220 kV戶內變電站35 kV電纜敷設與電纜溝設置方案的分析

呂 奕,肖登明,何 仲

(1.上海交通大學電子信息與電氣工程學院,上海 200240;2.上海電力設計院有限公司,上海 200025)

0 引言

在上海電網中,35 kV是區域配電網重要的電源,主要自 220 kV變電站主變三次側輸出。在上海220 kV城市變電站的典型設計方案中,站中35 kV電壓等級的出線數量普遍高達30倉,考慮到拼倉出線情況,加之站內的無功補償、站用變等內部電纜連線,電纜數量將大于50根,全都匯聚于配電裝置室。典型設計采用增設電纜層的方式來滿足電纜敷設要求。相對于電纜層的寬敞與靈活,電纜溝擁有的空間極其有限。但是,只要統籌安排和合理規劃,電纜溝同樣能滿足相關的電纜敷設及運行要求。本文以35 kV常規截面電纜為對象,以上海220 kV城市戶內變電站B-1典型方案為切入點,對以電纜溝替代電纜層的設計方案進行分析與探索。

1 電纜層與電纜溝敷設電纜設計比較

設置電纜層為站內數量龐大的35 kV電纜的敷設、施工、運行及檢修提供了便利,也為站外電纜進入站內作位置調整,創造了可能。然而,隨著變電站設計精細化的不斷提高,尤其是國家電網公司對“兩型一化”要求的實施和對國家資源節約型發展模式的貫徹,電纜層經濟性不佳的劣勢日益明顯。相比電纜溝而言,設置電纜層不僅僅只是單純建筑面積與土方量的增長,還必須同時配套照明、給排水、通風與消防等其它設施。

根據國家電網公司對智能變電站的設計要求,電纜層中還需要增加技防、遙視等環節。因此,設置電纜層的方案,不僅增加了輸變電項目的投資,而且給今后變電站的運行與維護增添了許多環節。相比之下,采用電纜溝敷設的方案,具有建筑物結構簡單、技防等附加配套設施少、工程投資低、經濟性較高等優點。同時,站內電氣布置有序,運行巡視集中,提高了運營效率。不過,由于受空間的限制,電纜溝設計對平面布置與電纜敷設近遠期規劃提出了較高要求。

2 戶內電纜走向設計及電纜溝布置

2.1 站內不同電壓等級電纜走向的規劃

上海地區220 kV城市變電站的常規站內有二至三種電壓等級(220/35 kV,220/110/10 kV, 220/110/35 kV)。設計站區總平面時盡量將不同電壓等級規劃于不同區域,彼此避免交叉。這樣考慮的依據在于電氣上的劃分與實際設備的隔離,使變電站布置條理清晰,同時對運行人員的巡查和檢修帶來便利。

更為重要的是,分區式的布置將不同電壓等級的電纜分開,在任何極端情況下都能使它們對彼此的影響降到最低,給變電站的可靠運行提供安全保障。因此,站內電纜溝的設置與電纜走向設計,同全站的布置緊密聯系在一起。同時,還必須考慮站外道路的排管情況,盡可能地減少不同電壓等級電纜的交叉跨越。

2.2 電纜敷設的要求與設計前提

在敷設35 kV電纜時,單芯電纜要求轉彎半徑不小于20倍外徑,3芯電纜轉彎半徑D不小于 15倍外徑[3],其電纜剖面示意圖如圖 1所示。

圖13 芯電纜示意圖

目前,上海地區電纜敷設工程較多地使用400 mm2截面3芯電纜。在本文論述中,電纜外徑統一按125 mm考慮。根據規程要求,電纜轉彎半徑(15D)大于或等于1.88 m。電纜外包層剝離后,內單芯電纜外徑d不大于50 mm,轉彎半徑(20d)小于或等于1m。

在上海220 kV城市變電站中,通常使用小型開關柜作為35 kV配電裝置。由于35 kV電纜出線規模較大,設備間隔眾多而且體型較小,因此35 kV配電裝置室內的電纜溝設計便成為難點。與電纜層相比,電纜溝的容量是非常有限的,在設計初期就必須規劃每一條電纜的具體走向,甚至需要考慮后期工程的擴建需要。當然,也可以在設計初期就根據工程要求制定敷設電纜要求,這需要各供電公司的規劃配合,并且做好溝通工作,以免出現有倉位無走廊的尷尬局面。

2.3 戶內35 kV電纜溝設計與電纜布置

35 kV開關柜周邊的電纜溝,需要解決電纜轉向、三相剝離與設備內電纜連接固定的問題,主要是需要考慮電纜溝空間是否滿足電纜的轉彎半徑。假設35 kV配電裝置室內開關柜采用每間隔寬度為1.2m的小型國產設備,兩排柜的操作面,面對面放置。一次電纜接口位于開關柜后下側,在開關柜的下方與外側均安排電纜溝。對于主變間隔、母線避雷器間隔、分段開關與分段引線間隔,由于沒有電纜引出,因此柜體下方可不考慮架空。而其余柜型,柜后支點處可采用通長工字鋼固定,如圖2所示。這樣,不但擴大了空間,也滿足了設備的安裝要求。

圖2 電纜溝設置與開關柜固定

2.4 電纜敷設方式

為了減少空間需求,要求電纜在轉向進入開關柜前,即由3芯電纜轉拆為單芯,如圖3所示。這樣,不但縮短了電纜在電纜溝方向上的彎曲長度,同時也降低了開關柜下的電纜彎曲高度。為保護穿越電纜溝處的單芯段,在連接完電纜后,可用塑膠帶包扎,以增強電纜外包強度。

圖33 芯電纜轉單芯后連接開關柜

設計電纜走向時,將不同母線的出線電纜布置于不同電纜溝,因此開關柜后的電纜溝需具備8根電纜的敷設空間。為滿足一定的安裝、換位需要,并且需要留有余度,電纜溝容量按10根電纜設計。每層支架水平放置2根電纜,若需進入開關柜,電纜由外道轉入內道,如圖4所示。根據電纜溝設計規程與電纜轉彎半徑要求,電纜溝設計為寬1.6 m,深1.8m;開關柜下方電纜溝要求寬1.2 m,深1.8 m。

圖4 轉單芯后電纜入柜前的軌跡

3 出線電纜溝在B-1典型站的應用

作為上海220 kV變電站典型設計的B-1實施方案,35 kV配電裝置室位于主變及開關控制樓一層,為了使35 kV配電裝置室內有足夠的空間布置電纜溝,將原布置于地面一層的2間蓄電池室移至二層占用原靠近監控室的備品室。

由于電氣設備運輸的需要,35 kV配電裝置室的地坪要高于主變室地坪0.9m。主變低壓側通過母排與母線橋箱與配電裝置連接,分段開關與分段引線采用空中架設母線橋箱方式,不考慮電纜敷設。

站內電纜,如電容器電纜、站用變電纜先引至主變室內電纜溝內,再與接地變電纜同溝敷設。在主變室電纜溝內一起敷設的還有主變室、站變室與接地變室內的動力電纜與控制電纜。電纜溝設計為寬1.6m,深1.8m。

35 kV至站外的出線設置專用電纜溝,按母線獨立設置出口,如圖5所示。

圖5 開關控制樓電纜溝總布置圖

3.135 kV出線電纜溝及電纜敷設設計

35 kV開關柜,柜寬為1.2 m,35 kV至站外饋線設置專用電纜溝,電纜單邊敷設,設計數量為10根。用電纜溝將開關柜按母線隔開,考慮到電纜彎曲半徑及柜體的基礎強度,母線兩側布置無電纜出線的柜型,如圖6所示。

圖635 kV配電裝置室電纜溝布置圖

電纜出線整體走向的設計需要與規劃相結合,如圖7所示。

電纜隨戶內電纜溝敷設至室外后,需根據站外排管情況調整位置。對于本期無法確定出線方向的變電站,對線路新倉的使用需遵循由內而外的原則。

圖735 kV出線電纜敷設圖

3.235 kV電容器及站用變電纜敷設設計

電容器分兩層布置,地面一層布置第1號,第3號,第5號電容器組;地面二層布置第2號,第4號,第6號電容器組。35 kV電容器出線柜布置在遠離出線電纜溝的母線端,其一次電纜從35 kV配電裝置室轉到主變室電纜溝后敷設至對應電容器室,如圖8所示。地面二層的電纜沿一層電容器室內墻敷設至二樓。

圖8 電纜出開關柜后采用埋管直穿配電室

如圖8所示,站用變室布置于35 kV配電裝置室旁,與電容器室電纜同樣考慮,其一次電纜從站變開關柜引出后,采用埋管直接穿入主變室電纜溝,再敷設至對應站用變室。在排布開關柜間隔時,盡量將電容器柜間隔與站用變柜間隔布置在與出線方向反向的母線端頭,以避免占用出線電纜敷設空間。

由于配電裝置室與主變室地坪存在落差,圖9示意了當站用變室電纜或電容器室電纜進入主變室后的位置調整。

圖9 電纜跨室敷設斷面圖

3.335 kV接地變電纜敷設設計

接地變室與主變室平行布置,由于本站接地變接于主變低壓側,因此接地變一次電纜無須進入配電裝置室,而直接從主變室墻面35 kV母排引入電纜溝后敷設至相應房間。同溝敷設的還有電容器電纜與站用變電纜及相關二次電纜。根據一、二次電纜數量,電纜溝設計尺寸為寬1.6m,深1.8m。

3.4 其他相關設計

在考慮35 kV電力電纜敷設的同時,需要同時兼顧控制電纜、動力電纜及通信線網線的布線位置。在35 kV配電裝置內的電纜溝中,沒有多余的空間可供其它電纜和電線穿梭,因此選擇將二次電纜橋架安裝于設備上方。橋架沿設備安裝,再延伸至電纜豎井,供電纜敷設至二層繼電器室。站用變、主變與接地變室內的各類低壓電纜與電力電纜同溝布置,敷設至電纜豎井處進入豎井。

在原B-1實施方案中,主變及開關控制樓與GIS配電裝置樓之間由電纜溝溝通,溝內敷設220 kV與110 kV的一次與二次電纜。由于本案試圖在主變及開關控制樓中采用戶內電纜溝形式,220 kV與110 kV的一次主變電纜溝位置不變,將原兩棟樓間的二次電纜溝從散熱器下方位置移到控制樓側面進樓,經過電容器室通至電纜豎井。電容器室內的二次電纜亦可借用此通道進入二層繼電器室。

4 結論

與站內總平面及出線方向相結合后,電纜溝經如上規劃,即可滿足眾多回路的不同期敷設及檢修需要,使220 kV戶內站采用35 kV小型化配電裝置而且電纜出線眾多時采用戶內電纜溝敷設取代原有設置電纜層敷設的設計成為可能,可以減少工程投資,更好地貫徹國網“兩型一化”要求,同時減少運營成本,降低維護要求,增加設計精度,向國家資源節約型發展邁進。