（中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司 陕西西安 710075）
摘要：电缆敷设型式直接影响到电缆载流量、关系到安全运行及日后的检修维护，是发电厂设计中的重要环节，特别是光热发电厂，由于区域分散、电缆敷设量大，如何选择合适的敷设方法，对整个供电系统的电缆选择的经济性和可靠性影响更大。根据国外某塔式光热发电站的工程实践，依据当地标准，进行了电缆敷设设计方案研究，给出了敷设系数选取方法，提出了合理的敷设方法，对今后国、内外光热发电站的工程设计提供借鉴。
关键词：塔式光热发电；电缆敷设；降容系数；当地标准
Research on cable laying way of a international tower thermal power station
Ai Dongmei
（CPECC，NWEPDI，Shanxi，Xi'an，710075）
Abstract：Cable laying is an important part in the design of power plant, especially for the tower thermal power station, which directly affects the cable load flow, the safe operation and after-maintenance.Because of the dispersed layout and amount of cables, how to choose the appropriate laying method is very important, which greatly affect the economy and reliability of the cables of the whole power supply system. Based on the engineering practice of a international tower solar thermal power station, we study the cable laying way according to the local standards, give a cable correction coefficient method, and puts forward the reasonable cable laying way. which can offer a reference to the future design of domestic and international solar thermal power station.
Key words:tower thermal power station; cable laying; derating factor;local standards
1、前言
近年来太阳能发电技术飞速发展，主要有光伏发电和光热发电两大种类。由于光伏发电受制于季节、昼夜及阴晴等气象条件，难以保证电力的稳定供应。而塔式光热发电厂配置了储热系统，具有全天候提供稳定电力输出的巨大优势，有望逐步取代燃煤火电，有益于改善日益严重的环境问题，具有良好的发展前景。
光热发电主要利用太阳光的热辐射，厂址位于太阳直接辐射资源较丰富的地区，大量电缆需户外敷设、环境条件较为恶劣。电缆敷设的形式直接影响到施工的难易、电缆载流量，关系到安全运行及日后的检修维护。
国外某项目装机150MW，采用塔式太阳能聚热发电技术，是目前世界上规划规模最大的塔式太阳能聚热电站项目。本文以该光热电站为例，来研究同类型工程的执行标准情况及电缆敷设方法。
2、基本概况
本项目位于北非摩洛哥瓦尔扎扎特省，建设场地具有高温高湿气候特征，最高气温高达50℃。
项目主要设备配置：单塔装机容量150 MW,配置7h熔盐储热系统，中心塔高度247m,定日镜约7400面。汽轮发电机采用无刷励磁，通过一台15.75/232kV的主变经225kV升压站接到附近的变电站。
塔式太阳能光热发电由五个系统组成：1）太阳能集热系统；2）太阳跟踪系统；3）HTF系统：包括高温热传导介质的蓄热、传热、热交换蒸汽发生器、冷却系统；4）汽轮机发电机设备；5)配电及控制系统。简单示意如下图。
图1 塔式太阳能发电原理示意
各系统的电源均取自电控楼配电中心，因其分布于各区域，且地上及地下管网及布置较为复杂，电缆需根据实际情况考虑不同的敷设方案。
3、电缆敷设方法简介
常用敷设方式有直埋敷设、穿管敷设、电缆排管敷设、电缆沟敷设、电缆隧道敷设和架空电缆桥架敷设等几种方式。
3.1电缆直埋敷设方式
直埋敷设最方便，投资少，但易于受到各种侵蚀，并且不利于电缆的维护和检修，一旦遇到电缆故障，需要重新挖开电缆沟，极不方便。当同一电缆通路少于6根35kV及以下电力电缆，或者在厂区通往距离辅助设施或郊区等不易有经常性开挖的地段，地质条件允许的情况下，宜采用直埋。
3.2电缆排管敷设方式
排管敷设主要用于同一通道电缆数量较多，路由比较集中的区域，相对来说，施工比较方便，且更节省材料。同时排管深埋地下、不占用地面空间，可预先埋设通道。
3.3电缆沟敷设方式
电缆数量超过6根可采用电缆沟敷设方式。电缆较多时，可以在两侧都设支架。一般在建筑物内地下或者厂区电缆数量较多但不需要采用隧道时，宜用电缆沟。有防爆、防火要求的明敷电缆，应采用埋砂敷设的电缆沟。有化学腐蚀液体或高温熔化金属溢流的场所，或在载重车辆频繁经过的地段，不得用电缆沟。经常有工业水溢流，可燃粉尘弥漫的房间内，不宜用电缆沟。
3.4电缆隧道敷设方式
同一通道的地下电缆数量众多，电缆沟不足以容纳时应采用隧道，电缆隧道是能沟容纳较多电缆的地下土建设施，但是投资较大，施工工期较长。同一通道的地下电缆数量较多，且位于有腐蚀性液体或经常有地面水流溢的场所，或含有35kV以上高压电缆，或穿越公路、铁道地地段，宜用隧道。
3.5电缆桥架敷设方式
电缆桥架敷设具有造价低，施工快、配线灵活，便于装卸更换、不受位置限制等优点。在配电室、控制室、继电保护室等有多根电缆汇聚的下部，设有电缆夹层。建筑物或厂区不适于地下敷设时，可用架空敷设。
4、各区域敷设方案
塔式光热发电站根据设备分布情况，主要分为定日镜场区域、中心塔及加热器区域、熔盐罐区域、空冷岛区域（简称ACC）、汽轮机及主电控楼区域、升压站区域、水处理区域等。厂区布置如图2所示。
图2 塔式光热发电站布置示意
电缆敷设方式的选择，以降低建设成本、满足安全可靠运行、便于维护和技术经济合理的原则来确定。
本项目电缆总长度约180kM。根据不同区域设备布置情况、电缆类型和数量等因素，分别采用了电缆桥架、电缆沟道、电缆排管、直埋敷设方式。
4.1定日镜场区域
因镜场区占地面积较大，此区域主要为驱动器电源电缆，通过电缆直埋的方式敷设至镜场各定日镜立柱处。
4.2中心塔及加热器区域
中心塔及加热器区域主要电负荷有汽轮机辅汽电加热器、射气抽汽器辅汽电加热器、电动给水泵、吸收塔风机、应急空压机系统等。
作为太阳能一次转换的核心区域，中心塔内专设配电室，电源通过电缆排管从主电控楼配电室取电，为塔内各低压用电设备提供安全可靠的电源。
电加热器区域现场布设有综合管架，故采用了电缆桥架敷设方式。电动给水泵、吸收塔风机及应急空压机系统等零米布置区域，设备及管道比较密集，故采用了电缆排管敷设至就近再电缆穿管的方式。
4.3熔盐罐及空冷岛(ACC)区域
熔盐罐区域主要电负荷有熔盐循环泵、太阳能接收器泵、调温泵等。现场设有综合管架，此处低压电缆采用了电缆桥架敷设方式由就近配电室供电。中压电缆采用电缆排管方式由主电控楼配电室提供电源。
空冷岛区域主要电负荷主要有冷却风机、真空泵，空压机系统等，真空泵及空压机系统布置区域采用电缆排管敷设，空冷岛风机上方由电缆桥架敷设，电缆桥架与0米层电缆沟及排管相接。
4.4汽轮机及主电控楼区域
汽轮机区域主要电负荷有加热装置，油泵、盘车等等，负荷较小但数量较多。电缆数量较多，采用电缆桥架敷设方式，与外部电缆沟相连接。
汽轮机周边区域0米层以上设备和管道布置密集，在地面空间受限的情况下，采用电缆排管敷设，可最大程度的减少地面占用空间，同时避免电缆通道与工艺设备安装冲突；且电缆通道多个区域与道路交叉，采用电缆排管可以提前施工，以后敷设电缆较为方便，也不影响道路通行，是一种比较合理的敷设方式。
为了便于电缆敷设及电缆出线，在电缆排管相应位置处设置人孔。
主电控楼区域布置的电气设备有变压器、PC及MCC盘柜、直流及UPS盘柜，等，不同电压等级电缆交叉，电缆数量较多，在盘柜下设置电缆夹层采用电缆桥架集中敷设。
主电控楼电缆线路数量非常多且路由比较集中。本工程在主电控楼南侧设置电缆沟作为主电控楼电缆出线主通道，通过电缆沟与厂区电缆排管连接。在ACC平台下零米空间较大的地方，也采用了电缆沟敷设的方式。
4.5升压站区域
升压站区域主要电负荷有检修箱、各PT/CT端子箱、就地端子箱等，主要以控制电缆为主，并且位置比较分散，采用从就近电缆沟和直埋敷设的方式。
4.6水处理区域
水处理区域主要电负荷有湿式表面冷却器、化学加药、补水泵、闭式水泵、电动消防泵等负荷，各区域自成系统、管道布置也比较密集，此区域主电缆通道仍采用电缆排管方式，然后从就近人孔电缆出线埋管敷设至各用电设备。
5、敷设系数选取
根据本项目合同要求，以及后期与业主方讨论，本工程电缆敷设设计执行摩洛哥当地标准NM 06.1.104。针对电缆敷设方式的不同，电缆载流量的计算采取了不同的计算方法。当同一根电缆全程不同路段采取了不同的敷设方式，则电缆截面的选择以该电缆敷设路径中降容系数最严重的敷设方式计算。
5.1电缆桥架敷设时电缆降容系数计算
桥架敷设时需要考虑桥架上单层敷设电缆回路数、电缆层数、温度及光照等因素的降容。根据当地标准NM06.1.104,电缆桥架敷设时降容系数规定如下：
（1）同一电缆桥架中电缆回路数降容系数Kb1，见表1.
表1 降容系数Kb1
（2）多层敷设降容系数Kb2，见表2
表2 降容系数Kb2
（3）温度降容系数Kt
（4）室外50℃时取0.82；室内55℃时取0.76，40℃取0.91。本工程温度降容系数Kt按照室内55℃考虑、室外50℃考虑。
（5）太阳直射系数Ks=0.85.
（6）综合降容系数K取值
综上所述，对于本工程电缆桥架敷设方式综合降容系数计算如下：
室内：
K= Kb1* Kb2*Kt=0.78*0.8*0.76=0.474
室外：
K=Kb1*Kb2*Kt*Ks=0.78*0.8*0.82*0.85
=0.435
5.2 电缆排管敷设时电缆降容系数计算
当电缆采用排管敷设时，其载流量受排管管径、环境温度、土壤热阻、电缆排管规格及电缆截面积、电缆数量等因素的影响。根据摩洛哥当地标准NM 06.1.104,电缆排管敷设时降容系数规定如下：
（1）混凝土中电缆排管的降容系数Kd1
电缆排管内空间较小，电缆相互之间会产生较大的热影响，内部空间温度较高，因此需考虑电缆排管的电缆降容系数。排管内降容系数根据摩洛哥当地标准NM 06.1.104表52E规定选择，系数取Kd1=0.8；
（2）土壤温度降容系数Kd2
排管电缆敷设也要考虑当地气候条件下土壤温度对电缆载流量的影响。根据现场提供的信息，土壤温度为30度，若电缆排管按照PR/EPR考虑，根据摩洛哥当地标准NM 06.1.104表52L，土壤温度降容系数取Kd2=0.93；
（3）土壤热阻降容系数Kd3
电缆排管中的散热首先经过电缆排管与土壤实现热交换，再通过周围土壤将温度散发出去，电缆排管的散热很大程度上受土壤热阻的影响。根据现场勘测资料，土壤的热阻值为1.2K•m/W，根据摩洛哥当地标准，取Kd3=0.94；
（4）群组敷设降容系数Kd4
根据电缆数量的多少，电缆排管采用不同规格。排管内回路数越多、或者排管数量越多，则电缆载流量降容就越严重。所以在电缆布置时，易发热的动力电缆尽可能布置在上层排管或者靠边缘的排管处。本工程电缆排管采用管径DN150及DN200两种规格，原则上每一回路的中压电缆或者大电流低压电缆占用一根电缆排管；小负荷多根电缆可共用一根电缆排管；保安负荷电缆单独占用一根电缆排管。同一回路的三相单芯电缆在排管内采用三角形排列敷设方式。对于有主备电源的回路并且一根排管只能敷设一个回路时，电缆可敷设在相邻的两个排管内，这时，电缆降容群组效应系数可减半计算。群组敷设降容系数Kd4可根据具体情况，，根据摩洛哥当地标准NM 06.1.104-52GM选取,具体见表3：
表3 群组敷设降容系数Kd4
（5）同一排管中电缆回路数降容系Kd5，见表4.
表4 多根电缆共管降容系数Kd5
（6）综合降容系数K取值
综上所述，对于本工程电缆排管敷设方式综合降容系数计算如下：
K=Kd1*Kd2*Kd3*Kd4* Kd5
6、结语
作为一种新型的太阳能利用方式，塔式光热发电以其节能、环保、稳定可靠的电力供应等优点，有利于解决全球的能源短缺和环境污染问题，必将得到长足发展。
对于国外的塔式光热发电项目，所执行的电缆敷设标准往往与我国国标有很大差异，因此在承担此类项目设计时，需首先学习项目所地的标准，以便提高工作效率和设计质量，保证方案顺利通过审核。此外应关注当地的地理环境及气候条件。由于光热发电厂一般位于太阳直接辐射资源丰富地区，自然环境比较恶劣，其厂区内设备具有区域分散、电缆量大、路径复杂等特点，布置方式，较传统的火力发电、光伏发电有很大的不同。合理选择电缆敷设方式对于降低建设成本、保证厂内各用电设备安全可靠运行以及日后的检修维护的方便，有很强的现实意义。
本文结合摩洛哥塔式光热发电工程，按照所在国的标准要求进行电缆敷设降容计算，按照厂区不同分区域布置情况，研究适用于塔式光热发电厂的电缆敷设方法，为同类型工程提供借鉴。
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论文作者:艾冬梅
论文发表刊物:《电力设备》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/13
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