CCS水電站500 kV電纜敷設(shè)及現(xiàn)場試驗(yàn)研究

徐 玫，楊曉東

（1.中國水利水電第十四工程局有限公司機(jī)電安裝事業(yè)部，云南 昆明 650032；2.中國電建集團(tuán)國際工程有限公司設(shè)備物資部，北京 100048）

CCS水電站500 kV電纜敷設(shè)及現(xiàn)場試驗(yàn)研究

徐 玫1，楊曉東2

（1.中國水利水電第十四工程局有限公司機(jī)電安裝事業(yè)部，云南 昆明 650032；2.中國電建集團(tuán)國際工程有限公司設(shè)備物資部，北京 100048）

500 kV電纜屬于電站的重要設(shè)備，500 kV電纜的敷設(shè)及現(xiàn)場試驗(yàn)屬于電站機(jī)電安裝的重點(diǎn)和難點(diǎn)，本文以厄瓜多爾CCS水電站500 kV電纜敷設(shè)和現(xiàn)場試驗(yàn)為例，重點(diǎn)討論了電纜敷設(shè)的前期準(zhǔn)備工作、電纜敷設(shè)的過程管理及現(xiàn)場試驗(yàn)方面的關(guān)鍵技術(shù)問題，對其他高壓電纜敷設(shè)及現(xiàn)場試驗(yàn)有借鑒作用。

CCS水電站；500 kV電纜；電纜敷設(shè)；試驗(yàn)

1 概述

CCS水電站項(xiàng)目總投資近23億美元，是厄瓜多爾目前最大的水電站項(xiàng)目，CCS水電站總裝機(jī)1 500 MW，年均發(fā)電量8.63 GW·h，能夠滿足該國44%的電力需求，系厄瓜多爾政府確定的“國家重點(diǎn)項(xiàng)目”。整個(gè)水電站項(xiàng)目裝機(jī)為8臺187.5 MW沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組，額定水頭為604.10 m，目前單機(jī)容量國內(nèi)第一，總裝機(jī)容量世界第一。

CCS電站發(fā)電機(jī)出線電壓13.8 kV，采用離相封閉母線，每臺發(fā)電機(jī)出口設(shè)發(fā)電機(jī)斷路器。發(fā)電機(jī)與單相升壓變壓器組單元接線，變壓器高壓側(cè)與500 kV GIS連接，500 kV GIS變電站采用雙母線接線，兩回出線采用500 kV XLPE電纜通過高壓電纜洞與戶外開關(guān)站相連，水電站采用2回500 kV架空線與國家電網(wǎng)相連。

CCS項(xiàng)目500 kV電纜采用電纜廊道布置，電纜廊道長度在700 m以上，有2個(gè)斜坡，及一個(gè)90°彎道，且高壓電纜重量大（約29.4 kg/m），因此500 kV電纜的現(xiàn)場敷設(shè)及現(xiàn)場試驗(yàn)一直是現(xiàn)場機(jī)電安裝的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文以厄瓜多爾CCS水電站500 kV電纜敷設(shè)和現(xiàn)場試驗(yàn)為例，重點(diǎn)討論電纜敷設(shè)的前期準(zhǔn)備工作、電纜敷設(shè)的過程管理及現(xiàn)場試驗(yàn)方面的關(guān)鍵技術(shù)問題，對其他高壓電纜敷設(shè)及現(xiàn)場試驗(yàn)有借鑒作用。

2 500 kV電纜的結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場布置

CCS電站采用500 kV XLPE單相電纜，共3回（每回三相），其中兩回為主用，1回為備用。電纜從630.5 m高程的地下GIS室，沿500 kV出線電纜洞，引至地面出線場。500 kV電纜在出線洞內(nèi)沿地面敷設(shè)，由電纜支架固定，左側(cè)敷設(shè)2回6相、右側(cè)敷設(shè)1回3相，共敷設(shè)3回9相（9根）單芯電纜。電纜的額定載流量為1 450 A，傳輸容量1 256.2 MVA，金屬護(hù)層短路電流為31.5 kA×1 s。

圖1 500 kV電纜結(jié)構(gòu)圖

500 kV電纜結(jié)構(gòu)見圖1。電纜導(dǎo)體為銅材，采用防水分割結(jié)構(gòu)組合導(dǎo)體，導(dǎo)體截面1 600 mm2；導(dǎo)體屏蔽層由半導(dǎo)電包帶和擠包的半導(dǎo)電交聯(lián)聚乙烯構(gòu)成，標(biāo)稱厚度2.0 mm；電纜絕緣層由一層擠包絕緣組成，材料為統(tǒng)一、均勻的干式交聯(lián)聚乙烯（XLPE），標(biāo)稱厚度34.2 mm，近似直徑122.4 mm；電纜絕緣屏蔽層應(yīng)由一層擠包半導(dǎo)電化合物和一層半導(dǎo)電帶適當(dāng)搭接繞包再擠包的半導(dǎo)電交聯(lián)聚乙烯構(gòu)成，標(biāo)稱厚度1.4 mm；電纜緩沖層由植入鍍錫銅絲的半導(dǎo)電帶構(gòu)成，標(biāo)稱厚度0.7 mm；金屬護(hù)套采用平滑鋁護(hù)套，標(biāo)稱厚度1.25 mm；電纜外護(hù)套采用低煙無鹵阻燃聚乙烯（HFFR）護(hù)套，標(biāo)稱厚度6 mm。

每根電纜兩側(cè)各有一套電纜終端，其中戶外終端（與出線場設(shè)備連接）采用瓷式絕緣，應(yīng)力錐結(jié)構(gòu)形式。

戶內(nèi)終端（與GIS設(shè)備連接）采用干式結(jié)構(gòu)，與GIS設(shè)備的連接滿足IEC 62271-209的標(biāo)準(zhǔn)接口要求。戶內(nèi)終端與GIS間裝有絕緣法蘭，并裝設(shè)有絕緣法蘭保護(hù)器，以防護(hù)兩側(cè)出現(xiàn)的暫態(tài)過電壓。

每回電纜線路平行敷設(shè)一根兩端接地的回流導(dǎo)線，回流導(dǎo)線采用絕緣的銅芯電纜線，可以降低電纜金屬套感應(yīng)電壓和工頻過電壓，并抑制對鄰近的控制或通訊電纜的感應(yīng)干擾強(qiáng)度。

3 高壓電纜的敷設(shè)

3.1 電纜敷設(shè)數(shù)據(jù)

CCS項(xiàng)目的9根電纜長度均在700 m以上，最長的一根為811 m。電纜直徑為144.6 mm，重量約29.4 kg/m。CCS項(xiàng)目的電纜廊道結(jié)構(gòu)見圖2。電纜廊道有2個(gè)斜坡，及一個(gè)90°彎道。

在電纜敷設(shè)前需要計(jì)算電纜敷設(shè)的理論拉力，拉伸張力的最大值部分決定于電纜。以下數(shù)據(jù)可以計(jì)算拉伸張力：

銅導(dǎo)體的拉伸張力=60 N/mm2×導(dǎo)體橫切面積

預(yù)期拉伸張力可以用公式計(jì)算：

水平直線拉力：T2=T1+kWL

斜坡直線向上：T2=T1+WL （k cosx+k sin x）

斜坡直線向下：T2=T1+kW（k cosx-k sin x）

水平曲線：T2=T1cos（kx）+

其中：T1=入口處拉伸張力；T2=出口處拉伸張力；k=摩擦系數(shù)；W=單位電纜重量；L=入口與出口之間的電纜長度；x=斜坡弧度角度；y=彎曲角度；R=彎曲半徑。

邊墻擠壓力：

P2=P1/R

其中：P1=電纜拉伸張力；R=實(shí)際彎曲半徑（單位：m）

彎曲半徑：

最小靜態(tài)允許彎曲半徑（無預(yù)先成型模具）必須大于或等于25°，合3.6 m；

最小靜態(tài)允許彎曲半徑（有預(yù)先成型模具）必須大于或等于14.5°，合2.1 m；

在電纜鋪設(shè)中的最小彎曲半徑必須大于或等于30°，合 4.3 m。

在現(xiàn)場條件無法取得電纜規(guī)格最小半徑情況下，可以增加導(dǎo)輪或使用成型模具。

3.2 電纜敷設(shè)前的準(zhǔn)備工作

由于本項(xiàng)目電纜長度大、重量大，且電纜廊道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致電纜敷設(shè)難度增加。本項(xiàng)目采用“Nose pulling”法，即采用牽引車+滾輪系統(tǒng)牽引電纜頭進(jìn)行敷設(shè)。

（1）敷設(shè)前現(xiàn)場需具備以下條件：

1）電纜廊道內(nèi)所有土建工作需要完工，放置電纜盤處應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的平整和加固，以保證電纜盤可以平穩(wěn)放置；

2）在電纜敷設(shè)前，所有的電纜支架需要按照設(shè)計(jì)圖紙安裝在電纜廊道中，并保證所有電纜支架有效接地；

3）在電纜敷設(shè)前，需要將滾輪布置在整個(gè)電纜廊道，在電纜廊道的上坡段、下坡端及90°彎段處需要對滾輪進(jìn)行相應(yīng)的加固措施；

4）牽引車安裝在電纜廊道GIS側(cè)，用于牽引電纜頭，牽引車的牽引速度應(yīng)該是可調(diào)的；電纜盤放置在出線場側(cè)，電纜盤應(yīng)配置有減速和剎車裝置（以防止敷設(shè)過程中牽引小車減速或停止后，電纜盤的慣性轉(zhuǎn)動）；

5）在電纜敷設(shè)前需要仔細(xì)檢查電纜牽引頭的緊固性和水密性，同時(shí)，電纜牽引頭必須保證可以承受最大牽引力。

（2）實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)

在電纜敷設(shè)過程中，電纜牽引車位置、電纜盤位置、電纜頭位置、電纜廊道的彎道、坡道位置等位置都必須安排通訊人員實(shí)時(shí)監(jiān)測并通報(bào)電纜的敷設(shè)情況，保證電纜敷設(shè)出現(xiàn)突發(fā)情況時(shí)可以及時(shí)通知電纜牽引車操作人員停止敷設(shè)，因此必須保證整個(gè)電纜廊道內(nèi)所有對講設(shè)備可以完成即時(shí)通訊。

由于電纜敷設(shè)時(shí)電纜廊道內(nèi)的電站通信系統(tǒng)還未形成，而電纜廊道長度大且存在彎道和坡道，因此普通的對講機(jī)設(shè)備無法在電纜廊道中正常使用。為滿足條件，緊急配置了一套小型集群系統(tǒng)（包括2套摩托羅拉中繼裝置、同軸電纜和分布天線），中繼裝置分別布置在電纜廊道的坡道處，同軸電纜沿電纜廊道鋪設(shè)，以保證整個(gè)電纜隧道段任意位置間可以實(shí)現(xiàn)即時(shí)通訊。

（3）敷設(shè)人員的準(zhǔn)備

所有參加敷設(shè)的人員在敷設(shè)前都應(yīng)進(jìn)行一定的培訓(xùn)，明確各自的任務(wù)及突發(fā)情況下的應(yīng)對方法。

由1名有經(jīng)驗(yàn)的人員作為電纜敷設(shè)的總指揮跟隨電纜頭前進(jìn)，并隨時(shí)發(fā)出指令；另指派8人手持對講機(jī)分別站在電纜盤、坡道上下端、電纜廊道水平段中央、彎道及牽引小車處（如圖2所示），負(fù)責(zé)自己所在區(qū)段電纜的敷設(shè)安全，如有情況及時(shí)使用對講機(jī)反饋；在電纜廊道中每隔10 m安排1人，在電纜敷設(shè)過程中檢查電纜是否有磨損、落地等情況，如有情況及時(shí)告知附近手持對講機(jī)的人員。

圖2 500 kV電纜敷設(shè)路徑圖

3.3 電纜敷設(shè)

電纜敷設(shè)主要有以下過程：

（1）電纜開始正式敷設(shè)前要確認(rèn)所有電纜導(dǎo)輪固定，確認(rèn)所有導(dǎo)輪能正確轉(zhuǎn)動，確認(rèn)電纜廊道滿足敷設(shè)條件，最終測試通訊系統(tǒng)，由電纜盤處的電纜敷設(shè)指揮人員發(fā)出指令，牽引小車啟動。

（2）在展開第一個(gè)電纜線圈時(shí)要注意把電纜頭拉眼和絞盤繩連在一起，拖拉電纜頭要慢，電纜敷設(shè)總指揮跟隨電纜頭前進(jìn)，如有情況發(fā)生及時(shí)發(fā)出停止指令。

（3）位于GIS側(cè)牽引小車上的絞盤僅用于引導(dǎo)電纜頭，在通道中電纜鋪設(shè)采用的原理是粘接系統(tǒng)，一旦電纜抵達(dá)通道，專用拖拉座會在每隔10 m的位置粘接電纜以分散電纜重量。

（4）在垂直軸向上，由電纜牽引車的阻斷系統(tǒng)和電纜盤的剎車系統(tǒng)來保護(hù)電纜安全。

（5）一旦電纜抵達(dá)通道入口處，拖拉座就被移除，由自驅(qū)動導(dǎo)輪保證拖拉。

（6）電纜在上下坡道和彎道時(shí)，拉伸力變大，敷設(shè)人員要遠(yuǎn)離電纜彎曲的內(nèi)側(cè)，防止拉伸力過大對敷設(shè)工具的破壞造成對人員的傷害。

（7）當(dāng)電纜抵達(dá)GIS側(cè)時(shí)，用絞盤/提升機(jī)/滑輪將電纜安放在豎起位置；電纜會沿著電纜支架彎曲后放在最終位置。

（8）從GIS側(cè)至出線場側(cè)將電纜由導(dǎo)輪小心移動至電纜廊道兩側(cè)的電纜支架上，每相3根電纜呈品字型布置，要在電纜護(hù)套和非磁性夾具間安放一個(gè)橡膠內(nèi)襯，然后將電纜用護(hù)圈固定在支架上。

（9）出線場側(cè)的電纜根據(jù)實(shí)際所需長度進(jìn)行切割，并使用保護(hù)性熱收縮帽對切割處進(jìn)行短期保護(hù)。

電纜敷設(shè)時(shí)電纜廊道內(nèi)的關(guān)注事項(xiàng)：

（1）檢查電纜是否始終位于滾輪上；

（2）避免松動，特別是靠近電纜盤處；

（3）監(jiān)視電纜的外護(hù)套是否有任何損壞的跡象；

（4）任何時(shí)候，絞車的拉力不得超過電纜范圍；

（5）電纜操作要小心，避免電纜護(hù)套損傷；在敷設(shè)期間和敷設(shè)后，要考慮最小曲率半徑；

（6）在電纜拉動期間，如有突發(fā)情況要及時(shí)發(fā)出停止口令，直到問題被檢查并且拉動準(zhǔn)備好后重新啟動。

4 高壓電纜的試驗(yàn)

根據(jù)IEC62067和IEC60229規(guī)定，高壓電纜安裝完成后需要進(jìn)行外觀檢查、直流外護(hù)套試驗(yàn)和交流耐壓試驗(yàn)。

（1）外觀檢查

外觀檢查需確認(rèn)電纜外觀完好，電纜及電纜終端表面無損傷；同時(shí)需檢查屏蔽保護(hù)接地箱和接地箱外觀完好，接線符合圖紙。

（2）直流外護(hù)套試驗(yàn)

為檢測電纜在敷設(shè)后外護(hù)套是否受損或受潮，需要在電纜敷設(shè)完成后，對所有電纜進(jìn)行護(hù)套測試確認(rèn)電纜護(hù)套的相位和完整性，試驗(yàn)設(shè)備見表1。

在安裝完畢的電纜金屬屏蔽對地間施加10 kV的直流電壓，持續(xù)時(shí)間1 min，最大漏電流不得超過10 mA，電纜護(hù)套應(yīng)經(jīng)受住試驗(yàn)而不破裂。直流外護(hù)套試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表1 直流外護(hù)套試驗(yàn)設(shè)備

表2 直流外護(hù)套試驗(yàn)數(shù)據(jù)

（3）交流耐壓試驗(yàn)

為考核電纜及終端的主絕緣耐受強(qiáng)度，判斷主絕緣是否存在缺陷，在電纜敷設(shè)完畢且電纜終端安裝完畢后，進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，按照圖3所示進(jìn)行試驗(yàn)接線，試驗(yàn)設(shè)備見表3。

表3 交流耐壓試驗(yàn)設(shè)備表

圖3 交流耐壓試驗(yàn)接線圖

根據(jù)IEC62067，交流耐壓試驗(yàn)電壓為320 kV，持續(xù)1h。如在試驗(yàn)過程中發(fā)生電壓突降，應(yīng)用數(shù)字式絕緣電阻測試儀測量相應(yīng)主絕緣電阻值，如所測絕緣電阻值與耐壓前無明顯變化，則應(yīng)在排查電纜線路環(huán)境后，重新進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。交流耐壓試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 交流耐壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

經(jīng)過上述試驗(yàn)，可以判斷500 kV電纜成功完成了安裝。

5 結(jié)論

500 kV電纜的使用場合越來越多，電纜現(xiàn)場敷設(shè)及試驗(yàn)一直是機(jī)電安裝的重點(diǎn)和難點(diǎn)，施工方應(yīng)在電纜敷設(shè)前提前規(guī)劃，統(tǒng)籌好設(shè)備、人員及方案，認(rèn)真做好電纜敷設(shè)的前期準(zhǔn)備工作，加強(qiáng)電纜敷設(shè)的過程管理，并按標(biāo)準(zhǔn)完成現(xiàn)場試驗(yàn)。

[1]徐霞，王斌.電力隧道內(nèi)長距離500 kV電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)[J].華東電力，2010，38（4）：529-532.

[2]周輝，方浩，張永隆.新型電纜支架在長距離500 kV電力隧道中的應(yīng)用[J].華東電力，2010，38（4）：549-551.

TM757

B

1672-5387（2017）10-0023-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.10.008

2017-07-21

徐 玫（1966-），女，高級工程師，從事水電站機(jī)電設(shè)備采購管理、安裝、調(diào)試工作。