220kV高壓?jiǎn)涡倦娎|同相并聯(lián)輸電方案分析

吳 昊，詹宗東，游世良

（四川電力設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司，成都 610016）

目前國(guó)內(nèi)電纜廠家能夠生產(chǎn)并通過(guò)鑒定的220kV電纜最大截面為2 500mm2，若工程上需要用到更大截面的電纜則需向國(guó)外進(jìn)口，或采用并聯(lián)電纜。電纜線路采用同相并聯(lián)輸電成為一種全新的輸電方式，可最大限度地滿足負(fù)荷增長(zhǎng)和調(diào)度靈活性的要求。

本文通過(guò)對(duì)成都地區(qū)某在建220kV雙回電纜線路工程設(shè)計(jì)的介紹，探討220kV高壓電纜線路采用電纜線路相分裂輸電方式的方案，希望能夠?qū)?guó)內(nèi)類(lèi)似工程的設(shè)計(jì)提供借鑒。

1 主要問(wèn)題

在10～35kV配電網(wǎng)領(lǐng)域，采用同相并聯(lián)輸電方式較為普遍［1－2］。但在高壓輸電領(lǐng)域，尤其是在220kV及以上的輸電線路工程中，在國(guó)內(nèi)還未見(jiàn)相關(guān)工程實(shí)際應(yīng)用的報(bào)道。高壓電纜輸電線路采用同相并聯(lián)輸電，在以下三方面存在問(wèn)題。

1）電纜生產(chǎn)及施工工藝 并聯(lián)排列的兩根子電纜由于存在路徑長(zhǎng)度差異，接頭工藝差異，電纜制造時(shí)本身的微小差異等，當(dāng)這些不可控因素疊加時(shí)，相分裂電纜的電流分配可能會(huì)存在較大的差異，造成兩根子電纜絕緣老化程度不同，導(dǎo)致使用壽命差異化。

2）電纜線路設(shè)計(jì) 由于電纜間存在鄰近效應(yīng)，同相2根并聯(lián)電纜的阻抗不能完全匹配，阻抗的差異會(huì)引起電流分配的不一致。

3）變電站設(shè)計(jì) 目前國(guó)內(nèi)主流GIS廠商均采用單相單電纜與GIS設(shè)備相連接，若采用同相雙分裂電纜輸電方式，對(duì)于GIS設(shè)備則可能要求調(diào)整。

2 工程概況

某新建220kV雙回線路工程全長(zhǎng)約20km，由于部分線路路徑位于成都市區(qū)，規(guī)劃要求市區(qū)線路采用電力電纜，電纜線路長(zhǎng)度約為6.3km。根據(jù)系統(tǒng)要求，架空線路導(dǎo)線型號(hào)為：4×JL／G1A－400／35，電纜載流量需滿足不小于輸送電流3 260A。經(jīng)電纜載流量計(jì)算［3－4］，并向國(guó)內(nèi)電纜廠家核實(shí)，國(guó)內(nèi)能生產(chǎn)的220kV電纜最大截面為2 500mm2，其空氣中載流量約為2 300A。本工程即使采用最大截面為2 500mm2單根電纜也不滿足輸送容量的要求，因此設(shè)計(jì)考慮采用每相兩根電纜并聯(lián)輸電的方式。

3 220kV高壓電纜同相并聯(lián)輸電方案

3.1 輸電線路部分

同相兩根并聯(lián)電纜每根的載流量與其阻抗（Z＝R＋jX）成反比。對(duì)于同一型號(hào)的電纜，其材料及結(jié)構(gòu)幾乎完全相同，故可以認(rèn)為兩根電纜長(zhǎng)度相等時(shí)，其交流電阻值基本相等，即同相兩根并聯(lián)電纜的阻抗基本不受電阻影響。電纜單位長(zhǎng)度導(dǎo)體的線芯電纜的電感L＝Li＋Le（Li為電纜的自感，對(duì)于同型號(hào)電纜其值基本相同；Le為電纜的互感，它與相分裂電纜之間的排列方式有關(guān)），故電纜電抗X的大小取決于電纜的排列方式，也影響到兩根并聯(lián)電纜每根的載流量。

以截面2 000mm2、型號(hào)YJLW02 127／220的交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜為例，應(yīng)用PSCAD／EMTDC仿真計(jì)算軟件計(jì)算了同相2根并聯(lián)時(shí)的電流分布。計(jì)算時(shí)考慮電纜不同排列方式的影響，圖1為同相2根電纜并聯(lián)排列方案圖。

圖1 同相2根電纜并聯(lián)排列方案圖

同相2根電纜并聯(lián)時(shí)不同排列方案下電纜間的電流分配如表1所示。

表1 同相2根電纜并聯(lián)時(shí)不同排列方案下的載流量A

同相2根電纜間的載流量的分配比例可以用不平衡系數(shù)來(lái)表征，其表達(dá)式為：

同相2根電纜并聯(lián)時(shí)不同排列方案下電纜間的電流分配的不平衡系數(shù)如表2所示。

表2 同相2根電纜并聯(lián)時(shí)不同排列方案的不平衡系數(shù)

由表1和表2可以看出，方案1、2與方案3、4相比，電流分配的不平衡系數(shù)相差很大，同相電纜電流分配極不均勻；同時(shí)，方案1、2使同相電流相位出現(xiàn)細(xì)微偏差。因此，若電纜排列采用方案1和方案2，一方面在正常運(yùn)行時(shí)會(huì)造成電纜的利用率降低，引起不必要的浪費(fèi)；另一方面在事故條件下，電纜載流量較大，可能會(huì)造成其中一根電纜載流量超過(guò)其允許限值，而損傷電纜。采用方案3和方案4時(shí)，同相兩根電纜間的載流量理論上平衡，因此在工程中應(yīng)采用方案3和方案4的電纜排列方式［5］。

在實(shí)際工程中，由于兩根子電纜長(zhǎng)度不可能完全相同，而且電纜接頭由于現(xiàn)場(chǎng)制作，受到人為制作工藝差異的制約，每個(gè)電纜接頭阻抗值也不同，因此兩根子電纜的全線阻抗值將有所不同。

綜合上述因素，在設(shè)計(jì)方案式，需要考慮盡量縮短子電纜長(zhǎng)度差異的敷設(shè)方式，長(zhǎng)度差異可控制在1%～2%，加之電纜接頭阻抗差異，全線阻抗值差異可控制在4%～5%。此外，考慮到在同一遂道放多回電纜，載流量修正系數(shù)為0.95，并考慮0.9的安全系數(shù)。在實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)，采用相分裂輸電方式，計(jì)算子電纜載流量乘以0.85（0.95×0.9＝0.85）的系數(shù)。因此，在該220kV電纜線路工程設(shè)計(jì)時(shí)，單根電纜載流量需滿足0.5×3 260÷0.85＝1 917（A）。經(jīng)核算，子電纜截面采用2 000mm2的銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜，計(jì)算載流量為1 940A，滿足系統(tǒng)接入要求。

3.2 變電一次設(shè)計(jì)

220kV GIS采用同相雙分裂電纜可在連接方式上為加長(zhǎng)分支母線做成2個(gè)電纜終端［6］。220kV GIS出線斷面及接線圖如圖2所示。

3.3 變電二次設(shè)計(jì)

當(dāng)采用相分裂輸電方式的電纜線路時(shí)，對(duì)保護(hù)的影響如下：

1）差動(dòng)保護(hù) 由于區(qū)外故障不會(huì)誤動(dòng)，在區(qū)內(nèi)故障時(shí)靈敏度會(huì)受系統(tǒng)阻抗和線路參數(shù)的影響。

圖2 GIS布置斷面及接線示意圖

2）距離保護(hù) 由于存在一根子電纜故障，另一根子電纜正常的情況，線路兩側(cè)的阻抗計(jì)算方式不能真正反映故障距離，對(duì)保護(hù)整定會(huì)帶來(lái)一定的影響。

3）零序保護(hù) 正反方向故障時(shí)，零序功率方向元件與單回線接線方式下保持一致，對(duì)保護(hù)功能沒(méi)有影響。

當(dāng)采用相分裂電纜時(shí)，對(duì)保護(hù)性能會(huì)產(chǎn)生一定的影響，但不會(huì)影響到保護(hù)功能的正常使用。因此，在線路兩側(cè)分別配置兩套光纖分相電流差動(dòng)保護(hù)，每套主保護(hù)裝置具有三段式相間距離、接地距離及多段式零序電流保護(hù)作為后備保護(hù)。

3.4 通信遠(yuǎn)動(dòng)部分

電纜線路采用相分裂輸電后，對(duì)通信遠(yuǎn)動(dòng)部分沒(méi)有影響。

4 結(jié)語(yǔ)

1）電纜線路采用相分裂輸電方式時(shí)，需注意回路中每相相分裂電纜的空間排列，由于方案1和方案2的每相電纜電流分配極不均勻，方案3和方案4的同相電纜載流量分配更均勻，因此在設(shè)計(jì)施工時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際情況選取方案3和方案4的排列方案。

2）在實(shí)際工程應(yīng)用中，兩根子電纜長(zhǎng)度不可能完全相同，且電纜接頭由于現(xiàn)場(chǎng)制作，受人為制作工藝差異制約，每個(gè)接頭阻抗值也不同，因此兩根子電纜全線阻抗值將有所不同。因此，在設(shè)計(jì)電纜截面選擇時(shí)，宜考慮一定的安全系數(shù)。

3）通過(guò)對(duì)系統(tǒng)接入、變電站內(nèi)設(shè)備對(duì)接、系統(tǒng)保護(hù)、通信遠(yuǎn)動(dòng)、輸電載流量分配各方面的論證，表明220kV電纜線路采用相分裂輸電方式均具有可實(shí)施性，技術(shù)方案可行，能夠滿足系統(tǒng)接入方案的要求。

［1］韓曉鵬，李華春，周作春.同相兩根并聯(lián)大截面交聯(lián)電纜敷設(shè)方式的探討［J］.高電壓技術(shù)，2005，31（11）：66－67.

［2］樊友兵，趙健康，錢(qián)康，等.單芯電力電纜同相多根并聯(lián)運(yùn)行方式分析與優(yōu)化［J］.高電壓技術(shù)，2010，31（10）：2607－2612.

［3］柴進(jìn)愛(ài)，梁永春，李彥明.三相電纜并聯(lián)導(dǎo)體間電流分布的研究［J］.電力設(shè)備，2007，8（9）：16－18.

［4］王育學(xué)，張哲，尹項(xiàng)根，等.平行多回電纜序阻抗參數(shù)的計(jì)算與分析［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2011，35（8）：186－191.

［5］IEC 60287－1－1Electric cables－calculation of the current rating，part 1：current rating equations（100%load factor）and calculation of losses，cection1：seath eddy current loss factors for two circuits in flat formation［S］.Switzerland：International Electrotechnical Commission，2006.

［6］李國(guó)榮，熊濤，張?zhí)鞚?，?GB 50217—2007電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2008.