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電纜載流量提高方法的探討

作者:呂峻  來源:杭州市電力局電纜工程公司 
評論: 更新日期:2015年05月26日

摘 要 從電纜工程施工和運行角度,提出影響電纜載流量的一些因素,包括電纜敷設排列方式、電纜運行環(huán)境的熱阻影響、電纜接地系統(tǒng)環(huán)流的影響,以及電纜附件安裝質(zhì)量控制對載流量的影響這些環(huán)節(jié),加以分析和歸納,從而提出提高電纜載流量在施工運行方面的一些方法。
??????? 關鍵詞 載流量 敷設排列 熱阻 接地系統(tǒng) 安裝工藝
??????? 0 前言
??????? 隨著電力科技的進步與發(fā)展,電力電纜在電力系統(tǒng)中的應用越來越廣泛。如何在現(xiàn)有的工程條件下提高電纜的載流量,從而提高輸送容量,成為我們電力工程人員急需解決的問題。從各地電纜專業(yè)人員的設計及施工運行經(jīng)驗交流中,以及在國內(nèi)外電纜行業(yè)的技術(shù)文獻中,了解了一定的方法,并結(jié)合自己在電纜施工和運行方面的一些經(jīng)驗,提出以下見解,匯作此文。
??????? 電纜長期允許載流量,是指電纜內(nèi)通過規(guī)定的電流時,在熱穩(wěn)定后,電纜導體達到長期允許工作溫度時的電流數(shù)值。(2)
??????? 提高電纜載流量的方法,從理論上來說主要有以下幾方面:一、增大線芯截面,或者采用高導電材料作為線芯材質(zhì);二、提高電纜絕緣工作溫度,采用高溫絕緣材料;三、提高絕緣材料的工作場強,減薄絕緣厚度;四、采用紙介損材料,降低損耗。以上方法主要是從電纜的材料方面加以改進,這種提高載流量的方法是最徹底的,效果也是顯而易見的;由于工作屬性和研究條件的局限,我們沒有在這些方面有所深入,但是,結(jié)合電纜施工和運行,并根據(jù)以上理論,我們可以得出以下結(jié)論:一、在電纜的敷設階段,我們可以對敷設環(huán)境加以優(yōu)化,例如在電纜管道中填充膨潤土、降阻沙,或者利用天然的地下水,降低環(huán)境溫度,從而達到降低熱阻系數(shù),加快散熱的目的,提高電纜載流量;同時,對電纜的排列方式采用最合理的布局,盡量減少電纜與電纜之間相互的影響。二、在電纜的安裝環(huán)節(jié),我們必須從幾個主要工序加以改進和控制:比如在金屬導體對接或壓接的時候,確保足夠的接觸面積和壓強,降低電纜阻抗產(chǎn)生的損耗;在絕緣處理的時候,要絕對保證絕緣處理的光潔度,以滿足運行時的零局放要求;還應考慮絕緣的熱老化問題,避免在進行接地焊接的時候?qū)^緣集中加熱引起老化;還有,應確保電纜接地系統(tǒng)的完整與準確,及時修復電纜外護層的破損點等等。以上這些,都是提高電纜載流量在施工和運行階段的一些方法,在下面作詳細分析。
??????? 1 電纜敷設排列的方式對載流量的影響
??????? 單芯電纜在三相交流電網(wǎng)中運行時,線芯電流產(chǎn)生的一部分磁通在電纜金屬護套上作用,使金屬護套產(chǎn)生感應電壓。(2)感應電壓的數(shù)值與電纜排列中心距離和、金屬護套平均半徑之比的對數(shù)成正比,并且與線芯負荷電流、頻率以及電纜的長度成正比。每一回、每一相電纜都產(chǎn)生相應的感應電壓,從而相互影響,按照工作頻率和電壓矢量大小,或疊加、或抵消,反過來又產(chǎn)生一定的逆向線芯感應電流,與線芯主載流沖突,從而或多或少地影響了載流量。同時,由于單芯電纜有接地系統(tǒng)的存在,感應電壓在金屬護套上將按照護套阻抗的大小而產(chǎn)生護層循環(huán)電流(簡稱環(huán)流,基本上與線芯電流處于同一數(shù)量級),在環(huán)流通過護層的時候?qū)a(chǎn)生損耗和發(fā)熱現(xiàn)象,嚴重時將降低電纜輸送容量30%~40%,因此,電纜的敷設排列方式對載流量產(chǎn)生的影響應該說意義重大。
??????? 1.1 三角形排列
??????? 在理想狀態(tài)的等邊三角形的三相電纜排列方式下,單回路電纜的三相感應電壓相等。由于三相排列完全對稱,各段電纜護套電壓的相位差為120°,而且幅值相等,因此在電纜兩端合成的感應電壓相互抵消,電位差為零,這樣在護套上就不可能產(chǎn)生循環(huán)電流,電纜的載流量也就不會受到任何影響。(5)但是在我們平時施工時,做到完全的理想狀態(tài)是不可能的,一般來說,只能盡可能做到正三角形排列或直角對邊三角形排列,因此,在電纜金屬護套上勢必將形成一定的感應電壓和環(huán)流數(shù)值。
??????? 1.2 直線形排列
???????????? 在同回路直線形的三相電纜排列方式下,邊相的感應電壓較中間相的高(2),每一段電纜三相合成的感應電壓向量和有一定數(shù)值,因此在每一相電纜金屬護套內(nèi)都會有一小電流通過,同時將對電纜的載流量形成一定的影響。
??????? 以上兩種電纜敷設排列方式在我們的日常施工中最為常見,由于電纜路徑的復雜性,并且在敷設過程中往往是互相結(jié)合進行。因此,通過排列方式的合理優(yōu)化布置,來消除金屬護層感應電壓、降低循環(huán)電流,成為提高電纜載流量的一種重要的方法。根據(jù)感應電壓的計算可知(5),直線形排列所產(chǎn)生的感應電壓超過三角形排列的30%左右,并且三相極不平衡,從而將大大影響電纜的載流量。因此我們建議,盡量避免采用直線形排列方式。同時,還應考慮合理的電纜金屬護層接地方式,來消除或降低由此帶來的感應電壓和環(huán)流。這部分內(nèi)容將在后面敘述。
??????? 2 電纜運行環(huán)境(熱阻)對載流量的影響
???????????? 電纜載流量一般在計算環(huán)節(jié)主要考慮這些因素:環(huán)境溫度校正、假定電纜回路數(shù)、土壤熱阻系數(shù)、電纜埋深、電纜本體熱阻、以及持續(xù)運行最高允許溫度等等。所有這些因素,圍繞的都是一個主題,即電纜運行的環(huán)境溫度以及散熱條件。(3)因此,我們在電纜施工和運行時,也應該以降低環(huán)境溫度、創(chuàng)造良好的散熱條件為導向,達到提高載流量的目的。
??????? 2.1 排管、隧道、電纜溝、直埋方式的熱阻影響
??????? 電纜的運行環(huán)境不外乎這幾種:排管、隧道、電纜溝、直埋,以及比較特殊的水下運行環(huán)境(即海纜)。各種敷設環(huán)境的不同,同時也帶來散熱條件的不同。以下就三種目前使用較多的敷設方式作簡單分析。
??????? 2.1.1 排管敷設電纜
??????? 在杭州地區(qū)范圍內(nèi),由于地下空間資源的有限性,我局電纜敷設大多采用排管這類方式。電力溝一般只布置在道路西側(cè)和南側(cè),主要道路設置16~24孔外直徑175mm的排管,每隔40米~60米設置一個3-6米長度的操作工井,不同電壓等級不混溝。排管的材質(zhì)一般選用水泥導管或PVC管,以降低摩擦系數(shù)、提高散熱系數(shù)為前提選用管材。由于可用通道寬度及深度的限制,管孔中心距的設置一般為250mm。目前比較流行的一種非開挖電纜頂管,嚴格意義上說也應屬于排管敷設的范疇,在不破壞道路的情況下通過地下鉆探通道,拖拉MPP塑料管形成電纜敷設的路徑。
??????? 根據(jù)有關資料顯示(3),排管敷設的方式對電纜載流量的影響比較明顯,相比其他敷設方式,有3%以上的載流量下降影響。主要原因就是由于排管管材材質(zhì)的密度比較高,熱傳導的速度慢并缺少熱循環(huán)介質(zhì),從而引起電纜本體絕緣和導體發(fā)熱。但是,排管敷設電纜的優(yōu)越性也是顯著的:同路徑電纜回路數(shù)可大大增加,電纜敷設方便且便于大修更換,不易受外力破壞,路徑通道占地少、靈活性大,投資相比隧道要大大減少等等。
??????? 為了減少排管敷設電纜的熱阻影響,我們可以采取多種方法來降低熱阻。比如廣州局采用了管道內(nèi)充填灌注介質(zhì)(SH凝膠體)的方法,來改善電纜的散熱條件,從而達到提高電纜載流量的目的。在杭州地區(qū),由于地下水位高,一般開挖到0.5米左右就開始冒水。電纜溝內(nèi)長年積水,電纜運行基本在水中,管孔內(nèi)充滿地下水,可以受熱長距離循環(huán),同樣也起到了較好的散熱效果。同時,我們在每一個操作工井內(nèi)填充1:14的水泥砂,覆蓋電纜本體作為加快散熱、降低熱阻的措施。通過這些方法,可以極大地改善電纜的運行散熱條件、有效降低了環(huán)境熱阻。
??????? 2.1.2 隧道內(nèi)敷設電纜
??????? 隧道內(nèi)敷設電纜對電纜運行和維護具有極大的優(yōu)勢,但其投資大、占地資源多、維護費用高,在城市范圍內(nèi)大規(guī)模推廣具有一定的難度。目前的使用范圍一般局限于樞紐變電所的電纜進出線集中的段落,多回路電纜共用一個隧道,分層、分區(qū)域布置,依靠空氣進行熱傳導,散熱條件好,有利于電纜載流量的提高。同時,由于運行環(huán)境良好便于管理,我們可對電纜加設在線監(jiān)測裝置,用來實時監(jiān)測電纜的溫度變化,以達到控制電纜載流量或用戶端負荷的目的。

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