220kV高压单芯电缆同相并联输电方案分析

吴 昊，詹宗东，游世良

（四川电力设计咨询有限责任公司，成都 610016）

目前国内电缆厂家能够生产并通过鉴定的220kV电缆最大截面为2 500mm2，若工程上需要用到更大截面的电缆则需向国外进口，或采用并联电缆。电缆线路采用同相并联输电成为一种全新的输电方式，可最大限度地满足负荷增长和调度灵活性的要求。

本文通过对成都地区某在建220kV双回电缆线路工程设计的介绍，探讨220kV高压电缆线路采用电缆线路相分裂输电方式的方案，希望能够对国内类似工程的设计提供借鉴。

1 主要问题

在10～35kV配电网领域，采用同相并联输电方式较为普遍［1－2］。但在高压输电领域，尤其是在220kV及以上的输电线路工程中，在国内还未见相关工程实际应用的报道。高压电缆输电线路采用同相并联输电，在以下三方面存在问题。

1）电缆生产及施工工艺 并联排列的两根子电缆由于存在路径长度差异，接头工艺差异，电缆制造时本身的微小差异等，当这些不可控因素叠加时，相分裂电缆的电流分配可能会存在较大的差异，造成两根子电缆绝缘老化程度不同，导致使用寿命差异化。

2）电缆线路设计 由于电缆间存在邻近效应，同相2根并联电缆的阻抗不能完全匹配，阻抗的差异会引起电流分配的不一致。

3）变电站设计 目前国内主流GIS厂商均采用单相单电缆与GIS设备相连接，若采用同相双分裂电缆输电方式，对于GIS设备则可能要求调整。

2 工程概况

某新建220kV双回线路工程全长约20km，由于部分线路路径位于成都市区，规划要求市区线路采用电力电缆，电缆线路长度约为6.3km。根据系统要求，架空线路导线型号为：4×JL／G1A－400／35，电缆载流量需满足不小于输送电流3 260A。经电缆载流量计算［3－4］，并向国内电缆厂家核实，国内能生产的220kV电缆最大截面为2 500mm2，其空气中载流量约为2 300A。本工程即使采用最大截面为2 500mm2单根电缆也不满足输送容量的要求，因此设计考虑采用每相两根电缆并联输电的方式。

3 220kV高压电缆同相并联输电方案

3.1 输电线路部分

同相两根并联电缆每根的载流量与其阻抗（Z＝R＋jX）成反比。对于同一型号的电缆，其材料及结构几乎完全相同，故可以认为两根电缆长度相等时，其交流电阻值基本相等，即同相两根并联电缆的阻抗基本不受电阻影响。电缆单位长度导体的线芯电缆的电感L＝Li＋Le（Li为电缆的自感，对于同型号电缆其值基本相同；Le为电缆的互感，它与相分裂电缆之间的排列方式有关），故电缆电抗X的大小取决于电缆的排列方式，也影响到两根并联电缆每根的载流量。

以截面2 000mm2、型号YJLW02 127／220的交联聚乙烯绝缘电力电缆为例，应用PSCAD／EMTDC仿真计算软件计算了同相2根并联时的电流分布。计算时考虑电缆不同排列方式的影响，图1为同相2根电缆并联排列方案图。

图1 同相2根电缆并联排列方案图

同相2根电缆并联时不同排列方案下电缆间的电流分配如表1所示。

表1 同相2根电缆并联时不同排列方案下的载流量A

同相2根电缆间的载流量的分配比例可以用不平衡系数来表征，其表达式为：

同相2根电缆并联时不同排列方案下电缆间的电流分配的不平衡系数如表2所示。

表2 同相2根电缆并联时不同排列方案的不平衡系数

由表1和表2可以看出，方案1、2与方案3、4相比，电流分配的不平衡系数相差很大，同相电缆电流分配极不均匀；同时，方案1、2使同相电流相位出现细微偏差。因此，若电缆排列采用方案1和方案2，一方面在正常运行时会造成电缆的利用率降低，引起不必要的浪费；另一方面在事故条件下，电缆载流量较大，可能会造成其中一根电缆载流量超过其允许限值，而损伤电缆。采用方案3和方案4时，同相两根电缆间的载流量理论上平衡，因此在工程中应采用方案3和方案4的电缆排列方式［5］。

在实际工程中，由于两根子电缆长度不可能完全相同，而且电缆接头由于现场制作，受到人为制作工艺差异的制约，每个电缆接头阻抗值也不同，因此两根子电缆的全线阻抗值将有所不同。

综合上述因素，在设计方案式，需要考虑尽量缩短子电缆长度差异的敷设方式，长度差异可控制在1%～2%，加之电缆接头阻抗差异，全线阻抗值差异可控制在4%～5%。此外，考虑到在同一遂道放多回电缆，载流量修正系数为0.95，并考虑0.9的安全系数。在实际工程应用时，采用相分裂输电方式，计算子电缆载流量乘以0.85（0.95×0.9＝0.85）的系数。因此，在该220kV电缆线路工程设计时，单根电缆载流量需满足0.5×3 260÷0.85＝1 917（A）。经核算，子电缆截面采用2 000mm2的铜芯交联聚乙烯绝缘电缆，计算载流量为1 940A，满足系统接入要求。

3.2 变电一次设计

220kV GIS采用同相双分裂电缆可在连接方式上为加长分支母线做成2个电缆终端［6］。220kV GIS出线断面及接线图如图2所示。

3.3 变电二次设计

当采用相分裂输电方式的电缆线路时，对保护的影响如下：

1）差动保护 由于区外故障不会误动，在区内故障时灵敏度会受系统阻抗和线路参数的影响。

图2 GIS布置断面及接线示意图

2）距离保护 由于存在一根子电缆故障，另一根子电缆正常的情况，线路两侧的阻抗计算方式不能真正反映故障距离，对保护整定会带来一定的影响。

3）零序保护 正反方向故障时，零序功率方向元件与单回线接线方式下保持一致，对保护功能没有影响。

当采用相分裂电缆时，对保护性能会产生一定的影响，但不会影响到保护功能的正常使用。因此，在线路两侧分别配置两套光纤分相电流差动保护，每套主保护装置具有三段式相间距离、接地距离及多段式零序电流保护作为后备保护。

3.4 通信远动部分

电缆线路采用相分裂输电后，对通信远动部分没有影响。

4 结语

1）电缆线路采用相分裂输电方式时，需注意回路中每相相分裂电缆的空间排列，由于方案1和方案2的每相电缆电流分配极不均匀，方案3和方案4的同相电缆载流量分配更均匀，因此在设计施工时，可以根据实际情况选取方案3和方案4的排列方案。

2）在实际工程应用中，两根子电缆长度不可能完全相同，且电缆接头由于现场制作，受人为制作工艺差异制约，每个接头阻抗值也不同，因此两根子电缆全线阻抗值将有所不同。因此，在设计电缆截面选择时，宜考虑一定的安全系数。

3）通过对系统接入、变电站内设备对接、系统保护、通信远动、输电载流量分配各方面的论证，表明220kV电缆线路采用相分裂输电方式均具有可实施性，技术方案可行，能够满足系统接入方案的要求。

［1］韩晓鹏，李华春，周作春.同相两根并联大截面交联电缆敷设方式的探讨［J］.高电压技术，2005，31（11）：66－67.

［2］樊友兵，赵健康，钱康，等.单芯电力电缆同相多根并联运行方式分析与优化［J］.高电压技术，2010，31（10）：2607－2612.

［3］柴进爱，梁永春，李彦明.三相电缆并联导体间电流分布的研究［J］.电力设备，2007，8（9）：16－18.

［4］王育学，张哲，尹项根，等.平行多回电缆序阻抗参数的计算与分析［J］.电网技术，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］李国荣，熊涛，张天泽，等.GB 50217—2007电力工程电缆设计规范［S］.北京：中国计划出版社，2008.