智利LAJA1水電站工程中壓載流導體的選擇計算與分析

李振華 穆建軍

（湖南省水利水電勘測設計研究總院 長沙市 410007）

引 言

智利LAJA1水電站工程設計工作遵循IEC、IEEE、ASTM等國際標準，而外方設計咨詢工程師對我國相關標準不熟悉，設計工作開展初期部分等同于IEC標準的GB得不到外方咨詢工程師的認可，例如中壓電纜選型計算時所選取的溫度和敷設系數(shù)、電纜的額定載流量等參數(shù)，湖南省水利水電勘測設計研究總院（下簡稱：省水院）初期所提交的GB標準及電纜廠家樣本均得不到外方咨詢公司（POYRY）認可，后經雙方會議商討，省水院與外方咨詢工程師面對面交流，外方工程師以DIN VDE標準，省水院以GB標準分別對同一回路電纜進行選型計算，省水院計算結果與外方基本一致，雙方在最終計算中達成共識，省水院根據(jù)外方習慣，做出部分修改，選取了部分DIN VDE 0276中的參數(shù)用于中壓電纜選型計算。此種計算方法及修正系數(shù)選擇可供部分涉外項目作為參考。

1 智利LAJA1水電站概況

智利LAJA1水電站安裝2臺20.9 MVA（18.8 MW）燈泡貫流式水輪發(fā)電機組，安裝高程海拔≤1 000m，電站的多年平均溫度16℃，最高氣溫29.5℃，最低氣溫-3.2℃，發(fā)電機出口的額定電壓為11 kV，額定功率因數(shù)為 0.9（滯后），額定頻率為50 Hz。

電站發(fā)電機電壓側（11 kV)采用單機單變接線，發(fā)電機出口的三相對稱短路電流周期分量起始值為33 kA。

本站設置2臺21MVA、220kV/11kV雙線圈三相升壓電力變壓器，高壓側（220 kV）采用單母線接線，以一回220 kV線路送入當?shù)仉娋W(wǎng)系統(tǒng)。

根據(jù)合同文件規(guī)定，所有中壓電纜均選用XLPE絕緣、PVC護套、單芯、銅電纜，絕緣要求采用12/20 kV，載流量需留有10%的裕度。

2 中壓電纜選擇計算過程

2.1 發(fā)電機至11 kV中壓開關柜之間的電纜。

（1）導體回路持續(xù)工作電流。

環(huán)境溫度選取45℃，電纜導體最高工作溫度選取90℃，根據(jù)DIN VDE 0276-1000標準，查圖1得溫度系數(shù)K1=0.87。

圖1 溫度校正系數(shù)表

電纜采用三角形排列敷設，根據(jù)DIN VDE 0276-1000標準，查圖2得電纜敷設系數(shù)K2=0.85。

圖2 敷設校正系數(shù)表

（2）采用保守計算原則，電纜載流量預留10%安全裕量，則電纜持續(xù)允許電流為：

根據(jù)DIN VDE 0276-620的相關規(guī)定，查圖3得XLPE-1×240mm2電纜采用三角形排列敷設條件下的額定載流量為634A（空氣中）。根據(jù)上述計算每相宜選取3根240mm2XLPE絕緣單芯電纜。

圖3 XLPE電纜載流量表

（3）熱穩(wěn)定校核。

熱穩(wěn)定校驗電流按中壓系統(tǒng)短時耐受電流33 kA校驗，得：

根據(jù)上述熱穩(wěn)定校驗計算，電纜截面積在不小于98 mm2時即可滿足發(fā)電機回路熱穩(wěn)定要求。綜合電纜載流量計算和熱穩(wěn)定校驗計算結果，最終選定發(fā)電機回路電纜為每相三根XLPE絕緣截面積為240mm2單芯電纜（三角形排列），同時滿足載流量和熱穩(wěn)定要求。

2.2 中壓系統(tǒng)其他回路電纜

中壓系統(tǒng)其他回路電纜包括11 kV中壓柜至主變壓器、勵磁分支回路、廠變分支回路電纜選擇計算與2.1章節(jié)相似，此處不再重復介紹。

3 比較與分析

在智利LAJA1水電站項目設計階段初期，因省水院與外方咨詢公司關于工程采用標準問題產生了分歧，以發(fā)電機回路中壓電纜的選擇計算為例，雙方分別采用GB標準和DIN VDE標準進行比較計算（結果見附表），經比較在本工程條件下，GB標準規(guī)定電纜的溫度系數(shù)（K1）和敷設系數(shù)（K2）雖分別與DIN VDE標準規(guī)定的相應參數(shù)有較大區(qū)別，但根據(jù)兩種標準選擇的溫度系數(shù)和敷設系數(shù)的乘積基本一致，換言之，可認為選用兩種標準規(guī)定的溫度系數(shù)和敷設系數(shù)的計算結果基本一致。

在本工程電纜選擇計算中，通過對各標準詳細比較發(fā)現(xiàn)，我國GB標準對敷設系數(shù)的規(guī)定并不詳細，例如單芯電纜三角形、平行敷設條件以及垂直敷設條件下都沒有詳細描述，電纜平行敷設根數(shù)對載流量的影響也沒有詳細描述，很多情況下都需要憑借工程師的經驗進行相應的估算取值工作，我們考慮到DIN VDE標準中的系數(shù)規(guī)定更詳細、取值更清晰更有說服力等因素，最終采用DIN VDE標準中的相關系數(shù)進行計算。

附表 GB標準與DIN VDE標準導體長期允許載流量計算比較（對應本工程環(huán)境和敷設條件）

基于附表的比較結果，外方咨詢工程師在后續(xù)工作中也認可了我們的計算方法和GB標準中的相關系數(shù)，省水院在后續(xù)的站用電系統(tǒng)計算（站用變壓器容量計算、低壓系統(tǒng)短路電流計算、柴油機容量選擇計算、低壓電纜選型計算）和廠房內部照明照度計算時均以GB標準作為設計依據(jù)并順利通過審查，為推動GB標準走向國際起到一定作用。

4 結 論

（1）智利LAJA1水電站項目設計階段初期不能直接引用國內規(guī)程規(guī)范，根據(jù)此特殊要求，采用國內中壓電纜選擇計算方法與國際標準中規(guī)定的修正系數(shù)配合使用，相比單純引用國內規(guī)范更容易被外方咨詢公司接受，本工程的計算方法對相關國外工程中壓電纜選擇設計工作具有一定的參考價值。

（2）在涉外項目中，受雙方設計習慣、標準、工作方式等各方面因素的影響，往往在設計階段初期會出現(xiàn)工程進度推進緩慢的情況，其中一個主要原因是外方對我國工程技術了解有限，達不到相互信任的程度，因此在設計階段初期最重要的是要與外方技術咨詢公司建立互相信任的工作關系，部分涉外項目可以參照本工程的經驗，盡可能地多了解國際標準，并對國際標準和GB標準進行詳細的比較，列出比較結果，爭取外方咨詢工程師對GB標準的了解和信任，這樣既能推進本工程后續(xù)工作的順利進行，也能對我國GB標準起到積極的推廣作用。