高 力

（智方工程設計有限公司上海第二分公司，上海 200082）

220kV戶內變電站的高壓配電裝置進線間隔至主變壓器可采用電纜連接，該處電纜選型影響著供電可靠性和經濟性，這使得該處電纜選型尤為重要。文章從220kV電力電纜的導體材質、芯數(shù)、絕緣層與護層材料、絕緣水平的選擇入手，重點討論按載流量、熱穩(wěn)定、允許電壓損失選取截面積，最后介紹護層接地和電纜敷設等相關問題。同時結合工程實際，給工程技術人員對高壓電力電纜的選型提供了思路和參考。

某用戶A變電站220kV變壓器150MVA，變比為220/35kV，環(huán)境最高溫度為40℃，主變高壓側采用電纜連接，采用在電纜支架中敷設，下文中的相關計算值均在此例基礎條件下進行。

1 導體材質和芯數(shù)的選擇

高壓電力電纜導體一般采用銅芯電纜，鋁芯現(xiàn)已很少采用。110kV以上三相供電宜采用單芯電纜；變電站220kV電力電纜宜采用單芯銅導體電纜。

2 絕緣層、內護層材料和絕緣水平的選擇

變電站內220kV高壓電力電纜絕緣材質一般采用交聯(lián)聚乙烯?？紤]到渦流效應的影響，護層應選用非磁性的金屬鎧裝層，通常采用皺紋鋁套或者鉛套，其中鉛套應用鉛合金制造。個別有特殊要求的也可采用銅護套。

電纜的絕緣水平由額定電壓體現(xiàn)，該電壓是電纜設計、選型、試驗的基準電壓。工程中常用的220kV高壓電力電纜絕緣水平如表1所示。

表1 220kV高壓電力電纜絕緣水平 單位：kV

一般變電站在電纜層或電纜溝中敷設的主變高壓進線電纜可使用YJLW03型。

3 電纜導體截面選擇

3.1 按載流量選擇導體截面

按載流量選擇電纜截面的算式如下：

式中：Ig為電纜長期持續(xù)工作電流（或稱為回路最大工作電流），A；K為綜合校正系數(shù)；Ixu為標準條件下的載流量。

即選擇電纜的實際情況載流量要大于等于回路最大工作電流。而回路最大工作電流可由式（2）計算：

考慮主變過負荷系數(shù)為1.05。由式（2）可計算出A變電站中主變220kV回路最大工作電流≈394A。

若電纜在支架中敷設，則式（1）中的綜合校正系數(shù)K可分解為式（3）：

式中：Kt為溫度校正系數(shù)；K1為在空氣中支架上敷設系數(shù)；Ka為無遮陽校正系數(shù)。

對于 A變電站，Kt=0.95，K1=0.98，Ka=1，則K=0.95×0.98×1=0.93。代入式（1）可得=424A。

查電纜載流量表，220kV單芯交聯(lián)聚乙烯絕緣皺紋鋁套電力電纜允許載流量如表2所示。

表2 220kV單芯交聯(lián)聚乙烯絕緣皺紋鋁套電力電纜允許載流量

綜合考慮國家標準和相關廠家的制造情況，截面一般≥400mm2，可取截面積S=400mm2。

3.2 按熱穩(wěn)定選擇導體截面

（1）熱穩(wěn)定算式。按載流量選擇電纜導體截面后，一般還需進行熱穩(wěn)定校驗。通常在中性點導體選擇，站用變高壓側導體選擇，容量不大的高壓變壓器、高壓側導體選擇時，熱穩(wěn)定是選擇導體截面的控制因素。

電纜導體截面，由式（4）計算：

式中：S為電纜導體截面，mm2；Q為熱效應；C為熱穩(wěn)定系數(shù)。

Q的計算方法在變電站和發(fā)電廠中不同性質的回路算式是不同的，對于變配電站熱效應可按式（5）計算[1]：

式中：I為系統(tǒng)電源供給短路電流的周期分量起始有效值，A；t為短路持續(xù)時間，s。

（2）短路電流。短路電流應選取遠景年，該值可由計算得出。遠景短路電流若難以計算，系統(tǒng)側的短路電流可選取該地區(qū)規(guī)定的最大短路電流或斷路器的遮斷容量。遠景A變電站220kV母線最大短路電流有效值可按50kA考慮。

（3）短路持續(xù)時間。短路持續(xù)時間由保護動作時間加斷路器開斷時間（全分閘時間）組成。對電動機、低壓變壓器等直饋線，保護動作時間取主保護動作時間；其他情況，宜取后備保護時間[1-2]。主保護動作時間等于設定延時時間加保護動作時間。主保護一般不設延時，即設定延時時間為0s。而現(xiàn)在保護基本均采用微機保護，其保護動作時間為30～40ms，則主保護動作時間為40ms以內。斷路器開斷時間可由廠家資料得出，若無廠家資料或在方案設計階段，一般對高壓慢速斷路器可取0.2s，中速斷路器可取0.15s，快速短路器0.1s以下。變電站A采用的220kV GIS設備，由廠家資料得出斷路器開斷時間不大于60ms。綜合考慮A變電站該處電纜熱穩(wěn)定校驗時短路持續(xù)時間取0.1s。

（4）熱穩(wěn)定系數(shù)。熱穩(wěn)定系數(shù)C值可以通過計算法和查表法得出。計算法算式如下[1]：

式中：相關參數(shù)可見文獻[1]。

除電動機饋線回路均可取θp=θH，對于A變電站220kV主變進線電纜在進行熱穩(wěn)定校驗時，取η=1，J=1，K=1.05，q=3.4J/（cm3·℃），α=0.00393/ ℃，ρ=0.01724×10-4Ω·cm3/cm，θm=250℃，θp=θH=90℃，代入式（6）可得C=138.42。

使用查表法取熱穩(wěn)定系數(shù)在文獻[3]中有相關描述，在工程的方案設計階段和估算時較為適用。對于銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜C可取137[3]。和計算法得出的值雖有差別，但較為接近。

（5）按熱穩(wěn)定選擇結果。代入上文所取參數(shù)的結果，C值分別代入計算法的138.42和查表法的137，A變電站220kV主變進線電纜按熱穩(wěn)定選擇結果如下：

綜合考慮國家標準和相關廠家的制造情況，取S=400mm2，滿足熱穩(wěn)定校驗。

3.3 按允許電壓損失選擇導體截面

三相交流電壓損失的百分數(shù)算式：

式中：ΔU%為允許電壓損失百分數(shù)；L為電纜長度，km；r為電纜每公里電阻，Ω/km；x為電纜每公里電抗，Ω/km；cos為功率因數(shù)。

一般對供電距離較遠、容量較大的電纜線路需校驗電壓降，并且電壓降有可能成為決定截面因素，而變電站內高壓電力電纜通常較短，一般按載流量和熱穩(wěn)定選出截面可很好地滿足允許電壓損失要求。

4 電纜護層接地

單芯電纜在正常運行時，會有磁力線通過金屬護層或金屬屏蔽層，使其兩端出現(xiàn)感應電壓。如果僅將金屬護層或屏蔽層兩端直接接地，則會在電纜的金屬護層或屏蔽層形成環(huán)流，從而引起發(fā)熱，降低電纜實際載流量，加速電纜絕緣老化。為避免這一問題，單芯電纜金屬護層一端必須直接接地；又為了限制護層上的過電壓，要讓電纜金屬護層或金屬屏蔽層末端在沖擊下接地，則需在電纜另一端金屬護層或金屬屏蔽層和大地間接過電壓限制器。

變電站內高壓電力電纜通常長度為幾十米至一百多米之間，電力電纜一般采用一端護層直接接地，一端經過電壓保護器接地。而直接接地的優(yōu)先級一般為架空線＞GIS＞主變。則A變電站可采用主變進線GIS端直接接地，主變端經過電壓限制器接地，如圖1所示。

圖1 變電站內220kV電纜護層接地示意圖

5 電纜敷設

在電纜選型時應考慮電纜敷設情況，即是否存在施工困難、對載流量和通信線路的影響、敷設環(huán)境對絕緣和護套層的要求等。這就要考慮電纜的轉彎半徑、間距、路徑、電纜類型等。

電纜的轉彎半徑若有廠家資料，應按廠家建議值考慮，若無相關資料，高壓交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜應考慮至少20倍的電纜外徑。電力電纜若水平敷設時電纜間凈距宜不小于1倍電纜外徑，三角形敷設時可緊挨布置。由于轉彎半徑的影響通常將高壓電力電纜敷設在電纜層電纜支架的最下層，同時盡可能地遠離通信線，以降低對其干擾。變電站內的高壓電力電纜選用阻燃型，有特殊要求時可采用耐火型電纜。

6 結束語

文章介紹了變電站220kV電力電纜的選型方法。建議變電站內220kV電纜采用交聯(lián)聚乙烯絕緣銅芯阻燃電纜；變電站內220kV電纜截面時選擇，應綜合考慮載流量、熱穩(wěn)定、電壓降、國家標準和廠家制造情況等因素，還應考慮電纜護層接地和電纜敷設等問題。