0  前言

首条220kV超高压、大长度交联电缆线路工程属南京220kV大行宫输变电工程配套。列为华东江苏500kV输变电工程世行贷款项目。本工程设计在推广、采用及引进了国外“新技术、新工艺、新设备、新材料”。近期顺利通过了省电力公司组织的对本工程的达标投产复检并正式移交生产运行。项目的及时建成缓解了南京地区供电紧张的矛盾，为顺利地完成迎峰渡夏发挥了决定性作用。

 

1  工程概况

1.1  本工程为南京城网输电工程的一个重要组成部分。为实施南京地区的220kV内环网及改善内环网的严重薄弱环节，而紧急立项筹建。

1.2  220kV大行宫变电站主变容量：本期2台×180MVA，远景3台×180MVA。

电气主接线：线路—变压器组接线。

电源点：南京220kV钟山变电站

电源进线方式：全线采用220kV超高压交联电缆输电。

1.3  设计单位：南京供电公司电力设计研究院（电缆部分）。

1.4  工程周期：自1999年11月22日开工，2001年7月5日顺利投运，正式移交生产。

 

2  工程规模

2.1  电缆长度：1#线单根全长7.435km，2#线单根全长：7.422km。双回路电缆订货总长：44.571 km。

2.2  主要技术经济指标：见表1

                               表1：经济指标

项   目

土建工程

电气工程

其它费用

总 造 价

单位造价

竣工决算（万元）

1708.17

4725.23

3395.99

9833.35

1328.83（万元/km）

 

3  路径综合优化选线

220kV电缆路径沿线要求相对较高，沿线道路要求相对定型、稳定，符合城市规划。且220kV电缆工程单位造价较高，在路径选择上更需要慎重。本工程设地对各路径方案进行了精心的技术经济比较和综合优化选线，最后确定了钟山变电站～石门坎路～御道街～瑞金路～常府街～长白街～大行宫变电站的路径方案。该方案虽然局部段存在障碍，但全线大局稳定，关健能满足工期要求，且相比于其它方案在工程造价上节约了不下1000万元以上，将国家有关规范、规程、技术标准和江苏省及南京市地方有关法规、政策较好地结合起来。

表2：路径方案综合论证比较

方案

估算总投资（亿元）

路径障碍（万元）

路径状况

配合工期主动权

1

1.62

958

稳定

存在难度、有主动权

2

1.75

1530

军用通讯：路径迁移

难度很大、无主动权

3

1.76

1640

人行管桥：方案多变

方案多变、无主动权

 

4  电缆电气部分

为了提高电缆的输送容量，减少电缆金属护套上的环流损耗，本工程电缆金属护套接地方式采用中间交叉换位，经保护器接地，两端直接接地方式。全线分四个大段，十二个小段，每三个小段组成一个交叉互联段。每小段结合地形条件并经拉力及侧压力计算校验，最长段为643M，完全满足进口电缆结构，护层及主绝缘安全。相比以往同类型工程减少一大组交叉换位段，从而节省了18套中间绝缘接头。经测算土建、电气安装、敷设费用节省约300多万元，且有效地缩短了工期，取得了良好的经济效益。本工程的创新设计正在江苏省电力设计院和安徽省电力设计院的几项类似工程上得到推广。电缆线路电气结构图见图1。
 
 

 

 

 

 

 


图1. 电缆线路电气结构图
 

5  大长度交联电缆压降论证分析。

针对220kV钟山变电站至220kV大行宫变电站全线电缆敷设工程，假定电缆小于100km，其等值电路图（单相）如图2。

 


½C
 

½C
 

U1
 

U2
 

Sy1
 

Sy2
 
 

 

 


⑴采用YJLW03 1×800㎜2 XLPE电缆，单长7.0km。

           R=Υl= 0.0288×7.0=0.2Ω

           C=0.16×7.0=1.02μF

假定钟山变侧母线电压为220kV，则相电压U1=127kV，f=50HZ，满载时，设功率因素cosφ=0.85，则S1=60×0.85+j×60×0.53MVA

Sy1=-½ju12C2πf=-j×½×1272×1.02×10-6×314=-j2.58 MVA

则S1’= S1- Sy1=51+j31.8+j2.58=51+j34.38

ΔU=(P1’×R+Q1’×X)÷U1

X=0,则ΔU==0.08 kV

δU=(P1’×X-Q1’×R)÷U1=-34.38×0.2÷127=-0.05 kV

U2===126.92 kV

线电压为U2=×126.92=219.83 kV

假定大行宫变侧母线电压为220kV，则相电压U2=127kV, 满载时，设功率因素cosφ=0.85，则S2=60×0.85+j×60×0.53MVA

Sy2=-½ju22C2πf=-j×½×1272×1.02×10-6×314=-j2.58 MVA

S2’= S2+ Sy2=51+j31.8-j2.58=51+j29.22

ΔU=P2’×R÷U2==0.08 kV

δU= -Q2’×R÷U2=-29.22×0.2÷127=-0.05 kV

U1===220.08 kV

由上述计算可知, 7.0km长电缆线路不足以抬高受电侧的电压。

假定送电侧电压为231kV，则受电侧的电压也接近231kV。

⑵采用YJLW03 1×630㎜2 XLPE电缆

    R=Υl= 0.0384×7.0=0.2688Ω

C=0.14×7.0=0.98μF

按同理计算，电压损耗比1×800㎜2大，当其送电侧电压为231kV时，受电侧的电压为230.78kV，相对较小。

1×800㎜2若电缆线路长度为100km，当送电侧电压为220kV时，受电侧的电压为218.0kV；

1×630㎜2若电缆线路长度为100km，当送电侧电压为220kV时，受电侧的电压为217.33kV。

    综上所述，由电缆容性阻抗引起的电压升，不足以抵消由电阻引起的电压降，因此大行宫侧的变一侧电压比钟山变侧电压略低，满足国家电力运行规程规范要求。

 

6 金属护套厚度的确定及选择。

高压交联电缆的金属护套目前有铅、波纹铝、波纹不锈钢、波纹铜以及综合护套等几种。南京地区运行的高压电缆金属护套有铝、铅。要更好地选择金属护套应做好两个方面的工作：

（1）厚度确定。金属护套厚度的确定关键要注意同当地电力系统单相接地、相间和三相短路最大故障电流和持续时间相匹配。通常计算（3S）时导体和金属屏蔽的最大允许短路电流。通过IEC949（1998）计算公式求得：

I=εIAD

IAD=

K=

   其中：I---允许短路电流

       IAD---绝热基础上计算得短路电流（整个短路期间有效值），A

         t----短路持续时间，S

         S---再流体集合面积，平方毫米

         Q f----最终温度

         Qi-----起始温度

         β-----0℃时载流体比热见表

σc---20℃时载流体比热见表

ρ20-----20℃时载流体电阻

ε----热量损失系数

表3

材料

β（K）

σx10-6J/k.m3

ρ20x10-8Ω.m

铝

228

2.5

2.8264

铅

230

1.45

21.4

(2)根据不同的要求，选择不同的金属材料其主要利弊分析如下：

a.波纹铝：

利：机械强度高，比重小，铝的比重不到铅的四分之一，但强度是铅的5倍，抗干扰性能好，重量轻13吨/千米（指电缆）

弊：欠柔软，不便弯曲。铝套封焊工艺复杂，耐腐蚀性比铅差，氩弧焊要求技术高。

b.铅护套

利：熔点低，易于加工，在制造过程中不会使电缆绝缘过热，耐腐蚀性能好，不易受酸碱等物质腐蚀，化学稳定性好、柔软，不影响电缆可曲性。

弊：机械强度低，易受外力损伤，比重大，增加了电缆重量22吨/千米，铅资源缺少、价格较贵，有较大的蠕动性和疲劳龟裂性，导致铅包龟裂易进潮，造成故障。

    根据本工程全线路径情况、地形特点、护层分段设计，推荐电缆金属护套。选型为：波纹铝护套。

 

7  新设备： 电缆及附件采用进口新设备

本工程首次采用日本住友电气工业株式会社的“铜芯，标称截面800mm2，220kV交联聚乙烯绝缘，波纹铝护套，HDPE外护套（表面喷涂石墨层）”电力电缆。电缆附件按设计材料清单及设计联络会技术、商务谈判纪要。上述外方提供的电缆及附件，属新设备，且在国际上技术领先。本工程设计经与外方多次谈判，按IEC最新版本要求消化采用。

 

8  新工艺：本工程在国内首次采用同条电缆沟内设置防火墙的电缆防火新工艺。其电缆沟净宽1.2m，净深0.8m/0.75m。承重荷载：人行道：汽—10T；慢车道：汽—15T。防渗等级：P5。防火墙设在电缆沟中心，墙厚：0.012m，墙高：0.8m/0.7m。每间距20m采用砼构造柱加强墙体及在敷缆后沟内横向外加横向防火墙防火，设计严格贯彻有关电缆沟电缆防火规程、规定。该防火新工艺优点为：若一回路超高压电缆火灾或外力破坏发生，另一回路不受任何影响，且每隔20M段加横向防火墙隔断，不扩大事故范围。此项新工艺有效地确保了电缆的安全运行，也是本工程的设计新创意。最近已在220kV泰州变110kV电缆出线（八回路）工程上推广采用。

9  新材料

9.1新材料（一）：目前国内对双回路电缆排列间距控制工艺方法不一，有的电缆敷设后用人工整理电缆排列间距，有的用黄砂或红砖衬垫，由此产生的双回路电缆排列间距不等，导致电缆护层感应电压不一致并产生大量的护层损耗，若长期运行将导致电缆过热、主绝缘温度升高，严重影响交联电缆的正常运行和使用寿命。本工程设计经反复论证，最终决定首次采用ABS工程塑料新材料做成电缆支架，将中相电缆托起，固定成300mm间距，该材料防火、防腐、重量轻、强度高。一年多以来的运行实践表明该材料的选择为材料新、工艺新、技术新。并在省内其它供电部门推广应用。

9.2新材料（二）：本工程在国内首次采用了DBD型玻璃钢电缆保护管作为电缆排管管材。该管材具有重量轻、强度高、耐腐蚀、光洁度好、摩擦系数小等大量优点。设计经反复经济技术比较，最终采用了该种新型管材，经施工及运行经验证明设计创新、选型合理。目前该种管材已在南京地区及省内其它地区各种电压等级的电缆工程上得到了广泛的应用。