大截面大长度220kv高压交联电缆的应用研究

0引言

湖南长沙万家丽路电力隧道位于长沙市万家丽 路主干道路下方,途经长沙市芙蓉区、开福区及长沙县,全长14 km,是湖南最长的电力隧道、湖南省内首条电力盾构隧道。隧道内共规划4回220 kV电缆和8回110 kV电缆,该隧道的建成将有效打通城外500 kV 变电站与城内220 kV变电站地下电缆的输电通道,有效改善长沙河东地区的电网结构,保障长沙地铁3号线、5号线、城际铁路及沿线周边的稳定供电,是长沙城东地区重要的地下能源通道。

本隧道内的电缆为目前湖南省内电缆路径最长、电缆回路数多、电缆中间接头多的电缆群。据国网和南网内部不完全统计,电缆中间接头处是电缆最薄弱的地方,容易产生故障,因此,减少接头数量可以相应减少电缆运行故障概率,提高电缆可靠性,即减少接头,增加盘长,就可以降低电缆线路运行风险,减少工程投资。传统电缆设计分段长度偏短,通常220 kV电缆工程每盘长度为500 m左右,下文针对万家丽路220 kV电力隧道中科大—鸭子铺双回220 kV 线路电缆采用不同分盘长度、不同接头数量,对比分析计算护套感应电压值及电缆附件数量的变化。

1 护套感应电压

长沙科大—鸭子铺220 kV线路起自科大220 kV 变GIS终端,止于鸭子铺220 kV变GIS终端,全线采用双回路电缆敷设。单根电缆长度为6.504 km,其中盾构隧道电缆长5.3 km,其余敷设在变电站出线段的明挖隧道内。电缆的布置如图1、图2所示。

1.1 计算过程

电缆金属护套感应电压与输送电流、电缆排列方式和间距有关。以盾构隧道水平排列为例,中间相护套感应电压较两边相低,因此只需计算两边相护套感应电压即可。水平排列时两边相正常工作情况下电缆护套感应电压计算公式为:

式中:U为护套感应电压;L为电缆最大分段长度;I为电缆最大输送电流;Y、X₀、a为计算过程参数符号;w为常数,w=2Πf,f为系统频率;S为电缆中心间距;r为电缆护层几何平均半径,r=0.7788r₁,r₁为电缆护层平均半径。

本工程线路电缆选用分割铜导体交联聚乙烯绝缘波纹铝护套阻燃聚乙烯外护套纵向阻水电力电缆(型号ZC-YJLW03-Z127/2201×2 500 mm²),电缆护层平均半径为61 mm,电缆最大输送电流为2 200 A,电缆中心距取230 mm。

电缆线路采用交叉互联方式的目的是减少金属护套感应电压,且不受线路总长度限制。本工程线路电缆金属护套采用两端直接接地、中间交叉互联接地方式,将电缆全长均匀分割成3段或3的倍数段,每3个小段为一个完整交叉互联大段。本工程电缆金属 护套分别采用4个完整交叉互联、3个完整交叉互联、2个完整交叉互联接地方式进行电缆护套感应电压计算。

1.2 计算结果

科大——鸭子铺双回220 kV线路单根电缆长度为6.504 km,采用4个完整交叉互联接地方式,将电缆分为4个完整分段,12个小段,每小段电缆长542 m。计算得到正常运行时铝护套感应电压最大值为129 V。

科大——鸭子铺双回220 kV线路单根电缆长度为6.504 km,采用3个完整交叉互联接地方式,将电缆分为3个完整分段,9个小段,每小段电缆长723 m。计算得到正常运行时铝护套感应电压最大值为191 V。

科大——鸭子铺双回220 kV线路单根电缆长度为6.504 km,采用2个完整交叉互联接地方式,将电缆分为2个完整分段,6个小段,每小段电缆长1 084 m。计算得到正常运行时铝护套感应电压最大值为292 V。

在不增加其他任何设备的条件下,对6.504km电缆采用不同长度分盘,得出的铝护套感应电压值如表1所示。

高压单芯电缆运行时,感应电压的大小与流过电缆导体的电流、线路长度成正比。在相同条件下,增加盘长后势必会增加该段电缆金属护层的感应电压。国内GB50217—2018《电力工程电缆设计标准》及DL/T 5221—2016《城市电力电缆线路设计技术规定》对于交流单芯电缆金属护套接地方式都有明确的规定:单芯电缆金属护套接地时,采用能有效防止人员任意接触金属套的安全措施时,金属护套感应电压不得大于300 V。根据表1计算结果,结合现在电力电缆均有防止人员接触金属护套的措施,科大—鸭子铺双回220 kV线路单根6.504 km电缆采用3种分段、不同盘长时,电缆铝护套感应电压均满足设计技术规程规范^[1—2]要求,即在300 V的控制感应电压下,本线路工程可采用大长度电缆敷设。

2电缆附件材料量对比

科大——鸭子铺双回220 kV线路电缆采用不同盘 长时的电缆附件材料量对比如表2所示。

根据表2对比结果,采用2个完整交叉互联接地方式时,对比采用3个、4个完整交叉互联接地方式,中间接头数量及接地箱数量均递减,即采用大长度电缆缩短了工程施工周期,减少了工程成本及工程维护费用,降低工程造价效果显著。

3项目建设条件

3.1 生产能力

通过收集电力线路工程相关信息, 目前国内已实施过的项目中最长单盘220 kV电缆长1 715 m,大部分电缆厂家具备生产大截面大长度高压电缆能力。近几年,国内部分已实施的大截面大长度电缆信息如表3所示。

3.2 运输

陆地电缆一般采用盘具运输,电缆厂家通过增加盘具内宽的形式,将货车总高度控制在5 m以内,可以满足大长度电缆的运输条件。

3.3 施工

在电缆敷设施工环节,施工单位可以通过采用全自动电缆输送机,驱动感应电缆展放装置,解决电缆承重、电缆输送速度匹配、电缆输送角度控制等施工技术性问题。

3.4 运维

根据工程配置的监控设施,运维单位可以通过电力电缆监控系统对电缆护套感应电压和护层接地电流、局放、分布式光纤测温、通信等各项指标进行现场检测和判断。

4综合对比分析

采用大长度高压电缆与普通长度高压电缆综合对比分析如表4所示。

5 结束语

综上所述,使用大长度电缆可降低电缆运行风险,减少建设成本,提高电缆运行可靠性、社会效益。随着城市布局不断优化、电网结构不断完善、社会效益不断提升,110 kV电缆线路、220 kV电缆线路应用越来越广泛,结合近几年国内大长度大截面高压电缆的顺利投运,采用大长度大截面电缆成为高压电力线路工程建设的趋势。

[参考文献]

[1] 电力工程电缆设计标准:GB 50217—2018[S].

[2]城市电力电缆线路设计技术规定:DL/T 5221—2016[S].

2024年第11期第16篇