文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.2018.S1.027
0 引言
電力電纜作為城市中心全戶內(nèi)變電站最重要的電能傳輸介質(zhì)，是影響變電站安全性、可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性的重要因素，所以電纜敷設(shè)方案設(shè)計(jì)以保證變電站本質(zhì)安全為核心目標(biāo)，同時(shí)兼顧變電站全壽命周期的經(jīng)濟(jì)性。
1 工程概況
該站址位于湖北襄陽(yáng)市襄城區(qū)東面（規(guī)劃新區(qū)）的楊家河村二組及孫家巷村七組交界處。規(guī)劃建設(shè)3×180 MVA主變壓器，本期建設(shè)1×180 MVA主變壓器。220 kV規(guī)劃出線6回電纜，本期4回電纜出線，至樊城變、襄陽(yáng)電廠各2回。110 kV規(guī)劃出線12回電纜，本期5回電纜出線，至110 kV龐公變2回、至110 kV錢(qián)營(yíng)變1回、至110 kV鄭家山變1回、至110 kV樊城變1回。10 kV規(guī)劃電纜出線36回，本期出線13回。規(guī)劃按每臺(tái)變壓器裝設(shè)1組8 Mvar電容器，2組10 Mvar電抗器；本期1臺(tái)主變裝設(shè)2組10 Mvar電抗器。
本站為全戶內(nèi)變電站，主變壓器選用自耦變壓器，220 kV配電裝置選用間隔寬度2 m的GIS設(shè)備；110 kV配電裝置選用間隔寬度1 m的GIS設(shè)備；10 kV選用戶內(nèi)金屬鎧裝開(kāi)關(guān)柜。
2 原可研電纜敷設(shè)方案
可研方案中，全站共設(shè)一幢地上3層，地下1層的生產(chǎn)綜合樓。綜合樓地下設(shè)置層高為3.5 m的電纜夾層，主變區(qū)域采用電纜溝與室內(nèi)夾層連通，220 kV戶內(nèi)GIS配電裝置區(qū)布置于14.7 m層、110 kV戶內(nèi)GIS室布置于5.7 m層，GIS室均設(shè)置樓面電纜溝，二次設(shè)備室采用靜電地板下設(shè)架空層敷設(shè)電纜。220 kV及110 kV GIS均通過(guò)氣管與主變壓器油-SF6套管連接。220 kV及110 kV出線電纜由GIS電纜終端引出后經(jīng)配電裝置下方的電纜豎井間引下至地下電纜層，經(jīng)電纜隧道引至站外的電纜隧道；220 kV向西側(cè)出線；110 kV向南出線至站外后向西折至規(guī)劃道路，然后向南過(guò)路；10 kV饋線電纜通過(guò)配電綜合樓夾層?xùn)|西兩端出口引至站外。
3 全站電力電纜情況
3.1 220 kV電纜情況分析
3.1.1 220 kV主變進(jìn)線電纜
220 kV主變進(jìn)線規(guī)劃3回路共9根電纜，本期1回路共3根電纜。回路最大工作電流為614 A，所以選擇截面為1×630 mm2的銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣皺紋鋁護(hù)套聚乙烯外護(hù)套縱向阻水電力電纜，電纜型號(hào)為YJLW03-Z-127/220-1×630 mm2，空氣中水平敷設(shè)時(shí)載流量895 A，品字形敷設(shè)時(shí)載流量894 A；電纜近似外徑為114 mm，轉(zhuǎn)彎半徑為2.3 m；電纜近似質(zhì)量為14710 kg/km[1-2]。（注：本專(zhuān)題的電纜載流量均按40℃選?。?/p>
3.1.2 220 kV進(jìn)出線電纜
220 kV進(jìn)出線規(guī)劃6回路共18根電纜，本期4回路共12根電纜。依據(jù)可研批復(fù)，220 kV進(jìn)出線電纜為截面1×1 600 mm2的銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣皺紋鋁護(hù)套聚氯乙烯外護(hù)套縱向阻水電力電纜，電纜型號(hào)為YJLW02-Z-127/220-1×1 600 mm2，空氣中水平敷設(shè)時(shí)載流量1157 A，品字形敷設(shè)時(shí)載流量1151 A；電纜近似外徑為130 mm，轉(zhuǎn)彎半徑為2.6 m；電纜近似質(zhì)量為26 510 kg/km[1-2]。
3.2 110 kV電纜情況分析
3.2.1 110 kV主變進(jìn)線電纜
110 kV主變進(jìn)線規(guī)劃3回路共9根電纜，本期1回路共3根電纜?；芈纷畲蠊ぷ麟娏鳛?92 A，所以選擇截面為1×1 200 mm2的銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣皺紋鋁護(hù)套聚乙烯外護(hù)套縱向阻水電力電纜，電纜型號(hào)為YJLW03-Z-64/110-1×1 200 mm2，空氣中水平敷設(shè)時(shí)載流量1 296 A，品字形敷設(shè)時(shí)載流量1 285 A；電纜近似外徑為100 mm，轉(zhuǎn)彎半徑為2.0 m[1-2]。
3.2.2 110 kV出線電纜
110 kV進(jìn)出線規(guī)劃12回路共36根電纜，本期5回路共15根電纜。依據(jù)可研批復(fù)，110 kV進(jìn)出線電纜為截面1×1 000 mm2的銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣皺紋鋁護(hù)套聚氯乙烯外護(hù)套縱向阻水電力電纜，電纜型號(hào)為YJLW03-Z-64/110-1×1 000 mm2，空氣中水平敷設(shè)時(shí)載流量1 196 A，品字形敷設(shè)時(shí)載流量為1185 A；電纜近似外徑為95 mm，轉(zhuǎn)彎半徑為1.9 m[1-2]。
3.3 10 kV電纜情況分析
3.3.1 10 kV出線電纜
10 kV出線規(guī)劃36回，依據(jù)工程可研圖紙出線均為單回電纜，按1.3倍考慮裕度，終期共48根電纜，本期出線13回。電纜按3×240 mm2截面考慮，電纜型號(hào)為YJV22 -8.7/10-3×240 mm2，空氣中敷設(shè)時(shí)載流量525 A，直埋土壤中時(shí)載流量為480 A；電纜近似外徑為84 mm，轉(zhuǎn)彎半徑為1.26 m[1-2]。
3.3.2 10 kV電容器回路電纜
10 kV電容器回路選用電纜連接，回路最大工作電流為600 A，所以選擇截面為雙根3×185 mm2的電力電纜，電纜型號(hào)為YJV22-8.7/10-3×185 mm2，空氣中敷設(shè)時(shí)載流量900 A，電纜近似外徑為86 mm，轉(zhuǎn)彎半徑為1.29 m[1-2]。
3.3.3 10 kV電抗器回路電纜
10 kV電抗器回路選用電纜連接，回路最大工作電流為751 A，所以選擇截面為雙根3×185 mm2的電力電纜，電纜型號(hào)為YJV22-8.7/10-3×185 mm2，空氣中敷設(shè)時(shí)載流量900 A，電纜近似外徑為86 mm，轉(zhuǎn)彎半徑為1.29 m[1-2]。
3.3.4 10 kV接地變回路電纜
本方案10 kV接地變回路選用電纜連接，回路最大工作電流為681 A，所以選擇截面為3×120 mm2的電力電纜，電纜型號(hào)為YJV22-8.7/10-3×120 mm2，空氣中水平敷設(shè)時(shí)載流量504 A，電纜近似外徑為70 mm，轉(zhuǎn)彎半徑為1.05 m[1-2]。
4 基于三維精細(xì)化設(shè)計(jì)的電纜敷設(shè)方案
4.1 變電站內(nèi)電力電纜敷設(shè)三維模型
4.1.1 建立站內(nèi)電纜臺(tái)賬信息
建立完善的站內(nèi)電纜臺(tái)賬信息，包含電纜起始設(shè)備、終點(diǎn)設(shè)備、電纜編號(hào)、電纜型號(hào)等電纜詳細(xì)信息。為了精確統(tǒng)計(jì)出電纜長(zhǎng)度并且展現(xiàn)出實(shí)際電纜的敷設(shè)情況，每回電纜都分A、B、C 三相編寫(xiě)。
4.1.2 建立并檢查電纜模型
首先設(shè)計(jì)出電纜敷設(shè)大致路徑，并在軸測(cè)試圖、頂視圖、側(cè)視圖來(lái)檢查電纜的走向是否正確、空間布置是否合理。設(shè)備及電纜三維模型軸側(cè)圖如圖1所示，電纜三軸側(cè)圖如圖2所示。然后按照電纜的外形特征建立電纜模型并賦予電氣屬性，電纜建模后，在單一視圖中可能無(wú)法看出電纜路徑是否合理，通過(guò)旋轉(zhuǎn)視圖，可360°查看電纜敷設(shè)情況。接下來(lái)，按照設(shè)計(jì)好的敷設(shè)路徑和支架間距要求設(shè)置電纜支架。在圖3中可以看出，第一次建模后發(fā)現(xiàn)了以下問(wèn)題：（1）110 kV1#主變進(jìn)線電纜與110 kV出線電纜有碰撞，如圖4所示，因此調(diào)整了電纜的路徑,避免碰撞的發(fā)生；（2）在二維圖紙中設(shè)置的電纜支架不合理，存在大量冗余。如圖5所示，因此減少了支架橫擔(dān)，如圖6所示。
4.2 本工程電力電纜敷設(shè)方式選擇
方案一：局部電纜夾層+電纜隧道+10 kV排管方案（推薦方案）
方案二：全電纜夾層+電纜隧道+電纜溝方案（可研方案）
方案三：220 kV電纜隧道+110 kV電纜隧道+10 kV電纜隧道方案
方案一：局部電纜夾層+電纜隧道+10 kV排管。在220GIS和10 kV開(kāi)關(guān)室下方設(shè)置局部電纜夾層，考慮全站轉(zhuǎn)彎半徑最大的電纜為220 kV出線電纜，轉(zhuǎn)彎半徑2.6 m，加上地面品字形抱箍空間并留有一定裕度，夾層層高定為2.7 m。然后結(jié)合電纜夾層各部位電纜敷設(shè)斷面圖和電纜敷設(shè)三維模擬進(jìn)行層高校驗(yàn)是否滿足電纜支架設(shè)置要求。從圖7、圖8可以看出，在電纜夾層中，一次電纜、二次電纜比較密集的220 kVGIS下方、10 kV開(kāi)關(guān)室下方支架設(shè)置、電纜轉(zhuǎn)彎、巡視通道均可以滿足終期規(guī)模敷設(shè)要求和擴(kuò)建施工作業(yè)面，所以確定電纜夾層層高為2.7 m。
設(shè)置一條與電纜夾層連接的220 kV主變進(jìn)線電纜隧道，用于3回路主變進(jìn)線電纜敷設(shè)，經(jīng)三維電纜敷設(shè)模擬，可以滿足主變進(jìn)線電纜引上需要，并滿足運(yùn)行維護(hù)通道和施工作業(yè)面需要。
220 kV出線電纜經(jīng)夾層西側(cè)的電纜隧道引出站外，與站外電纜隧道對(duì)接，出線順暢。在電纜夾層?xùn)|西兩側(cè)各設(shè)置2組（3×5+2）的線路排管，將10 kV電纜出線引出，與站外道路排管直接對(duì)接，既能滿足電纜敷設(shè)作業(yè)需要，避免了電纜溝與站外電纜排管標(biāo)高不匹配需要找坡加大施工難度的問(wèn)題，杜絕了夏季雨量大時(shí)電纜溝積水達(dá)到一定深度后容易向電纜夾層倒灌的隱患，并且節(jié)約投資，敷設(shè)安全、擴(kuò)建便利、節(jié)約投資，為推薦方案。
方案二：全電纜夾層+電纜隧道+電纜溝方案
在所有配電裝置模塊下方均設(shè)置層高為2.7 m的電纜夾層，與可研方案一樣在西側(cè)設(shè)置1條220 kV電纜隧道，1條10 kV電纜溝，在南側(cè)設(shè)置2條110 kV電纜隧道、在東側(cè)設(shè)置1條10 kV電纜溝。如圖9所示。
這種方案由于全電纜夾層空間大，電纜支架布置最為靈活，但變電站緊湊化布置并利用三維軟件模擬電纜敷設(shè)場(chǎng)景精細(xì)化設(shè)計(jì)后，電纜敷設(shè)路徑和支架利用均實(shí)現(xiàn)可視化，按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行本期和擴(kuò)建的電纜敷設(shè)即可滿足施工、運(yùn)維和擴(kuò)建要求。并且無(wú)功補(bǔ)償模塊和功能房間模塊等下方有極少量或沒(méi)有聯(lián)絡(luò)電纜，在這些模塊下方設(shè)置電纜夾層存在浪費(fèi)。10 kV出線規(guī)劃為東西兩側(cè)出線，終期按48根電纜考慮，電纜量比較大，如采用電纜溝出線，纜溝較深，敷設(shè)時(shí)作業(yè)不便，大截面纜溝與站外線路排管的對(duì)接也存在困難，另外夏季雨量較大時(shí)易造成雨水倒灌電纜夾層，形成安全隱患。另一方面，本方案造價(jià)較高，綜合對(duì)比技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，不推薦該方案。
方案三：220 kV電纜隧道+110 kV電纜隧道+10 kV電纜隧道方案
本方案不設(shè)置電纜夾層，在220 kVGIS下方設(shè)置一條東西向電纜隧道，向西將出線電纜引出站外；在110 kVGIS下方設(shè)置一條東西向電纜隧道，向西將出線電纜引出站外，向東將主變進(jìn)線電纜進(jìn)入主變壓器室；10 kV電纜設(shè)置一條東西向電纜隧道將出線電纜向東、西引出站外。如圖10所示。
該方案不設(shè)置電纜夾層，比方案一節(jié)約建筑面積28%，技術(shù)指標(biāo)在三個(gè)方案中最優(yōu)，但指標(biāo)不是衡量設(shè)計(jì)方案優(yōu)劣的唯一標(biāo)準(zhǔn)。220 kVGIS下方設(shè)置電纜隧道，出線電纜和主變進(jìn)線電纜都需要在該隧道內(nèi)敷設(shè)，共27根電纜，220 kV出線電纜轉(zhuǎn)彎半徑2.6 m，隧道凈空需要2 m×3 m。110GIS下方設(shè)置電纜隧道，出線電纜和主變進(jìn)線電纜共45根，隧道凈空需要2 m×3.5 m，隧道截面較大。10 kV出線電纜和聯(lián)絡(luò)電纜共60根，隧道凈空需要2.1 m×3.8 m，隧道截面較大。這種方案，在GIS模塊和10 kV配電裝置模塊下方，電纜集中，而隧道內(nèi)空間較小，敷設(shè)作業(yè)面小，運(yùn)行維護(hù)通道小，擴(kuò)建不便。另外220 kV主變進(jìn)線電纜缺乏通道，需要另行埋管敷設(shè)，敷設(shè)與10 kV電纜隧道交叉，局部下沉處理難度大，一旦電纜發(fā)生故障，后期無(wú)法更換。并且該方案取消電纜夾層后，首層配電裝置的二次光電纜需要利用地面溝槽敷設(shè)，會(huì)加大首層地面后澆層厚度需求，不利于建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，造成浪費(fèi)。另外大截面電纜隧道造價(jià)較高，經(jīng)過(guò)比較，該方案的造價(jià)高于方案一，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性不佳，不推薦。
由以上論證分析可以看出，綜合考慮施工建設(shè)、運(yùn)行安全、擴(kuò)建便利、與站外設(shè)施結(jié)合、投資造價(jià)等因素，方案一與方案二技術(shù)性差別不大，但方案二比方案一增加投資54.9萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)性不佳，故不推薦；方案三與方案一投資基本持平，但不利于運(yùn)行安全和擴(kuò)建便利，故不推薦。而綜合上述各項(xiàng)因素方案一：局部電纜夾層+電纜隧道+10 kV排管方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)性最好，為本工程的推薦方案。
5 電纜構(gòu)筑截面優(yōu)化方案
電纜構(gòu)筑物的截面和尺寸，直接影響土建的施工量和工程造價(jià)，所以選擇一個(gè)既能滿足電纜敷設(shè)和運(yùn)維檢修要求，又不造成浪費(fèi)的合理電纜隧道、電纜溝截面是本專(zhuān)題研究的一個(gè)重點(diǎn)。
5.1 220出線電纜隧道
電纜呈緊密品字形布置的電纜隧道截面要求：
電纜隧道中，電纜緊密品字形布置，橫擔(dān)長(zhǎng)度在滿足電纜排布空間和抱箍尺寸外另留有10 cm裕度，即每個(gè)水平橫擔(dān)的長(zhǎng)度為（2D+抱箍緊固尺寸+10 cm裕度），那么以220 kV出線電纜隧道為例，橫擔(dān)長(zhǎng)度至少為2×13+2×7+10=50 cm，則每個(gè)橫擔(dān)長(zhǎng)度為50cm。由于品字形布置，考慮散熱和施工便利，每個(gè)橫擔(dān)間距離預(yù)留為50 cm。則由支架計(jì)算電纜隧道凈高最小為0.1+0.5×2+0.6=1.7 m，但同樣考慮人員活動(dòng)空間，電纜隧道的凈高確定為2 m，每側(cè)預(yù)留4根橫擔(dān)，比需求最小值多預(yù)留1根可以靈活敷設(shè)使用。按照規(guī)范要求，雙側(cè)支架電纜隧道內(nèi)通道凈寬最小值為1 m，則隧道的凈寬為0.5×2+1=2 m，那么采用緊密布置品字形敷設(shè)220 kV電纜隧道的凈空尺寸為2 m寬，2 m深[3-4]。220 kV電纜隧道斷面圖如圖11所示。
5.2 110 kV出線電纜隧道
經(jīng)對(duì)電纜敷設(shè)各截面分析，確定110 kV出線電纜隧道截面為2 m×3 m，設(shè)置雙側(cè)支架，每側(cè)設(shè)7個(gè)托臂，托臂長(zhǎng)度500 mm，托臂間距400 mm，電纜在托臂上按緊密布置品字形敷設(shè)[3-4]。 如圖12所示。
5.3 110 kV主變進(jìn)線電纜隧道
110 kV主變進(jìn)線電纜隧道內(nèi)按終期規(guī)模共有9根電纜，截面為1.4 m×2 m，設(shè)置單側(cè)支架，每側(cè)設(shè)3個(gè)托臂，托臂長(zhǎng)度500 mm，托臂間距400 mm，電纜在托臂上按緊密布置品字形敷設(shè)[3-4]。
6 結(jié)論
本方案通過(guò)三維建模手段對(duì)全站電纜敷設(shè)和施工作業(yè)面進(jìn)行模擬和電纜設(shè)施精細(xì)化設(shè)計(jì)，技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比，優(yōu)選出“局部電纜夾層+電纜隧道”的敷設(shè)方案：
在電纜最為密集的220 kVGIS和10 kV開(kāi)關(guān)柜下方設(shè)置2.7 m高局部電纜夾層，在110 kVGIS下方設(shè)置2 m× 3 m出線電纜隧道與1.4 m×2 m 110 kV主變進(jìn)線電纜隧道“一字型”連通，220 kV出線電纜由2 m×2 m電纜隧道引出站外，110 kV出線電纜由2 m×3 m電纜隧道引出站外。10 kV出線電纜出變電綜合樓直接利用線路排管引出，與站外電纜設(shè)施直接對(duì)接，滿足規(guī)劃要求，滿足運(yùn)行維護(hù)、施工作業(yè)需求。
最終形成電纜連接順暢、建設(shè)和運(yùn)行安全、擴(kuò)建便利、經(jīng)濟(jì)節(jié)約的技術(shù)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)的電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)變電站本質(zhì)安全的設(shè)計(jì)目標(biāo)。方案相比可研，節(jié)約全站電纜投資約30%。
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作者信息:
郭晉芳，韓曉罡，李盛偉，王 楠，馬 力，王 夢(mèng)，耿 芳，周 楠
（國(guó)網(wǎng)天津市電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，天津 300171）