110 kV及以上高压电缆选择与计算的软件研发

（湖南省水利水电勘测设计研究总院长沙市410007）

110 kV及以上高压电缆选择与计算的软件研发

彭自强 欧阳宁烽

（湖南省水利水电勘测设计研究总院长沙市410007）

针对不同敷设条件、不同工况下高压单芯电缆截面选择计算、护层感应电压计算中出现的工作繁琐、任务量大且容易出错等问题，文章提出了采用面向对象语言来开发一款专用的可视化计算软件并详细介绍了软件计算采用的理论基础和软件实现过程。最后，通过实际的工程计算验证了该软件的快速性和准确性。

高压单芯电缆截面计算护层感应电压计算可视化

引言

由于地形及出线走廊限制等因素，越来越多的水电站和变电站采用高压单芯电缆作为开关站进线回路和出线回路的输电通道，在城市变电站中尤其如此。然而，由于敷设方式不同、长度不同、环境条件不同等诸多因素影响，使其在计算中，过程繁琐、工作量大且容易出错，这给电气设计人员增添了许多工作量，严重影响了工作效率和计算结果的准确度。

针对高压单芯电缆选择与计算中的难题，本文将采用面向对象语言开发一款专门的可视化计算软件，可以快速、准确地进行与高压单芯电缆设计有关的截面选择计算、护层感应电压计算等，有效地提高了设计人员的工作效率和计算准确度。

1 计算理论

1.1 截面选择计算

高压单芯电缆截面的选择主要有按持续允许电流选择法和按经济电流密度选择法两种方法。但由于技术、经济等因素的变化，经济电流密度会随之产生波动，因此本文采取按持续允许电流选择法来选取电缆截面，计算公式为：

式中

Iu——电缆允许载流量（A）；

IG——电缆导体回路持续工作电流（A）；

SG——回路输送容量（kVA）；

UG——回路工作电压（kV）；

Kf——不同敷设条件下的综合校正系数。

电缆截面除应满足持续允许电流外，还应满足短路热稳定和允许电压降要求。

短路热稳定截面计算公式为：

式中

S——短路热稳定要求最小截面（mm2）；

Q——短路热效应（kA2·s）；

C——热稳定系数。

电压降校验公式为：

式中

L——线路长度（km）；

R——电缆单位长度电阻（Ω/km）；

X——电缆单位长度电抗（Ω/km）。

1.2 护层感应电压计算

高压单芯电缆通流时会在其周围产生交变磁场，从而会在电缆金属护层上产生感应电压。感应电压的大小与电缆导体中流过的电流、电缆长度、排列方式、电缆三相间位置等因素有关，其值超过一定值后将影响电缆绝缘，危及人身安全。因而，对高压单芯电缆护层感应电压进行计算并判断其大小是否符合规程规范要求是很有必要的。

正常工况下电缆护层感应电压计算见表1。

表1 正常工况下护层感应电压计算

短路工况下电缆护层感应电压计算见表2。

表2 短路故障下护层感应电压计算

2 软件实现

高压单芯电缆计算软件在Delphi 2010开发环境下开发完成，采用Object Pascal语言进行开发，软件主程序流程如图1所示。

图1 软件主程序流程图

软件可实现以下功能：

（1）根据系统参数，计算特定敷设方式下高压电缆的持续工作载流量，并根据电缆载流量表选取合适电缆截面。

（2）对初选的电缆截面进行短路热稳定校验和压降校验，若不符合要求则提示重新选取电缆截面。

（3）针对不同工作情况（正常工况、短路故障）、不同敷设方式、不同护层接地方式的护层感应电压进行计算。

（4）出具带有详细计算过程的word版计算书。开发的软件界面如图2所示。

3 工程验证

图2 计算软件界面

项目概况：大源渡水电站装设4台30 MW水轮发电机组，采用两机一变高压电缆出线方式，两回高压电缆出线分别输送60 MW容量至110 kV户外开关站。

大源渡水电站110 kV高压电缆计算的相关计算条件如下：

（1）输送功率：P=2×30 MW= 60 MW。

（2）功率因数：cosφ=0.9。

（3）额定电压：U=121 kV。

（4）护层半径：rd=3 cm。

（5）电缆间距：S=30 cm。

（6）电缆长度：L=150 m。

（7）短路电流：id=11.5 kA。

（8）短路电流持续时间：td= 0.06 s。

利用大源渡水电站工程110 kV高压电缆的相关计算成果对软件计算的快速性和准确性进行验证，得到的比较分析结果如表3。

结果表明软件计算准确度达到100%，大大提高了设计人员的工作效率（从手工计算的1～2周提高到只需2～3 min）。

表3 大源渡水电站110kV高压电缆选择计算结果比较分析表

4 结论

针对高压单芯电缆选择与计算过程中出现的工作繁琐、任务量大且容易出错等问题，本文开发了一款专门的可视化计算软件，可以快速帮助设计人员对高压单芯电缆的设计进行准确的计算。实际工程计算验证了软件的快速性和准确性，可以有效地推广到各工程高压单芯电缆的相关设计计算工作中。

[1]水利电力部西北电力设计院.电力工程电气设计手册电气一次部分[M].北京：中国电力出版社，1989.

[2]江日洪.交联聚乙烯电力电缆线路[M].北京：中国电力出版社，1997.

[3]张晓东，陈永进.高压交联聚乙烯电缆线路设计计算[M].北京：中国水利水电出版社,2013.

[4]GB 50217－2007.电力工程电缆设计规范[S].

[5]DL/T 5228－2005.水力发电厂交流110 kV－500 kV电力电缆工程设计规范[S].

[6]DL/T 401－2002.高压电缆选用导则[S].

[7]穆建军.大源渡水电站110 kV高压电缆的选择与敷设[J]高电压技术，2001，27（1）：69－70.

2016－10－07）

彭自强（1988-），男，湖南娄底人，硕士研究生，助理工程师，主要从事水电站及变电站的电气一次设计工作。