電力排管敷設35 kV電纜的優化排列

王貴寧 杜林

摘? 要：利用鏡像法和疊加法對電力排管敷設的35 kV電纜載流量計算建立了計算模型，根據此模型計算分析了8回電纜在電力排管不同排列形式下的載流量變化，并提出了基于載流量最大化的電力排管推薦排列形式。

關鍵詞：電力排管;35 kV電纜;優化排列

0? ? 引言

城市軌道交通主變電所35 kV出線電纜通道有電纜溝、電力隧道、電力排管3種。綜合考慮地下管線、工程投資及施工難度等多種因素，越來越多的主變電所電纜通道采用電力排管，并成為一種趨勢。

為使電力排管敷設電纜載流量的計算準確化，排列方式最優化，本文依據JB/T 10181—2014對電力排管敷設電纜載流量的計算建立了相應的計算模型，并根據此模型計算分析了8回電纜在電力排管不同排列方式下的載流量變化，提出了基于載流量最大化的電力排管推薦排列方式。

1? ? 計算模型

1.1? ? 額定載流量計算公式

依據《電纜載流量計算 第11部分：載流量公式（100%負荷因數）和損耗計算 一般規定》（JB/T 10181.11—2014），在不考慮水分遷移的情況下，電纜載流量的計算公式為：

I=? ? ? ? （1）

式中：I為電纜載流量;Δθ為導體溫度與環境溫度之差;Wd為絕緣介質損耗;T1為導體與金屬護套間絕緣層熱阻;T2為金屬護套與鎧裝層之間內襯層熱阻;T3為電纜外護層熱阻;T4為電纜外部熱阻;R為電纜導體的交流電阻;n為電纜的芯數;λ1為金屬護套損耗相對于導體損耗的總比例;λ2為鎧裝層損耗相對于導體損耗的總比例。

1.2? ? 外部熱阻計算

電纜在電力排管中敷設時外部熱阻由電纜表面與電力排管內表面之間的空氣熱阻T4′、電力排管本體的熱阻T4″、電力排管周圍介質的熱阻T4′ ″組成。

多根電纜在電力排管中敷設，計算任意一根電纜載流量時，需要考慮除該電纜以外的其他所有電纜對其的影響。外部熱阻采用疊加法計算，假定穿管的電纜數量為q，計算第p根電纜的載流量時，應計及其他q-1根電纜的損耗發熱對其的影響。

Δθp=Δθpp+Δθkp? ? ? （2）

式中：Δθpp為第p根電纜本體發熱產生的溫升;Δθkp為其他q-1根電纜對第p根電纜產生的溫升（k≠p）。

根據熱力學原理，Δθkp由鏡像法求出，第p根電纜的鏡像法求解如圖1所示。

Δθpp=Wplnu+

Δθ1p=Wln

Δθkp=Wln

Δθpq=Wqln? ? ? （3）

式中：Δθkp為第k根電纜單位長度的散熱量對第p根電纜所引起的表面溫升;Wk為第k根電纜單位長度的散熱功率;dpq為第p根電纜的中心至第k根電纜中心的距離;dpq′為第p根電纜的中心至第k根電纜在大地-空氣的鏡像中心的距離。

對于結構相同、負荷相同的多根電纜穿群管敷設，所有電纜在此工況下散熱功率相同，則第p根電纜排管的溫升為：

排管外部熱阻為：

2? ? 排列方式對電纜載流量的影響

主變電所通常為兩線或三線共享使用，其中兩線共享主變電所居多。本文以兩線共享主所為例進行分析，環網采用大分區方案，則35 kV出線電纜回路數為8回，共24根WDZA-

YJY-26/35 kV 1×400 mm2電纜，分別選用6×4、4×6、3×8共3種電力排管排列形式進行電纜載流量計算，電纜采用三角形布置方式。電力排管排列形式如圖2所示。

電纜金屬屏蔽層及鎧裝層采用雙端接地方式。電力排管采用內徑100 mm PVC管、管間凈距50 mm、埋深500 mm，土壤溫度20 ℃，土壤及混凝土熱阻系數1.0 K·m/W。根據建立的計算模型，上述三種方案中各回路電纜載流量計算結果如表1所示。

根據對表1計算結果的分析，方案三各回路電纜載流量最大，主要原因在于該方案電纜布置層數少，電纜距離地表近，因此散熱條件好，且電纜布置相對稀疏，電纜間的熱作用影響弱。方案二較方案三電纜載流量平均下降約5.5%，主要原因在于部分電纜回路埋設深度較深，與方案三相比電纜散熱條件稍差，且電纜布置稍密集，相互間熱作用影響較強，導致載流量降低。方案一較方案三電纜載流量平均下降約10%，主要原因在于部分回路埋深大，電纜布置密集，相互間熱作用影響大，導致電纜載流量降低幅度偏大。

通過上述分析可知，當8回電纜敷設于電力排管中時，從載流量最大化的角度考慮，在電纜通道寬度允許的條件下電力排管排列形式采用方案三是最優的;在電纜通道土建條件較為緊張的條件下可采用方案二;方案一的電纜載流量降低幅度較大，一般情況下不建議采用。

3? ? 結論

（1）本文利用鏡像法和疊加法建立了35 kV單芯電纜在電力排管中敷設時載流量的理論計算模型，并根據此模型計算分析了8回電纜在排管不同排列形式下的載流量變化，提出了基于電纜載流量最大化考慮的電力排管推薦排列形式。

（2）當8回電纜敷設于電力排管中時，從載流量最優化角度考慮，建議電力排管排列形式采用方案三，電纜通道較為緊張的條件下可采用方案二。

（3）同一排列形式中，上層電力排管內電纜載流量最大，兩側電力排管內電纜載流量次之，下層電力排管中間管內電纜載流量最低。建議在工程實施中，負荷電流較大的回路敷設于上層電力排管，負荷電流較小的回路敷設于兩側電力排管，不發熱的導體或線纜敷設于下層電力排管中間管。

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收稿日期：2020-06-22

作者簡介：王貴寧（1987—），男，甘肅慶陽人，城市軌道交通電氣工程師，研究方向：城市軌道交通電氣化。

杜林（1983—），男，四川遂寧人，高級工程師，研究方向：城市軌道交通電氣化。