呂 奕,肖登明,何 仲

(1.上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院,上海 200240;2.上海電力設(shè)計(jì)院有限公司,上海 200025)

0 引言

在上海電網(wǎng)中,35 kV是區(qū)域配電網(wǎng)重要的電源,主要自 220 kV變電站主變?nèi)蝹?cè)輸出。在上海220 kV城市變電站的典型設(shè)計(jì)方案中,站中35 kV電壓等級(jí)的出線數(shù)量普遍高達(dá)30倉,考慮到拼倉出線情況,加之站內(nèi)的無功補(bǔ)償、站用變等內(nèi)部電纜連線,電纜數(shù)量將大于50根,全都匯聚于配電裝置室。典型設(shè)計(jì)采用增設(shè)電纜層的方式來滿足電纜敷設(shè)要求。相對(duì)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(tǒng)籌安排和合理規(guī)劃,電纜溝同樣能滿足相關(guān)的電纜敷設(shè)及運(yùn)行要求。本文以35 kV常規(guī)截面電纜為對(duì)象,以上海220 kV城市戶內(nèi)變電站B-1典型方案為切入點(diǎn),對(duì)以電纜溝替代電纜層的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析與探索。

1 電纜層與電纜溝敷設(shè)電纜設(shè)計(jì)比較

設(shè)置電纜層為站內(nèi)數(shù)量龐大的35 kV電纜的敷設(shè)、施工、運(yùn)行及檢修提供了便利,也為站外電纜進(jìn)入站內(nèi)作位置調(diào)整,創(chuàng)造了可能。然而,隨著變電站設(shè)計(jì)精細(xì)化的不斷提高,尤其是國家電網(wǎng)公司對(duì)“兩型一化”要求的實(shí)施和對(duì)國家資源節(jié)約型發(fā)展模式的貫徹,電纜層經(jīng)濟(jì)性不佳的劣勢(shì)日益明顯。相比電纜溝而言,設(shè)置電纜層不僅僅只是單純建筑面積與土方量的增長(zhǎng),還必須同時(shí)配套照明、給排水、通風(fēng)與消防等其它設(shè)施。

根據(jù)國家電網(wǎng)公司對(duì)智能變電站的設(shè)計(jì)要求,電纜層中還需要增加技防、遙視等環(huán)節(jié)。因此,設(shè)置電纜層的方案,不僅增加了輸變電項(xiàng)目的投資,而且給今后變電站的運(yùn)行與維護(hù)增添了許多環(huán)節(jié)。相比之下,采用電纜溝敷設(shè)的方案,具有建筑物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技防等附加配套設(shè)施少、工程投資低、經(jīng)濟(jì)性較高等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí),站內(nèi)電氣布置有序,運(yùn)行巡視集中,提高了運(yùn)營(yíng)效率。不過,由于受空間的限制,電纜溝設(shè)計(jì)對(duì)平面布置與電纜敷設(shè)近遠(yuǎn)期規(guī)劃提出了較高要求。

2 戶內(nèi)電纜走向設(shè)計(jì)及電纜溝布置

2.1 站內(nèi)不同電壓等級(jí)電纜走向的規(guī)劃

上海地區(qū)220 kV城市變電站的常規(guī)站內(nèi)有二至三種電壓等級(jí)(220/35 kV,220/110/10 kV, 220/110/35 kV)。設(shè)計(jì)站區(qū)總平面時(shí)盡量將不同電壓等級(jí)規(guī)劃于不同區(qū)域,彼此避免交叉。這樣考慮的依據(jù)在于電氣上的劃分與實(shí)際設(shè)備的隔離,使變電站布置條理清晰,同時(shí)對(duì)運(yùn)行人員的巡查和檢修帶來便利。

更為重要的是,分區(qū)式的布置將不同電壓等級(jí)的電纜分開,在任何極端情況下都能使它們對(duì)彼此的影響降到最低,給變電站的可靠運(yùn)行提供安全保障。因此,站內(nèi)電纜溝的設(shè)置與電纜走向設(shè)計(jì),同全站的布置緊密聯(lián)系在一起。同時(shí),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(jí)電纜的交叉跨越。

2.2 電纜敷設(shè)的要求與設(shè)計(jì)前提

在敷設(shè)35 kV電纜時(shí),單芯電纜要求轉(zhuǎn)彎半徑不小于20倍外徑,3芯電纜轉(zhuǎn)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(qū)電纜敷設(shè)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(tǒng)一按125 mm考慮。根據(jù)規(guī)程要求,電纜轉(zhuǎn)彎半徑(15D)大于或等于1.88 m。電纜外包層剝離后,內(nèi)單芯電纜外徑d不大于50 mm,轉(zhuǎn)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(guān)柜作為35 kV配電裝置。由于35 kV電纜出線規(guī)模較大,設(shè)備間隔眾多而且體型較小,因此35 kV配電裝置室內(nèi)的電纜溝設(shè)計(jì)便成為難點(diǎn)。與電纜層相比,電纜溝的容量是非常有限的,在設(shè)計(jì)初期就必須規(guī)劃每一條電纜的具體走向,甚至需要考慮后期工程的擴(kuò)建需要。當(dāng)然,也可以在設(shè)計(jì)初期就根據(jù)工程要求制定敷設(shè)電纜要求,這需要各供電公司的規(guī)劃配合,并且做好溝通工作,以免出現(xiàn)有倉位無走廊的尷尬局面。

2.3 戶內(nèi)35 kV電纜溝設(shè)計(jì)與電纜布置

35 kV開關(guān)柜周邊的電纜溝,需要解決電纜轉(zhuǎn)向、三相剝離與設(shè)備內(nèi)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(zhuǎn)彎半徑。假設(shè)35 kV配電裝置室內(nèi)開關(guān)柜采用每間隔寬度為1.2m的小型國產(chǎn)設(shè)備,兩排柜的操作面,面對(duì)面放置。一次電纜接口位于開關(guān)柜后下側(cè),在開關(guān)柜的下方與外側(cè)均安排電纜溝。對(duì)于主變間隔、母線避雷器間隔、分段開關(guān)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(diǎn)處可采用通長(zhǎng)工字鋼固定,如圖2所示。這樣,不但擴(kuò)大了空間,也滿足了設(shè)備的安裝要求。

圖2 電纜溝設(shè)置與開關(guān)柜固定

2.4 電纜敷設(shè)方式

為了減少空間需求,要求電纜在轉(zhuǎn)向進(jìn)入開關(guān)柜前,即由3芯電纜轉(zhuǎn)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(zhǎng)度,同時(shí)也降低了開關(guān)柜下的電纜彎曲高度。為保護(hù)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(qiáng)電纜外包強(qiáng)度。

圖33 芯電纜轉(zhuǎn)單芯后連接開關(guān)柜

設(shè)計(jì)電纜走向時(shí),將不同母線的出線電纜布置于不同電纜溝,因此開關(guān)柜后的電纜溝需具備8根電纜的敷設(shè)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(shè)計(jì)。每層支架水平放置2根電纜,若需進(jìn)入開關(guān)柜,電纜由外道轉(zhuǎn)入內(nèi)道,如圖4所示。根據(jù)電纜溝設(shè)計(jì)規(guī)程與電纜轉(zhuǎn)彎半徑要求,電纜溝設(shè)計(jì)為寬1.6 m,深1.8m;開關(guān)柜下方電纜溝要求寬1.2 m,深1.8 m。

圖4 轉(zhuǎn)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(yīng)用

作為上海220 kV變電站典型設(shè)計(jì)的B-1實(shí)施方案,35 kV配電裝置室位于主變及開關(guān)控制樓一層,為了使35 kV配電裝置室內(nèi)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(jiān)控室的備品室。

由于電氣設(shè)備運(yùn)輸?shù)男枰?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(cè)通過母排與母線橋箱與配電裝置連接,分段開關(guān)與分段引線采用空中架設(shè)母線橋箱方式,不考慮電纜敷設(shè)。

站內(nèi)電纜,如電容器電纜、站用變電纜先引至主變室內(nèi)電纜溝內(nèi),再與接地變電纜同溝敷設(shè)。在主變室電纜溝內(nèi)一起敷設(shè)的還有主變室、站變室與接地變室內(nèi)的動(dòng)力電纜與控制電纜。電纜溝設(shè)計(jì)為寬1.6m,深1.8m。

35 kV至站外的出線設(shè)置專用電纜溝,按母線獨(dú)立設(shè)置出口,如圖5所示。

圖5 開關(guān)控制樓電纜溝總布置圖

3.135 kV出線電纜溝及電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)

35 kV開關(guān)柜,柜寬為1.2 m,35 kV至站外饋線設(shè)置專用電纜溝,電纜單邊敷設(shè),設(shè)計(jì)數(shù)量為10根。用電纜溝將開關(guān)柜按母線隔開,考慮到電纜彎曲半徑及柜體的基礎(chǔ)強(qiáng)度,母線兩側(cè)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(shè)計(jì)需要與規(guī)劃相結(jié)合,如圖7所示。

電纜隨戶內(nèi)電纜溝敷設(shè)至室外后,需根據(jù)站外排管情況調(diào)整位置。對(duì)于本期無法確定出線方向的變電站,對(duì)線路新倉的使用需遵循由內(nèi)而外的原則。

圖735 kV出線電纜敷設(shè)圖

3.235 kV電容器及站用變電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)

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

圖8 電纜出開關(guān)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(guān)柜引出后,采用埋管直接穿入主變室電纜溝,再敷設(shè)至對(duì)應(yīng)站用變室。在排布開關(guān)柜間隔時(shí),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(shè)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(dāng)站用變室電纜或電容器室電纜進(jìn)入主變室后的位置調(diào)整。

圖9 電纜跨室敷設(shè)斷面圖

3.335 kV接地變電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)

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(cè),因此接地變一次電纜無須進(jìn)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(shè)至相應(yīng)房間。同溝敷設(shè)的還有電容器電纜與站用變電纜及相關(guān)二次電纜。根據(jù)一、二次電纜數(shù)量,電纜溝設(shè)計(jì)尺寸為寬1.6m,深1.8m。

3.4 其他相關(guān)設(shè)計(jì)

在考慮35 kV電力電纜敷設(shè)的同時(shí),需要同時(shí)兼顧控制電纜、動(dòng)力電纜及通信線網(wǎng)線的布線位置。在35 kV配電裝置內(nèi)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(shè)備上方。橋架沿設(shè)備安裝,再延伸至電纜豎井,供電纜敷設(shè)至二層繼電器室。站用變、主變與接地變室內(nèi)的各類低壓電纜與電力電纜同溝布置,敷設(shè)至電纜豎井處進(jìn)入豎井。

在原B-1實(shí)施方案中,主變及開關(guān)控制樓與GIS配電裝置樓之間由電纜溝溝通,溝內(nèi)敷設(shè)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(guān)控制樓中采用戶內(nèi)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(cè)面進(jìn)樓,經(jīng)過電容器室通至電纜豎井。電容器室內(nèi)的二次電纜亦可借用此通道進(jìn)入二層繼電器室。

4 結(jié)論

與站內(nèi)總平面及出線方向相結(jié)合后,電纜溝經(jīng)如上規(guī)劃,即可滿足眾多回路的不同期敷設(shè)及檢修需要,使220 kV戶內(nèi)站采用35 kV小型化配電裝置而且電纜出線眾多時(shí)采用戶內(nèi)電纜溝敷設(shè)取代原有設(shè)置電纜層敷設(shè)的設(shè)計(jì)成為可能,可以減少工程投資,更好地貫徹國網(wǎng)“兩型一化”要求,同時(shí)減少運(yùn)營(yíng)成本,降低維護(hù)要求,增加設(shè)計(jì)精度,向國家資源節(jié)約型發(fā)展邁進(jìn)。