220 kV户内变电站35 kV电缆敷设与电缆沟设置方案的分析

吕 奕,肖登明,何 仲

(1.上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海 200240;2.上海电力设计院有限公司,上海 200025)

0 引言

在上海电网中,35 kV是区域配电网重要的电源,主要自 220 kV变电站主变三次侧输出。在上海220 kV城市变电站的典型设计方案中,站中35 kV电压等级的出线数量普遍高达30仓,考虑到拼仓出线情况,加之站内的无功补偿、站用变等内部电缆连线,电缆数量将大于50根,全都汇聚于配电装置室。典型设计采用增设电缆层的方式来满足电缆敷设要求。相对于电缆层的宽敞与灵活,电缆沟拥有的空间极其有限。但是,只要统筹安排和合理规划,电缆沟同样能满足相关的电缆敷设及运行要求。本文以35 kV常规截面电缆为对象,以上海220 kV城市户内变电站B-1典型方案为切入点,对以电缆沟替代电缆层的设计方案进行分析与探索。

1 电缆层与电缆沟敷设电缆设计比较

设置电缆层为站内数量庞大的35 kV电缆的敷设、施工、运行及检修提供了便利,也为站外电缆进入站内作位置调整,创造了可能。然而,随着变电站设计精细化的不断提高,尤其是国家电网公司对“两型一化”要求的实施和对国家资源节约型发展模式的贯彻,电缆层经济性不佳的劣势日益明显。相比电缆沟而言,设置电缆层不仅仅只是单纯建筑面积与土方量的增长,还必须同时配套照明、给排水、通风与消防等其它设施。

根据国家电网公司对智能变电站的设计要求,电缆层中还需要增加技防、遥视等环节。因此,设置电缆层的方案,不仅增加了输变电项目的投资,而且给今后变电站的运行与维护增添了许多环节。相比之下,采用电缆沟敷设的方案,具有建筑物结构简单、技防等附加配套设施少、工程投资低、经济性较高等优点。同时,站内电气布置有序,运行巡视集中,提高了运营效率。不过,由于受空间的限制,电缆沟设计对平面布置与电缆敷设近远期规划提出了较高要求。

2 户内电缆走向设计及电缆沟布置

2.1 站内不同电压等级电缆走向的规划

上海地区220 kV城市变电站的常规站内有二至三种电压等级(220/35 kV,220/110/10 kV, 220/110/35 kV)。设计站区总平面时尽量将不同电压等级规划于不同区域,彼此避免交叉。这样考虑的依据在于电气上的划分与实际设备的隔离,使变电站布置条理清晰,同时对运行人员的巡查和检修带来便利。

更为重要的是,分区式的布置将不同电压等级的电缆分开,在任何极端情况下都能使它们对彼此的影响降到最低,给变电站的可靠运行提供安全保障。因此,站内电缆沟的设置与电缆走向设计,同全站的布置紧密联系在一起。同时,还必须考虑站外道路的排管情况,尽可能地减少不同电压等级电缆的交叉跨越。

2.2 电缆敷设的要求与设计前提

在敷设35 kV电缆时,单芯电缆要求转弯半径不小于20倍外径,3芯电缆转弯半径D不小于 15倍外径[3],其电缆剖面示意图如图 1所示。

图13 芯电缆示意图

目前,上海地区电缆敷设工程较多地使用400 mm2截面3芯电缆。在本文论述中,电缆外径统一按125 mm考虑。根据规程要求,电缆转弯半径(15D)大于或等于1.88 m。电缆外包层剥离后,内单芯电缆外径d不大于50 mm,转弯半径(20d)小于或等于1m。

在上海220 kV城市变电站中,通常使用小型开关柜作为35 kV配电装置。由于35 kV电缆出线规模较大,设备间隔众多而且体型较小,因此35 kV配电装置室内的电缆沟设计便成为难点。与电缆层相比,电缆沟的容量是非常有限的,在设计初期就必须规划每一条电缆的具体走向,甚至需要考虑后期工程的扩建需要。当然,也可以在设计初期就根据工程要求制定敷设电缆要求,这需要各供电公司的规划配合,并且做好沟通工作,以免出现有仓位无走廊的尴尬局面。

2.3 户内35 kV电缆沟设计与电缆布置

35 kV开关柜周边的电缆沟,需要解决电缆转向、三相剥离与设备内电缆连接固定的问题,主要是需要考虑电缆沟空间是否满足电缆的转弯半径。假设35 kV配电装置室内开关柜采用每间隔宽度为1.2m的小型国产设备,两排柜的操作面,面对面放置。一次电缆接口位于开关柜后下侧,在开关柜的下方与外侧均安排电缆沟。对于主变间隔、母线避雷器间隔、分段开关与分段引线间隔,由于没有电缆引出,因此柜体下方可不考虑架空。而其余柜型,柜后支点处可采用通长工字钢固定,如图2所示。这样,不但扩大了空间,也满足了设备的安装要求。

图2 电缆沟设置与开关柜固定

2.4 电缆敷设方式

为了减少空间需求,要求电缆在转向进入开关柜前,即由3芯电缆转拆为单芯,如图3所示。这样,不但缩短了电缆在电缆沟方向上的弯曲长度,同时也降低了开关柜下的电缆弯曲高度。为保护穿越电缆沟处的单芯段,在连接完电缆后,可用塑胶带包扎,以增强电缆外包强度。

图33 芯电缆转单芯后连接开关柜

设计电缆走向时,将不同母线的出线电缆布置于不同电缆沟,因此开关柜后的电缆沟需具备8根电缆的敷设空间。为满足一定的安装、换位需要,并且需要留有余度,电缆沟容量按10根电缆设计。每层支架水平放置2根电缆,若需进入开关柜,电缆由外道转入内道,如图4所示。根据电缆沟设计规程与电缆转弯半径要求,电缆沟设计为宽1.6 m,深1.8m;开关柜下方电缆沟要求宽1.2 m,深1.8 m。

图4 转单芯后电缆入柜前的轨迹

3 出线电缆沟在B-1典型站的应用

作为上海220 kV变电站典型设计的B-1实施方案,35 kV配电装置室位于主变及开关控制楼一层,为了使35 kV配电装置室内有足够的空间布置电缆沟,将原布置于地面一层的2间蓄电池室移至二层占用原靠近监控室的备品室。

由于电气设备运输的需要,35 kV配电装置室的地坪要高于主变室地坪0.9m。主变低压侧通过母排与母线桥箱与配电装置连接,分段开关与分段引线采用空中架设母线桥箱方式,不考虑电缆敷设。

站内电缆,如电容器电缆、站用变电缆先引至主变室内电缆沟内,再与接地变电缆同沟敷设。在主变室电缆沟内一起敷设的还有主变室、站变室与接地变室内的动力电缆与控制电缆。电缆沟设计为宽1.6m,深1.8m。

35 kV至站外的出线设置专用电缆沟,按母线独立设置出口,如图5所示。

图5 开关控制楼电缆沟总布置图

3.135 kV出线电缆沟及电缆敷设设计

35 kV开关柜,柜宽为1.2 m,35 kV至站外馈线设置专用电缆沟,电缆单边敷设,设计数量为10根。用电缆沟将开关柜按母线隔开,考虑到电缆弯曲半径及柜体的基础强度,母线两侧布置无电缆出线的柜型,如图6所示。

图635 kV配电装置室电缆沟布置图

电缆出线整体走向的设计需要与规划相结合,如图7所示。

电缆随户内电缆沟敷设至室外后,需根据站外排管情况调整位置。对于本期无法确定出线方向的变电站,对线路新仓的使用需遵循由内而外的原则。

图735 kV出线电缆敷设图

3.235 kV电容器及站用变电缆敷设设计

电容器分两层布置,地面一层布置第1号,第3号,第5号电容器组;地面二层布置第2号,第4号,第6号电容器组。35 kV电容器出线柜布置在远离出线电缆沟的母线端,其一次电缆从35 kV配电装置室转到主变室电缆沟后敷设至对应电容器室,如图8所示。地面二层的电缆沿一层电容器室内墙敷设至二楼。

图8 电缆出开关柜后采用埋管直穿配电室

如图8所示,站用变室布置于35 kV配电装置室旁,与电容器室电缆同样考虑,其一次电缆从站变开关柜引出后,采用埋管直接穿入主变室电缆沟,再敷设至对应站用变室。在排布开关柜间隔时,尽量将电容器柜间隔与站用变柜间隔布置在与出线方向反向的母线端头,以避免占用出线电缆敷设空间。

由于配电装置室与主变室地坪存在落差,图9示意了当站用变室电缆或电容器室电缆进入主变室后的位置调整。

图9 电缆跨室敷设断面图

3.335 kV接地变电缆敷设设计

接地变室与主变室平行布置,由于本站接地变接于主变低压侧,因此接地变一次电缆无须进入配电装置室,而直接从主变室墙面35 kV母排引入电缆沟后敷设至相应房间。同沟敷设的还有电容器电缆与站用变电缆及相关二次电缆。根据一、二次电缆数量,电缆沟设计尺寸为宽1.6m,深1.8m。

3.4 其他相关设计

在考虑35 kV电力电缆敷设的同时,需要同时兼顾控制电缆、动力电缆及通信线网线的布线位置。在35 kV配电装置内的电缆沟中,没有多余的空间可供其它电缆和电线穿梭,因此选择将二次电缆桥架安装于设备上方。桥架沿设备安装,再延伸至电缆竖井,供电缆敷设至二层继电器室。站用变、主变与接地变室内的各类低压电缆与电力电缆同沟布置,敷设至电缆竖井处进入竖井。

在原B-1实施方案中,主变及开关控制楼与GIS配电装置楼之间由电缆沟沟通,沟内敷设220 kV与110 kV的一次与二次电缆。由于本案试图在主变及开关控制楼中采用户内电缆沟形式,220 kV与110 kV的一次主变电缆沟位置不变,将原两栋楼间的二次电缆沟从散热器下方位置移到控制楼侧面进楼,经过电容器室通至电缆竖井。电容器室内的二次电缆亦可借用此通道进入二层继电器室。

4 结论

与站内总平面及出线方向相结合后,电缆沟经如上规划,即可满足众多回路的不同期敷设及检修需要,使220 kV户内站采用35 kV小型化配电装置而且电缆出线众多时采用户内电缆沟敷设取代原有设置电缆层敷设的设计成为可能,可以减少工程投资,更好地贯彻国网“两型一化”要求,同时减少运营成本,降低维护要求,增加设计精度,向国家资源节约型发展迈进。