（湖南省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究總院長沙市410007）

110 kV及以上高壓電纜選擇與計(jì)算的軟件研發(fā)

彭自強(qiáng) 歐陽寧烽

（湖南省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究總院長沙市410007）

針對不同敷設(shè)條件、不同工況下高壓單芯電纜截面選擇計(jì)算、護(hù)層感應(yīng)電壓計(jì)算中出現(xiàn)的工作繁瑣、任務(wù)量大且容易出錯(cuò)等問題，文章提出了采用面向?qū)ο笳Z言來開發(fā)一款專用的可視化計(jì)算軟件并詳細(xì)介紹了軟件計(jì)算采用的理論基礎(chǔ)和軟件實(shí)現(xiàn)過程。最后，通過實(shí)際的工程計(jì)算驗(yàn)證了該軟件的快速性和準(zhǔn)確性。

高壓單芯電纜截面計(jì)算護(hù)層感應(yīng)電壓計(jì)算可視化

引言

由于地形及出線走廊限制等因素，越來越多的水電站和變電站采用高壓單芯電纜作為開關(guān)站進(jìn)線回路和出線回路的輸電通道，在城市變電站中尤其如此。然而，由于敷設(shè)方式不同、長度不同、環(huán)境條件不同等諸多因素影響，使其在計(jì)算中，過程繁瑣、工作量大且容易出錯(cuò)，這給電氣設(shè)計(jì)人員增添了許多工作量，嚴(yán)重影響了工作效率和計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度。

針對高壓單芯電纜選擇與計(jì)算中的難題，本文將采用面向?qū)ο笳Z言開發(fā)一款專門的可視化計(jì)算軟件，可以快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行與高壓單芯電纜設(shè)計(jì)有關(guān)的截面選擇計(jì)算、護(hù)層感應(yīng)電壓計(jì)算等，有效地提高了設(shè)計(jì)人員的工作效率和計(jì)算準(zhǔn)確度。

1 計(jì)算理論

1.1 截面選擇計(jì)算

高壓單芯電纜截面的選擇主要有按持續(xù)允許電流選擇法和按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇法兩種方法。但由于技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等因素的變化，經(jīng)濟(jì)電流密度會(huì)隨之產(chǎn)生波動(dòng)，因此本文采取按持續(xù)允許電流選擇法來選取電纜截面，計(jì)算公式為：

式中

Iu——電纜允許載流量（A）；

IG——電纜導(dǎo)體回路持續(xù)工作電流（A）；

SG——回路輸送容量（kVA）；

UG——回路工作電壓（kV）；

Kf——不同敷設(shè)條件下的綜合校正系數(shù)。

電纜截面除應(yīng)滿足持續(xù)允許電流外，還應(yīng)滿足短路熱穩(wěn)定和允許電壓降要求。

短路熱穩(wěn)定截面計(jì)算公式為：

式中

S——短路熱穩(wěn)定要求最小截面（mm2）；

Q——短路熱效應(yīng)（kA2·s）；

C——熱穩(wěn)定系數(shù)。

電壓降校驗(yàn)公式為：

式中

L——線路長度（km）；

R——電纜單位長度電阻（Ω/km）；

X——電纜單位長度電抗（Ω/km）。

1.2 護(hù)層感應(yīng)電壓計(jì)算

高壓單芯電纜通流時(shí)會(huì)在其周圍產(chǎn)生交變磁場，從而會(huì)在電纜金屬護(hù)層上產(chǎn)生感應(yīng)電壓。感應(yīng)電壓的大小與電纜導(dǎo)體中流過的電流、電纜長度、排列方式、電纜三相間位置等因素有關(guān)，其值超過一定值后將影響電纜絕緣，危及人身安全。因而，對高壓單芯電纜護(hù)層感應(yīng)電壓進(jìn)行計(jì)算并判斷其大小是否符合規(guī)程規(guī)范要求是很有必要的。

正常工況下電纜護(hù)層感應(yīng)電壓計(jì)算見表1。

表1 正常工況下護(hù)層感應(yīng)電壓計(jì)算

短路工況下電纜護(hù)層感應(yīng)電壓計(jì)算見表2。

表2 短路故障下護(hù)層感應(yīng)電壓計(jì)算

2 軟件實(shí)現(xiàn)

高壓單芯電纜計(jì)算軟件在Delphi 2010開發(fā)環(huán)境下開發(fā)完成，采用Object Pascal語言進(jìn)行開發(fā)，軟件主程序流程如圖1所示。

圖1 軟件主程序流程圖

軟件可實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)，計(jì)算特定敷設(shè)方式下高壓電纜的持續(xù)工作載流量，并根據(jù)電纜載流量表選取合適電纜截面。

（2）對初選的電纜截面進(jìn)行短路熱穩(wěn)定校驗(yàn)和壓降校驗(yàn)，若不符合要求則提示重新選取電纜截面。

（3）針對不同工作情況（正常工況、短路故障）、不同敷設(shè)方式、不同護(hù)層接地方式的護(hù)層感應(yīng)電壓進(jìn)行計(jì)算。

（4）出具帶有詳細(xì)計(jì)算過程的word版計(jì)算書。開發(fā)的軟件界面如圖2所示。

3 工程驗(yàn)證

圖2 計(jì)算軟件界面

項(xiàng)目概況：大源渡水電站裝設(shè)4臺(tái)30 MW水輪發(fā)電機(jī)組，采用兩機(jī)一變高壓電纜出線方式，兩回高壓電纜出線分別輸送60 MW容量至110 kV戶外開關(guān)站。

大源渡水電站110 kV高壓電纜計(jì)算的相關(guān)計(jì)算條件如下：

（1）輸送功率：P=2×30 MW= 60 MW。

（2）功率因數(shù)：cosφ=0.9。

（3）額定電壓：U=121 kV。

（4）護(hù)層半徑：rd=3 cm。

（5）電纜間距：S=30 cm。

（6）電纜長度：L=150 m。

（7）短路電流：id=11.5 kA。

（8）短路電流持續(xù)時(shí)間：td= 0.06 s。

利用大源渡水電站工程110 kV高壓電纜的相關(guān)計(jì)算成果對軟件計(jì)算的快速性和準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，得到的比較分析結(jié)果如表3。

結(jié)果表明軟件計(jì)算準(zhǔn)確度達(dá)到100%，大大提高了設(shè)計(jì)人員的工作效率（從手工計(jì)算的1～2周提高到只需2～3 min）。

表3 大源渡水電站110kV高壓電纜選擇計(jì)算結(jié)果比較分析表

4 結(jié)論

針對高壓單芯電纜選擇與計(jì)算過程中出現(xiàn)的工作繁瑣、任務(wù)量大且容易出錯(cuò)等問題，本文開發(fā)了一款專門的可視化計(jì)算軟件，可以快速幫助設(shè)計(jì)人員對高壓單芯電纜的設(shè)計(jì)進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算。實(shí)際工程計(jì)算驗(yàn)證了軟件的快速性和準(zhǔn)確性，可以有效地推廣到各工程高壓單芯電纜的相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算工作中。

[1]水利電力部西北電力設(shè)計(jì)院.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊電氣一次部分[M].北京：中國電力出版社，1989.

[2]江日洪.交聯(lián)聚乙烯電力電纜線路[M].北京：中國電力出版社，1997.

[3]張曉東，陳永進(jìn).高壓交聯(lián)聚乙烯電纜線路設(shè)計(jì)計(jì)算[M].北京：中國水利水電出版社,2013.

[4]GB 50217－2007.電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5]DL/T 5228－2005.水力發(fā)電廠交流110 kV－500 kV電力電纜工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[6]DL/T 401－2002.高壓電纜選用導(dǎo)則[S].

[7]穆建軍.大源渡水電站110 kV高壓電纜的選擇與敷設(shè)[J]高電壓技術(shù)，2001，27（1）：69－70.

2016－10－07）

彭自強(qiáng)（1988-），男，湖南婁底人，碩士研究生，助理工程師，主要從事水電站及變電站的電氣一次設(shè)計(jì)工作。