电力排管敷设35 kV电缆的优化排列

王贵宁 杜林

摘  要：利用镜像法和叠加法对电力排管敷设的35 kV电缆载流量计算建立了计算模型，根据此模型计算分析了8回电缆在电力排管不同排列形式下的载流量变化，并提出了基于载流量最大化的电力排管推荐排列形式。

关键词：电力排管;35 kV电缆;优化排列

0    引言

城市轨道交通主变电所35 kV出线电缆通道有电缆沟、电力隧道、电力排管3种。综合考虑地下管线、工程投资及施工难度等多种因素，越来越多的主变电所电缆通道采用电力排管，并成为一种趋势。

为使电力排管敷设电缆载流量的计算准确化，排列方式最优化，本文依据JB/T 10181—2014对电力排管敷设电缆载流量的计算建立了相应的计算模型，并根据此模型计算分析了8回电缆在电力排管不同排列方式下的载流量变化，提出了基于载流量最大化的电力排管推荐排列方式。

1    计算模型

1.1    额定载流量计算公式

依据《电缆载流量计算 第11部分：载流量公式（100%负荷因数）和损耗计算 一般规定》（JB/T 10181.11—2014），在不考虑水分迁移的情况下，电缆载流量的计算公式为：

I=        （1）

式中：I为电缆载流量;Δθ为导体温度与环境温度之差;Wd为绝缘介质损耗;T1为导体与金属护套间绝缘层热阻;T2为金属护套与铠装层之间内衬层热阻;T3为电缆外护层热阻;T4为电缆外部热阻;R为电缆导体的交流电阻;n为电缆的芯数;λ1为金属护套损耗相对于导体损耗的总比例;λ2为铠装层损耗相对于导体损耗的总比例。

1.2    外部热阻计算

电缆在电力排管中敷设时外部热阻由电缆表面与电力排管内表面之间的空气热阻T4′、电力排管本体的热阻T4″、电力排管周围介质的热阻T4′ ″组成。

多根电缆在电力排管中敷设，计算任意一根电缆载流量时，需要考虑除该电缆以外的其他所有电缆对其的影响。外部热阻采用叠加法计算，假定穿管的电缆数量为q，计算第p根电缆的载流量时，应计及其他q-1根电缆的损耗发热对其的影响。

Δθp=Δθpp+Δθkp      （2）

式中：Δθpp为第p根电缆本体发热产生的温升;Δθkp为其他q-1根电缆对第p根电缆产生的温升（k≠p）。

根据热力学原理，Δθkp由镜像法求出，第p根电缆的镜像法求解如图1所示。

Δθpp=Wplnu+

Δθ1p=Wln

Δθkp=Wln

Δθpq=Wqln      （3）

式中：Δθkp為第k根电缆单位长度的散热量对第p根电缆所引起的表面温升;Wk为第k根电缆单位长度的散热功率;dpq为第p根电缆的中心至第k根电缆中心的距离;dpq′为第p根电缆的中心至第k根电缆在大地-空气的镜像中心的距离。

对于结构相同、负荷相同的多根电缆穿群管敷设，所有电缆在此工况下散热功率相同，则第p根电缆排管的温升为：

排管外部热阻为：

2    排列方式对电缆载流量的影响

主变电所通常为两线或三线共享使用，其中两线共享主变电所居多。本文以两线共享主所为例进行分析，环网采用大分区方案，则35 kV出线电缆回路数为8回，共24根WDZA-

YJY-26/35 kV 1×400 mm2电缆，分别选用6×4、4×6、3×8共3种电力排管排列形式进行电缆载流量计算，电缆采用三角形布置方式。电力排管排列形式如图2所示。

电缆金属屏蔽层及铠装层采用双端接地方式。电力排管采用内径100 mm PVC管、管间净距50 mm、埋深500 mm，土壤温度20 ℃，土壤及混凝土热阻系数1.0 K·m/W。根据建立的计算模型，上述三种方案中各回路电缆载流量计算结果如表1所示。

根据对表1计算结果的分析，方案三各回路电缆载流量最大，主要原因在于该方案电缆布置层数少，电缆距离地表近，因此散热条件好，且电缆布置相对稀疏，电缆间的热作用影响弱。方案二较方案三电缆载流量平均下降约5.5%，主要原因在于部分电缆回路埋设深度较深，与方案三相比电缆散热条件稍差，且电缆布置稍密集，相互间热作用影响较强，导致载流量降低。方案一较方案三电缆载流量平均下降约10%，主要原因在于部分回路埋深大，电缆布置密集，相互间热作用影响大，导致电缆载流量降低幅度偏大。

通过上述分析可知，当8回电缆敷设于电力排管中时，从载流量最大化的角度考虑，在电缆通道宽度允许的条件下电力排管排列形式采用方案三是最优的;在电缆通道土建条件较为紧张的条件下可采用方案二;方案一的电缆载流量降低幅度较大，一般情况下不建议采用。

3    结论

（1）本文利用镜像法和叠加法建立了35 kV单芯电缆在电力排管中敷设时载流量的理论计算模型，并根据此模型计算分析了8回电缆在排管不同排列形式下的载流量变化，提出了基于电缆载流量最大化考虑的电力排管推荐排列形式。

（2）当8回电缆敷设于电力排管中时，从载流量最优化角度考虑，建议电力排管排列形式采用方案三，电缆通道较为紧张的条件下可采用方案二。

（3）同一排列形式中，上层电力排管内电缆载流量最大，两侧电力排管内电缆载流量次之，下层电力排管中间管内电缆载流量最低。建议在工程实施中，负荷电流较大的回路敷设于上层电力排管，负荷电流较小的回路敷设于两侧电力排管，不发热的导体或线缆敷设于下层电力排管中间管。

[参考文献]

[1] 电缆载流量计算 第11部分：载流量公式（100%负荷因数）和损耗计算 一般规定：JB/T 10181.11—2014[S].

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21—2014[S].

[3] 梁永春.高压电力电缆载流量数值计算[M].北京：国防工业出版社，2012.

[4] 高升宇，顾自强，王震，等.XLPE电缆排管敷设时稳定载流量的理论计算[J].电力设备，2007，8（9）：6-11.

[5] 李攀峰，李春筱，冯炳.排管敷设电缆的载流量计算与优化排列[J].浙江电力，2015（12）：19-23.

收稿日期：2020-06-22

作者简介：王贵宁（1987—），男，甘肃庆阳人，城市轨道交通电气工程师，研究方向：城市轨道交通电气化。

杜林（1983—），男，四川遂宁人，高级工程师，研究方向：城市轨道交通电气化。