智利LAJA1水電站工程中壓載流導(dǎo)體的選擇計(jì)算與分析

李振華 穆建軍

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院 長(zhǎng)沙市 410007）

引 言

智利LAJA1水電站工程設(shè)計(jì)工作遵循IEC、IEEE、ASTM等國際標(biāo)準(zhǔn)，而外方設(shè)計(jì)咨詢工程師對(duì)我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不熟悉，設(shè)計(jì)工作開展初期部分等同于IEC標(biāo)準(zhǔn)的GB得不到外方咨詢工程師的認(rèn)可，例如中壓電纜選型計(jì)算時(shí)所選取的溫度和敷設(shè)系數(shù)、電纜的額定載流量等參數(shù)，湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院（下簡(jiǎn)稱：省水院）初期所提交的GB標(biāo)準(zhǔn)及電纜廠家樣本均得不到外方咨詢公司（POYRY）認(rèn)可，后經(jīng)雙方會(huì)議商討，省水院與外方咨詢工程師面對(duì)面交流，外方工程師以DIN VDE標(biāo)準(zhǔn)，省水院以GB標(biāo)準(zhǔn)分別對(duì)同一回路電纜進(jìn)行選型計(jì)算，省水院計(jì)算結(jié)果與外方基本一致，雙方在最終計(jì)算中達(dá)成共識(shí)，省水院根據(jù)外方習(xí)慣，做出部分修改，選取了部分DIN VDE 0276中的參數(shù)用于中壓電纜選型計(jì)算。此種計(jì)算方法及修正系數(shù)選擇可供部分涉外項(xiàng)目作為參考。

1 智利LAJA1水電站概況

智利LAJA1水電站安裝2臺(tái)20.9 MVA（18.8 MW）燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，安裝高程海拔≤1 000m，電站的多年平均溫度16℃，最高氣溫29.5℃，最低氣溫-3.2℃，發(fā)電機(jī)出口的額定電壓為11 kV，額定功率因數(shù)為 0.9（滯后），額定頻率為50 Hz。

電站發(fā)電機(jī)電壓側(cè)（11 kV)采用單機(jī)單變接線，發(fā)電機(jī)出口的三相對(duì)稱短路電流周期分量起始值為33 kA。

本站設(shè)置2臺(tái)21MVA、220kV/11kV雙線圈三相升壓電力變壓器，高壓側(cè)（220 kV）采用單母線接線，以一回220 kV線路送入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)系統(tǒng)。

根據(jù)合同文件規(guī)定，所有中壓電纜均選用XLPE絕緣、PVC護(hù)套、單芯、銅電纜，絕緣要求采用12/20 kV，載流量需留有10%的裕度。

2 中壓電纜選擇計(jì)算過程

2.1 發(fā)電機(jī)至11 kV中壓開關(guān)柜之間的電纜。

（1）導(dǎo)體回路持續(xù)工作電流。

環(huán)境溫度選取45℃，電纜導(dǎo)體最高工作溫度選取90℃，根據(jù)DIN VDE 0276-1000標(biāo)準(zhǔn)，查圖1得溫度系數(shù)K1=0.87。

圖1 溫度校正系數(shù)表

電纜采用三角形排列敷設(shè)，根據(jù)DIN VDE 0276-1000標(biāo)準(zhǔn)，查圖2得電纜敷設(shè)系數(shù)K2=0.85。

圖2 敷設(shè)校正系數(shù)表

（2）采用保守計(jì)算原則，電纜載流量預(yù)留10%安全裕量，則電纜持續(xù)允許電流為：

根據(jù)DIN VDE 0276-620的相關(guān)規(guī)定，查圖3得XLPE-1×240mm2電纜采用三角形排列敷設(shè)條件下的額定載流量為634A（空氣中）。根據(jù)上述計(jì)算每相宜選取3根240mm2XLPE絕緣單芯電纜。

圖3 XLPE電纜載流量表

（3）熱穩(wěn)定校核。

熱穩(wěn)定校驗(yàn)電流按中壓系統(tǒng)短時(shí)耐受電流33 kA校驗(yàn)，得：

根據(jù)上述熱穩(wěn)定校驗(yàn)計(jì)算，電纜截面積在不小于98 mm2時(shí)即可滿足發(fā)電機(jī)回路熱穩(wěn)定要求。綜合電纜載流量計(jì)算和熱穩(wěn)定校驗(yàn)計(jì)算結(jié)果，最終選定發(fā)電機(jī)回路電纜為每相三根XLPE絕緣截面積為240mm2單芯電纜（三角形排列），同時(shí)滿足載流量和熱穩(wěn)定要求。

2.2 中壓系統(tǒng)其他回路電纜

中壓系統(tǒng)其他回路電纜包括11 kV中壓柜至主變壓器、勵(lì)磁分支回路、廠變分支回路電纜選擇計(jì)算與2.1章節(jié)相似，此處不再重復(fù)介紹。

3 比較與分析

在智利LAJA1水電站項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段初期，因省水院與外方咨詢公司關(guān)于工程采用標(biāo)準(zhǔn)問題產(chǎn)生了分歧，以發(fā)電機(jī)回路中壓電纜的選擇計(jì)算為例，雙方分別采用GB標(biāo)準(zhǔn)和DIN VDE標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較計(jì)算（結(jié)果見附表），經(jīng)比較在本工程條件下，GB標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電纜的溫度系數(shù)（K1）和敷設(shè)系數(shù)（K2）雖分別與DIN VDE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的相應(yīng)參數(shù)有較大區(qū)別，但根據(jù)兩種標(biāo)準(zhǔn)選擇的溫度系數(shù)和敷設(shè)系數(shù)的乘積基本一致，換言之，可認(rèn)為選用兩種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的溫度系數(shù)和敷設(shè)系數(shù)的計(jì)算結(jié)果基本一致。

在本工程電纜選擇計(jì)算中，通過對(duì)各標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)比較發(fā)現(xiàn)，我國GB標(biāo)準(zhǔn)對(duì)敷設(shè)系數(shù)的規(guī)定并不詳細(xì)，例如單芯電纜三角形、平行敷設(shè)條件以及垂直敷設(shè)條件下都沒有詳細(xì)描述，電纜平行敷設(shè)根數(shù)對(duì)載流量的影響也沒有詳細(xì)描述，很多情況下都需要憑借工程師的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行相應(yīng)的估算取值工作，我們考慮到DIN VDE標(biāo)準(zhǔn)中的系數(shù)規(guī)定更詳細(xì)、取值更清晰更有說服力等因素，最終采用DIN VDE標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

附表 GB標(biāo)準(zhǔn)與DIN VDE標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)體長(zhǎng)期允許載流量計(jì)算比較（對(duì)應(yīng)本工程環(huán)境和敷設(shè)條件）

基于附表的比較結(jié)果，外方咨詢工程師在后續(xù)工作中也認(rèn)可了我們的計(jì)算方法和GB標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)系數(shù)，省水院在后續(xù)的站用電系統(tǒng)計(jì)算（站用變壓器容量計(jì)算、低壓系統(tǒng)短路電流計(jì)算、柴油機(jī)容量選擇計(jì)算、低壓電纜選型計(jì)算）和廠房?jī)?nèi)部照明照度計(jì)算時(shí)均以GB標(biāo)準(zhǔn)作為設(shè)計(jì)依據(jù)并順利通過審查，為推動(dòng)GB標(biāo)準(zhǔn)走向國際起到一定作用。

4 結(jié) 論

（1）智利LAJA1水電站項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段初期不能直接引用國內(nèi)規(guī)程規(guī)范，根據(jù)此特殊要求，采用國內(nèi)中壓電纜選擇計(jì)算方法與國際標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的修正系數(shù)配合使用，相比單純引用國內(nèi)規(guī)范更容易被外方咨詢公司接受，本工程的計(jì)算方法對(duì)相關(guān)國外工程中壓電纜選擇設(shè)計(jì)工作具有一定的參考價(jià)值。

（2）在涉外項(xiàng)目中，受雙方設(shè)計(jì)習(xí)慣、標(biāo)準(zhǔn)、工作方式等各方面因素的影響，往往在設(shè)計(jì)階段初期會(huì)出現(xiàn)工程進(jìn)度推進(jìn)緩慢的情況，其中一個(gè)主要原因是外方對(duì)我國工程技術(shù)了解有限，達(dá)不到相互信任的程度，因此在設(shè)計(jì)階段初期最重要的是要與外方技術(shù)咨詢公司建立互相信任的工作關(guān)系，部分涉外項(xiàng)目可以參照本工程的經(jīng)驗(yàn)，盡可能地多了解國際標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)國際標(biāo)準(zhǔn)和GB標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行詳細(xì)的比較，列出比較結(jié)果，爭(zhēng)取外方咨詢工程師對(duì)GB標(biāo)準(zhǔn)的了解和信任，這樣既能推進(jìn)本工程后續(xù)工作的順利進(jìn)行，也能對(duì)我國GB標(biāo)準(zhǔn)起到積極的推廣作用。