電力排管敷設(shè)35 kV電纜的優(yōu)化排列

王貴寧 杜林

摘? 要：利用鏡像法和疊加法對電力排管敷設(shè)的35 kV電纜載流量計算建立了計算模型，根據(jù)此模型計算分析了8回電纜在電力排管不同排列形式下的載流量變化，并提出了基于載流量最大化的電力排管推薦排列形式。

關(guān)鍵詞：電力排管;35 kV電纜;優(yōu)化排列

0? ? 引言

城市軌道交通主變電所35 kV出線電纜通道有電纜溝、電力隧道、電力排管3種。綜合考慮地下管線、工程投資及施工難度等多種因素，越來越多的主變電所電纜通道采用電力排管，并成為一種趨勢。

為使電力排管敷設(shè)電纜載流量的計算準(zhǔn)確化，排列方式最優(yōu)化，本文依據(jù)JB/T 10181—2014對電力排管敷設(shè)電纜載流量的計算建立了相應(yīng)的計算模型，并根據(jù)此模型計算分析了8回電纜在電力排管不同排列方式下的載流量變化，提出了基于載流量最大化的電力排管推薦排列方式。

1? ? 計算模型

1.1? ? 額定載流量計算公式

依據(jù)《電纜載流量計算 第11部分：載流量公式（100%負(fù)荷因數(shù)）和損耗計算 一般規(guī)定》（JB/T 10181.11—2014），在不考慮水分遷移的情況下，電纜載流量的計算公式為：

I=? ? ? ? （1）

式中：I為電纜載流量;Δθ為導(dǎo)體溫度與環(huán)境溫度之差;Wd為絕緣介質(zhì)損耗;T1為導(dǎo)體與金屬護套間絕緣層熱阻;T2為金屬護套與鎧裝層之間內(nèi)襯層熱阻;T3為電纜外護層熱阻;T4為電纜外部熱阻;R為電纜導(dǎo)體的交流電阻;n為電纜的芯數(shù);λ1為金屬護套損耗相對于導(dǎo)體損耗的總比例;λ2為鎧裝層損耗相對于導(dǎo)體損耗的總比例。

1.2? ? 外部熱阻計算

電纜在電力排管中敷設(shè)時外部熱阻由電纜表面與電力排管內(nèi)表面之間的空氣熱阻T4′、電力排管本體的熱阻T4″、電力排管周圍介質(zhì)的熱阻T4′ ″組成。

多根電纜在電力排管中敷設(shè)，計算任意一根電纜載流量時，需要考慮除該電纜以外的其他所有電纜對其的影響。外部熱阻采用疊加法計算，假定穿管的電纜數(shù)量為q，計算第p根電纜的載流量時，應(yīng)計及其他q-1根電纜的損耗發(fā)熱對其的影響。

Δθp=Δθpp+Δθkp? ? ? （2）

式中：Δθpp為第p根電纜本體發(fā)熱產(chǎn)生的溫升;Δθkp為其他q-1根電纜對第p根電纜產(chǎn)生的溫升（k≠p）。

根據(jù)熱力學(xué)原理，Δθkp由鏡像法求出，第p根電纜的鏡像法求解如圖1所示。

Δθpp=Wplnu+

Δθ1p=Wln

Δθkp=Wln

Δθpq=Wqln? ? ? （3）

式中：Δθkp為第k根電纜單位長度的散熱量對第p根電纜所引起的表面溫升;Wk為第k根電纜單位長度的散熱功率;dpq為第p根電纜的中心至第k根電纜中心的距離;dpq′為第p根電纜的中心至第k根電纜在大地-空氣的鏡像中心的距離。

對于結(jié)構(gòu)相同、負(fù)荷相同的多根電纜穿群管敷設(shè)，所有電纜在此工況下散熱功率相同，則第p根電纜排管的溫升為：

排管外部熱阻為：

2? ? 排列方式對電纜載流量的影響

主變電所通常為兩線或三線共享使用，其中兩線共享主變電所居多。本文以兩線共享主所為例進行分析，環(huán)網(wǎng)采用大分區(qū)方案，則35 kV出線電纜回路數(shù)為8回，共24根WDZA-

YJY-26/35 kV 1×400 mm2電纜，分別選用6×4、4×6、3×8共3種電力排管排列形式進行電纜載流量計算，電纜采用三角形布置方式。電力排管排列形式如圖2所示。

電纜金屬屏蔽層及鎧裝層采用雙端接地方式。電力排管采用內(nèi)徑100 mm PVC管、管間凈距50 mm、埋深500 mm，土壤溫度20 ℃，土壤及混凝土熱阻系數(shù)1.0 K·m/W。根據(jù)建立的計算模型，上述三種方案中各回路電纜載流量計算結(jié)果如表1所示。

根據(jù)對表1計算結(jié)果的分析，方案三各回路電纜載流量最大，主要原因在于該方案電纜布置層數(shù)少，電纜距離地表近，因此散熱條件好，且電纜布置相對稀疏，電纜間的熱作用影響弱。方案二較方案三電纜載流量平均下降約5.5%，主要原因在于部分電纜回路埋設(shè)深度較深，與方案三相比電纜散熱條件稍差，且電纜布置稍密集，相互間熱作用影響較強，導(dǎo)致載流量降低。方案一較方案三電纜載流量平均下降約10%，主要原因在于部分回路埋深大，電纜布置密集，相互間熱作用影響大，導(dǎo)致電纜載流量降低幅度偏大。

通過上述分析可知，當(dāng)8回電纜敷設(shè)于電力排管中時，從載流量最大化的角度考慮，在電纜通道寬度允許的條件下電力排管排列形式采用方案三是最優(yōu)的;在電纜通道土建條件較為緊張的條件下可采用方案二;方案一的電纜載流量降低幅度較大，一般情況下不建議采用。

3? ? 結(jié)論

（1）本文利用鏡像法和疊加法建立了35 kV單芯電纜在電力排管中敷設(shè)時載流量的理論計算模型，并根據(jù)此模型計算分析了8回電纜在排管不同排列形式下的載流量變化，提出了基于電纜載流量最大化考慮的電力排管推薦排列形式。

（2）當(dāng)8回電纜敷設(shè)于電力排管中時，從載流量最優(yōu)化角度考慮，建議電力排管排列形式采用方案三，電纜通道較為緊張的條件下可采用方案二。

（3）同一排列形式中，上層電力排管內(nèi)電纜載流量最大，兩側(cè)電力排管內(nèi)電纜載流量次之，下層電力排管中間管內(nèi)電纜載流量最低。建議在工程實施中，負(fù)荷電流較大的回路敷設(shè)于上層電力排管，負(fù)荷電流較小的回路敷設(shè)于兩側(cè)電力排管，不發(fā)熱的導(dǎo)體或線纜敷設(shè)于下層電力排管中間管。

[參考文獻]

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收稿日期：2020-06-22

作者簡介：王貴寧（1987—），男，甘肅慶陽人，城市軌道交通電氣工程師，研究方向：城市軌道交通電氣化。

杜林（1983—），男，四川遂寧人，高級工程師，研究方向：城市軌道交通電氣化。