/W取值，電纜載流量為1099.1 A，載流量增加了4.4%。

對(duì)于大型的電纜溝，若全部填充低熱阻填充介質(zhì)，造價(jià)將非常高，因此，可考慮在電纜載流量的瓶頸段排管處導(dǎo)入低熱阻填充介質(zhì)，以均衡全線電纜載流量。

1.5 采用合理敷設(shè)方式

電纜在不同敷設(shè)方式下，其回路間距、相間距、相序布置、環(huán)境溫度和外部熱阻等因素，對(duì)電纜載流量都有不同程度的影響。但對(duì)于同一電纜線路，為便于計(jì)算，其環(huán)境溫度、土壤熱阻、回路間距和相間距一般均取相同值，主要影響電纜載流量的因素是外部熱阻。外部熱阻分為在空氣中敷設(shè)，不受日光直接照射和受日光直接照射的外部熱阻；埋地電纜的外部熱阻；在沖沙電纜溝中的外部熱阻；在排管中的外部熱阻等?，F(xiàn)對(duì)埋地電纜，不同敷設(shè)方式下的電纜載流量列于表5。

計(jì)算條件：埋深0.8 m，相鄰電纜之間軸線距離330 mm，單點(diǎn)接地或交叉互聯(lián)接地，土壤熱阻1.2 K·m/W，排管熱阻4.6 K·m/W，最高地溫29.1 ℃。全文載流量計(jì)算沒有特別說明均按該條件進(jìn)行計(jì)算。

從表5中可看出，在相同回路情況下，槽盒直埋電纜的載流量要優(yōu)于排管直埋的敷設(shè)方式，而且在單回情況下，載流量相差 7.8%，雙回情況下相差4.9%。因此，在選擇電纜敷設(shè)方式時(shí)，應(yīng)盡量少用電纜排管的敷設(shè)方式，若不得已采用，也可通過2.4節(jié)所述，在導(dǎo)管內(nèi)注入低熱阻填充介質(zhì)，改善電纜在排管內(nèi)的散熱，提高電纜載流量。

2 結(jié)語

根據(jù)上述分析，改善電纜載流量的方法有很多，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)工程實(shí)際情況，采用適合該工程的方法，做到滿足電力輸送容量的前提下，盡量選擇小截面電纜，減少工程投資。

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