摘要：厄瓜多尔Minas电站采用3回230kV XLPE单芯铜芯电缆，用于连接地下厂房及230kV开关站，230kV电缆从地下厂房主变压器高压套管处通过电缆吊架引至垂直竖井，垂直竖井长约451m，然后经过约250m长的户外电缆沟后到达230kV开关站。每根电缆长度约为760m～797m。电缆截面为400mm2。本文简要介绍Minas电站采用230kV电缆设计中的有关问题。
关键词：电缆；选型；计算；电缆敷设；设计
1 概述
MINAS水电站是一座以发电为主的引水式电站，地处南美洲厄瓜多尔西南部。电站装设3台单机90MW的冲击式水轮发电机组，多年平均年发电量1290.8万kW•h。本电站发电机至变压器接线方案为一机一变组成三个发电机-变压器单元。三台主变容量均为120MVA，电压为230/13.8kV。230kV侧采用一台半断路器（3/2）接线方案，设有三回进线、两回出线，其中两串为3/2接线，另一串为双断路器。
2 主变布置位置及高压出线方案
考虑到厂房位置的地质条件，如果将变压器布置在地下，可大大降低大电流封闭母线的电能损耗，因此，确定将230kV主变压器布置在高程为293.91m的主变洞里，其低压侧与封闭母线连接，高压侧采用油/SF6集成装置（内含SF6避雷器和CT）与高压电缆连接。
主变压器洞室地面高程为293.91m，宽为22m，在主变压器洞下游侧设有圆形电缆竖井，竖井高为451m，内径5.4m，内设通风井、电梯和楼梯，垂直升至745m高程后，改为长约250m的电缆沟进入230kV开关站。
3 230kV电缆的材质选择
目前国外制造的230kV电缆导体材质有铜芯、铝芯两种。与铝芯电缆相比，铜芯电缆具有载流量大、电阻率低、强度高、抗疲劳特性好、电压损失低、发热温度低、能耗低、施工方便等优点，尽管铝芯电缆要相对便宜，但铜芯电缆本工程的垂直竖井敷设中具有突出的优势，使用铜芯电缆供电具有事故率低、耐腐蚀、可靠性高、安全性高、施工维护方便等特点。因此本工程230kV高压电缆采用铜芯电缆。
4 230kV电缆的截面选择
4.1 导体截面的选择
导体截面应满足电缆线路最大工作电流的要求，同时兼顾制造厂的标准截面系列。230kV高压电缆载流量不仅取决于缆芯截面和结构，还与敷设方式、电缆的布置及护层的接地方式有关。本工程电缆载流量按IEC60287的规定进行了计算。
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经过计算，在正常运行状态下，全电缆金属护套感应电压约42.2V，可以满足标准中关于金属护层上任一点的正常感应电压不大于50V的要求。另外，单相短路时，全电缆金属护套感应电压约2.9kV，远小于电缆护套耐压水平。
6 230kV电缆的结构
本工程230kV电缆由导体、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、缓冲层、金属护层、外护套构成。导体采用紧压圆形结构。导体屏蔽层由半导电包带和挤包的半导电体化合物层组成。绝缘层由一层挤包绝缘组成，材料为统一、均匀的交联聚乙烯（XLPE）。绝缘屏蔽层由一层挤包半导电化合物。缓冲层由半导电弹性材料适当绕包在绝缘线芯上组成或者其它相当的材料及结构组成。金属护层采用皱纹铝护套。外护套采用挤包的阻燃绝缘型PE。
7 230kV电缆在敷设和安装时受力计算
电缆在敷设和安装时，需对各个主要位置（尤其是竖井段）的拉应力和侧压力、牵引力进行计算复核。电缆允许最大牵引力28kN，敷缆机额定拉力为8kN，安全系数采用75%，则敷缆机的实际牵引能力为6kN，另外，皱纹铝护套电缆的允许侧压力3000N。经计算，平面段、竖井段、竖井上口及下口敷缆机的牵引力、各转弯位置电缆护套的侧压力均满足要求。
8 230kV电缆的布置和敷设安装
230kV电缆共3回路9根，单根长度约为760m～797m。根据本电站厂房布置和开关站电气设备布置的实际情况，230kV高压电缆的布置路径从主变压器高压侧电缆终端水平敷设长约20m至电缆竖井，经过长约451m的电缆竖井后，电缆改沿约250m长的户外电缆沟至开关站内的电缆户外终端套管。
由于本工程230kV电缆需经过高差约451m的垂直竖井，其布置、敷设安装是本工程的最大特点也是最难点。针对本工程的特殊情况，高压电缆的布置、敷设安装要求如下：
（1）本工程垂直竖井为三井合一式，包括通风井，电梯及楼梯井以及电缆竖井。电缆竖井中，230kV电缆沿弧形井壁垂直敷设，以电缆卡夹在特制的电缆支架上，电缆支架固定在井壁上。电缆竖井内设防火隔墙将3回电缆分隔开来。另外垂直方向每隔6m设置有操作维护工作平台，电缆敷设安装时，用于电缆敷设牵引、导向轮固定及工作人员活动站立，另外每隔两层平台搭建手脚架，以便操作。
（2）所有电缆在路径长度内采用蛇型敷设，电缆相间距为300mm，敷设波长为6m，波峰约0.1m。在波峰和波谷处分别设置固定线夹和滑动线夹。
（3）户外电缆均平行排列敷设于2米宽的电缆沟中。
（4）电缆在敷设时及安装后的最小弯曲半径为2.5m。为保证该最小弯曲半径，竖井电缆上部及下部均设置高度和角度可调节的特殊支、吊架，敷设时根据现场情况进行调节。
（5）在两侧电缆终端位置附近，均预留有制作电缆终端所需的电缆长度。
（6）安装设备要求：电缆盘放置在户外终端侧13米外的空地上，放线架安放基面必须平实。电缆入电缆竖井上下口及电缆沟上下位置各设置1套辊套组架。竖井敷缆机设置在检修平台上，451米竖井设置10台敷缆机。电缆沟等其余路径上根据现场情况每30米左右设置1台敷缆机。其余设备安装：直滑车3-5米设置一套；各转弯处设置转弯滑轮；竖井中除敷缆机固定位置外，各检修平台需固定四方滚轮。
9 总结
（1）根据电缆的结构和敷设方式，对电缆的载流量进行校核。
（2）对电缆护套的感应过电压进行计算，确定是否满足相关标准要求。
（3）电缆在敷设和安装时，应对各个主要位置的拉应力和侧压力、牵引力进行计算复核。
（4）由于本工程230kV电缆要经过垂直距离为451m的电缆竖井，电缆的敷设安装为最难点，需严格按照电缆布置及施工技术方案进行敷设安装，以确保安全。
参考文献：
[1] 电力工程电缆设计规范GB 50217-2007
[2] Electric cables - Calculation of the current rating IEC 60287-2006
[3] Guidance for the selection of high-voltage A.C. cable systems IEC 60183-2015
[4] Calculation of thermally permissible short-circuit currents，taking into account non-adiabatic heating effects IEC 60949-2008
[5] Guide to the protection of specially bonded cable systems against sheath overvoltages CIGRE Study Committee 21，Working Group 7 1990
论文作者:黄涵,陈晓明,杨杰
论文发表刊物:《基层建设》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/16
标签：电缆论文; 竖井论文; 护套论文; 电缆沟论文; 高压论文; 截面论文; 变压器论文; 《基层建设》2017年第16期论文;