智能变电站线缆敷设设计优化

况骄庭，徐建国，陈晴，吴亮

(浙江省电力设计院，杭州市，310012)

0 引言

与传统变电站相比，智能变电站电缆用量大为减少，光缆用量逐渐增多，给变电站电缆、光缆(统称线缆)敷设工程提出了新要求［1-5］。本文从变电站线缆敷设设计的角度，按照“两型一化”变电站设计要求和全寿命周期理念，研究新技术、新工艺、新材料在变电站线缆敷设工程中的应用，全面提高变电站工程质量。

1 工程优化的重点问题

1.1 优化敷设路径的布局

(1)开关场电缆敷设路径：对于空气绝缘开关装置(air insulated switchgear，AIS)配电装置，纵向采用相邻两间隔共用1条电缆通道的形式，横向应尽可能只设置1条通道，并且电缆通道尽量靠近断路器后方布置，便于断路器的操作和运行维护；对于气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear，GIS)配电装置，纵向可以直接通过设备本体走线槽或底座夹层走线，横向可以仅沿汇控柜平行布置1条电缆通道。合理规划二次设备室的布局，尽量避免布置在开关场的端部。

(2)二次设备室电缆敷设路径：在二次设备室位于建筑第1层时，采用电缆沟作为屏柜电缆的进出通道，当光缆或网线较多时可以设置柜顶桥架；在二次设备室位于建筑的第2层及以上时，采用架空活动地板层作为电缆通道，必要时可以在活动地板层设置电缆小支架或吊架，以便于线缆路径的规划和绑扎。

主控室或主机房若设置于建筑的第2层，则与其他二次小室之间的电缆敷设通道可以采用竖井或桥架；若电缆光缆较少且高度未超过5 m，则建议采用桥架或简易竖井，以减少工程量、便于施工安装。

1.2 合理选择敷设方式

根据文献［1］规定，电缆敷设方式有直埋、穿管、电缆沟或隧道敷设、槽盒或桥架敷设等多种方式。

电缆沟或隧道敷设方式是目前应用广泛的电缆敷设方式，这2种方式便于电缆的敷设安装、维护和检修，但工程建设周期长、土方量大，工程质量对设计以及施工工艺依赖度高。对于变电站工程而言，较适合作为永久性建筑，如就地继电保护小室之间、继电保护小室与主控通信楼之间的电缆通道。

电缆槽盒或桥架敷设方式体积小巧、布置灵活、施工周期短、产品外形美观，比较适合电缆数量较少、工艺要求较高的智能变电站建设，金属材料槽盒或桥架还有机械强度高、电磁屏蔽效果好等优点。户外可以用地面电缆槽盒替代常规电缆沟，采用依附于设备本体的走线槽盒替代埋管；户内可以采用地面桥架或架空桥架。

直埋或穿管敷设方式实施简单、工程造价低，但电缆的维护和检修均不方便，不适用于大量电缆敷设的场合。直埋敷设方式防火隔离效果好，适用于站用变高压或低压出口的电缆敷设；穿管敷设则适用于设备本体与电缆主通道之间或电缆沟穿道路等场合的电缆敷设［6-10］。

1.3 优化电缆沟的设计

在变电站电缆沟常规设计中，容易出现细节表达不够详尽、未能结合施工工艺加以考虑的问题，导致工程质量不高，给电缆敷设以及运行造成严重的不良影响。此问题可以通过开展工艺设计得到解决，具体措施如下：

(1)电缆沟以及盖板的设计实行标准化，减少规格种类；电缆沟长度应设计为盖板宽度的整数倍，避免切割盖板。

(2)电缆沟交叉和转弯处统一采用直角正交式，避免出现异形盖板。交叉和转弯处上部设置钢筋混凝土过梁，下部设倒角。

(3)室外电缆沟底部设排水小沟，纵向由高向低找坡，最低点设置雨水口，接入附近雨水井。

1.4 合理选择电缆支架与安装方式

电缆支架按原材料的不同可分为金属支架、复合材料支架、陶瓷支架等几种，对于变电站工程，电缆支架的选用一般需考虑以下几个问题：机械特性、电气性能、化学性能、工程投资、工艺要求。

钢制电缆支架机械强度好、工艺简单，但耐腐蚀性能弱，往往需要进行镀锌、刷漆等防腐处理，维护要求高，产品质量外观较差，工程造价一般。这种支架适用于环境条件好、防腐要求和工艺外观要求不高的场合。

热固性、阻燃型复合材料电缆支架技术先进、外表光洁，机械比强度和比模量大、耐腐蚀、绝缘性能优良、全寿命周期综合效益高，特别适用于污秽地区、腐蚀性环境场所以及工艺外观要求较高的场合，其良好的工艺外观以及安装便利性为工程质量提供了保证。

陶瓷材料电缆支架机械强度、环境耐候性、电气绝缘性能均较高，但自重较大、造价较高、安装运输不便，不适合大量应用于电缆敷设工程，仅在要求非常特殊的条件下应用。

1.5 优化电缆沟内防火分隔

为满足电力电缆、控制电缆、双重化继电保护回路电缆隔离敷设的要求，目前普遍采取的方法是在双侧敷设电缆的电缆沟内安装水平防火隔板或垂直防火隔板。在实际施工过程中，防火隔板往往整张运送到变电站现场，施工人员根据现场实际情况进行切割，边缘毛糙，并且采用铁丝绑扎固定，安装松散，不方便拆卸。

优化的方法有2种：(1)选用与电缆沟内支架相配套的防火隔板产品，如抽屉式防火隔板；(2)结合电缆敷设方式，采用一体化设计带防火分隔的组合式电缆槽盒。对于AIS智能变电站工程通常采用第1种方法；对于GIS智能变电站工程，通常采用桥架或槽盒作为电缆通道，既给予线缆更好的保护又便于防火分隔。

2 500 kV吴宁变电站实例分析

2.1 项目介绍

500 kV吴宁变电站是2011年国网基建新技术研究科技项目“智能变电站电缆工程优化设计及应用研究”的依托工程，具有以下特点：

(1)敷设通道设置合理、路径短、工程量小。500 kV HGIS配电装置场地每串设置1条电缆通道，布置于边相主设备与汇控柜之间，HGIS相间场地干净开阔，有利于运行和检修。

220 kV AIS配电装置场地每2个间隔合用1条电缆通道，相邻间隔的断路器端子箱镜像布置。设备线缆采用埋管结合转接井的形式敷设，不设电缆支沟。与常规设计相比，500 kV吴宁变电站共节约电缆通道765 m。

(2)开关场应用基于防火分隔设计的组合型浅埋式地面电缆槽盒。500 kV吴宁变电站在开关场结合设备基础，尤其是HGIS大筏板基础设计，采用基于防火分隔设计的浅埋式地面电缆槽盒。考虑到变电站站址位于东部沿海地区，户外设施防腐要求较高，因此采用铝合金制地面电缆槽盒，如图1所示，该地面电缆槽盒在设计时还考虑了防火分隔、通风散热以及排水等问题，产品工厂化制造、模块化组合安装。

(3)主通道采用隐藏式电缆沟并配置沉降监测。500 kV吴宁变电站大量控制电缆被通信光缆替代，电缆主通道截面减小。为了进一步提高变电站的观感，将小型化的沟道设置于碎石地坪以下，即隐藏式电缆沟，如图2所示。为了便于检修维护，在隐藏式电缆沟沿线以及转弯处上方设置通道标识，同时还在沟内设置沉降传感器。

图1 浅埋式地面电缆槽盒的安装Fig.1 Installation of shallow ground cable tray

图2 隐藏式电缆沟敷设Fig.2 Cable laying in concealed channel

(4)采用新型纤维增强复合材料(FRP)电缆支架。500 kV吴宁变电站户外设施防腐要求较高，从工程全寿命周期考虑，在电缆沟内选择新型FRP电缆支架，并采用一体式产品外加膨胀螺栓安装，既降低了施工难度，又免除防腐处理以及后期维护，而且FRP优良的绝缘特性使得支架本身不必接地，光洁平顺的外表面不仅提高了拖放电缆的安全性，还提高了工程观感。

(5)采用模块化的抽屉式防火隔板。为了确保电缆安全运行，500 kV吴宁变电站针对需要防火分隔的场合设计了抽屉式防火隔板及电缆支架系统，包括带导轨凹槽的电缆支架、L形抽屉式防火隔板、滚动或滑动机构等，该系统解决了电缆沟内防火隔板切割、安装以及扩建拆卸等问题。

(6)户内电缆敷设采用“电缆走底，光缆走顶”的方式。500 kV吴宁变电站继电保护室内线缆主要为光纤或网线，但光缆和双绞线都不具备可塑性。为了敷设整齐，采用了从上往下垂直敷设的方式。因此，500 kV吴宁变电站户内线缆敷设采用“电缆走底，光缆走顶”的方式，即光缆采用柜顶桥架方式敷设，电缆采用电缆沟支架敷设；在主控室以及主机房，由于存在抗静电活动地板，采用了结合屏柜底部预埋槽钢做小型电缆吊架的方式，如图3所示。

图3 活动地板下电缆敷设Fig.3 Cable laying under movable floor

(7)开展标准化工艺设计。为增强对电缆沟施工关键节点和整体观感的细节控制，500 kV吴宁变电站线缆敷设及相关设计进行了精益化和标准化处理：

1)电缆沟采用浙江省电力公司变电工程标准化工艺设计并结合钢模板施工，确保了电缆沟的工程质量。

2)细化电缆沟转弯以及十字交叉处的电缆敷设设计，增加独立安装的一体式支架，防止电缆下垂、线缆分层交叉。

3)HGIS电缆走线槽盒与本体一体化设计，一体化安装。

2.2 技术经济性

按远期规模，500 kV吴宁变电站电缆通道常规设计需800 mm×550 mm电缆沟约400 m，1 100 mm×850 mm电缆沟约1 000 m，400 mm× 300 mm电缆沟约500 m。优化设计后使用900 mm× 580 mm隐藏式电缆沟约680 m，800 mm×180 mm浅埋式地面电缆槽盒约440 m，600 mm×180 mm浅埋式地面电缆槽盒约15 m，共节约电缆通道765 m，节约土方量约1 250 m3。500 kV吴宁变电缆工程优化设计后，全寿命周期内费用节省182.3万元。

3 结论

(1)优化线缆敷设路径布局是智能变电站电缆、光缆敷设工程优化的基础。通过设计优化，500 kV吴宁变电缆通道由常规设计的1 900 m减少为1 135 m，经济效益显著。

(2)合理选择线缆敷设方式是智能变电站电缆、光缆敷设工程优化的核心。在实际工程中，需要根据工程技术和环境条件，按照满足运行可靠、便于维护的要求和技术经济合理的原则选用最佳敷设方式。

(3)智能变电站较多采用光缆，可选择槽盒敷设方式以节省工程量。浅埋式地面电缆槽盒可以节省土方、施工便利，显著缩短建设周期。通过合理配置伸缩节，还能有效解决地基沉降对电缆通道产生的破坏。

(4)FRP电缆支架技术先进、全寿命周期综合效益高，建议在重污秽地区变电站优先选用。

(5)对于需要在电缆沟内进行防火分隔的敷设场合，采用抽屉式防火隔板及电缆支架系统能够较好地解决电缆沟内防火隔板切割、安装以及扩建拆卸等问题。

(6)智能变电站户内电缆敷设采用“电缆走底，光缆走顶”方式，活动地板层设计小型电缆支架或吊架，减小了地下电缆通道的工程量，光纤敷设整齐美观。

(7)对于工程质量外观要求较高的智能变电站工程，户外主电缆沟可以采用隐藏式电缆沟设计并配置沉降监测。

［1］GB 50217—2007电力工程电缆设计规范［S］.北京：中国计划出版社，2008.

［2］浙江省电力公司基建部.变电工程标准化工艺设计［M］.北京：中国电力出版社，2010.

［3］GB 50229—2006火力发电厂与变电站设计防火规范［S］.北京：中国计划出版社，2008.

［4］CECS 106—2000铝合金电缆桥架技术规程［S］.

［5］张树华，顾钧扬.复合材料电缆支架［J］.广东电力，2001，14(6)： 33-36.

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