110kV交联聚乙烯电力电缆载流量计算研究

与建材装饰2014年11月110kV交联聚乙烯电力电缆载流量计算研究唐兴佳（广州电力设计院广东广州510000）摘要：本文以YJLW03-Z64/110kV电缆为例，利用CYMCAP软件建模进行载流量仿真计算，主要分析了环境温度、土壤热阻系数、外部热源、电缆间距等外界环境因素对电缆载流量的影响，总结出电缆载流量随这些参数变化而变化的规律，为优化工程中电缆载流量提供了重要的理论依据。关键词：交联聚乙烯电力电缆；CYMCAP；载流量计算；影响因素中图分类号：TM247文献标识码：A文章编号：1673-0038（2014）48-0084-02引言随着城市化进程的不断发展，城市内的架空线路越来越多地被埋地高压电缆所替代，由于交联聚乙烯（XLPE）绝缘电力电缆具有良好的绝缘性能，且耐热性能好，运输、施工和维护方便等优点，目前广泛应用于电力系统各个电压等级的输电线路。特别在城市电网中，为了减少占用土地资源、提高供电可靠性，要求提高电缆使用率，并广泛地采用交联聚乙烯电力电缆作为高压、中压输配电线路。1电缆载流量根据IEC60287标准，载流量计算公式如式（1）所示：I=驻兹-Wd·[0.5T1+n·（T2+T3+T4）]R·T1+n·R·（1+姿1）·T1+n·R·（1+姿1+姿2）·（T3+T4）姨（1）式中：I为一根导体中流过的电流；驻兹为高于环境温度的导体温升；R为最高工作温度下导体单位长度的交流电阻；Wd为电缆绝缘单位长度的介质损耗；n为电缆的芯数；T1为一根电缆导体和金属套之间单位长度的热阻；T2为内衬层与填料热阻；T3为外护套单位长度热阻；T4为电缆表面和周围媒质之间单位长度热阻；姿1为电缆金属套损耗相对于该电缆所有导体总损耗的比率；姿2为电缆铠装损耗相对于该电缆所有导体总损耗的比率。由式1可以看出，影响电缆载流量的因素有：淤环境温度；于导体电阻；盂材料特性和结构尺寸；榆电缆的排列方式和金属护套接地方式；虞电缆的敷设条件。本文以YJLW03-Z64/110kV交联聚乙烯电缆为例计算，电缆金属护套接地方式为交叉互联两端直接接地。电缆敷设方式为槽盒直埋方式。2CYMCAP（CableAmpacityCalculation）软件介绍CYME为一套专业电力工程软件，它以个人计算机及微软窗口（MicrosoftWindows（R）操作平台，具便利性及亲和力，它结合优异的分析能力与先进的界面技术，是当前多电力工程软件中，被公认具有高质量及高信赖的电力工程软件，它被许多电力公司、工业组识、顾问公司、研究机构及学校等选电力系统仿真之标准软件。在电力网络中CYME软件的分析能力，方案规划和案例研究，有助于准确地评估和证明系统现在或将来的状态，以便修改和重新配置，从而对系统产生改进。CYME是成熟而又现代的软件，被证明是准确和可靠的。20多年来，CYME软件背后有成千上万的世界各地的输电、配电和工业项目的应用。它包含CYMDIST（一次配电系统分析）、CYMTCC（保护设备协调）、CYMGRD（变电站站接地）、CYMCAP（电缆载流量计算）、MARS（复电策略）、PSAF（输电和工业系统分析）。CYMCAP是用于计算电力电缆载流量和温升的软件。它可以解决稳态和瞬态热电缆的评级。这些涉及到温度的升高或载流量计算，使用内尔-麦格拉思法为基础的迭代技术和IEC60287和IEC60853国际标准中描述的热分析技术。CYMCAP的精确性给已有的电力电缆升级、安装以及新的电缆设计很大的信心和保障，有助于提高系统的可靠性和安装设备的正确使用，使得与之相关的大量资本投资的效益最大化。CYMCAP内含管道组优化器模块、多管道组电缆的建模、隧道电缆的建模、实时温度的评级、交叉电缆载流量偏差的计算、电缆外壳载流量/温度的计算、电缆参数的评估等模块。3电缆载流量的影响因素随着城市地下空间的不断开发利用，电缆的敷设环境日益复杂，各种管线（如热水管道、蒸汽管道等）纵横交错，交叉排列，影响电缆载流量的因素也随之增多。本节以YJLW03-Z64/110kV图1电缆载流量计算图2电缆模型电力建设·84·与建材装饰2014年11月电缆为例，利用CYMCAP软件建模进行载流量仿真计算，分析了环境温度、土壤热阻系数、外部热源、电缆间距等外界环境因素对电缆载流量的影响，同时通过定量分析，总结出电缆载流量随这些参数变化而变化的规律，为优化工程中电缆载流量提供了重要的理论依据。3.1环境温度环境温度是影响电缆载流量的一个重要因素。对于直埋敷设的电缆来说，环境温度主要是指电缆埋深处的地温，一般选取埋深处的最热月平均地温。对于同一特性的土壤而言，温度越高，土壤中的水分含量就越少，导热性能越差，对于敷设其中的电缆，产生的热量就不能得到很好的散发，从而使得其载流量降低。反之，土壤温度越低，其导热性能就越好，敷设其中的电缆载流量就越大。3.2土壤热阻系数电缆敷设于土壤中，散热介质是土壤，土壤的散热性能对电缆的温度场有较大的影响，而土壤的散热性能是由土壤热阻系数决定的。土壤的热阻系数与土壤中的水分含量有关，土壤中含水量越小，其热阻系数越大，反之越小。当土壤中水分含量较大时，土壤的热阻系数变小，导热系数增大，相应的导热性能就越好，此时土壤的散热性能也随之增强，热源或电缆中发出的热量能够得到及时的散发，因此电缆载流量会变大；土壤热阻系数越小，土壤的导热性能越差，热源或电缆散发的热量就不易散发，电缆载流量相应的变小。3.3外部热源的影响外部热源是指电缆敷设区域中对电缆温度场产生影响的热源，主要包括热水管道、天然气管道、蒸汽管道以及煤气管道等。当电缆敷设区域有外部热源存在时，其温度场分布会有明显变化。由于外部热源的存在，使得靠近热源的电缆温度升高。产生这种影响主要有两点原因：淤由于热源本身散发的热量对电缆温度场产生影响；于外部热源产生的热量对土壤的导热性能产生影响，使得热源周围的土壤温度升高，热阻系数变大，散热性能相应变差，因此电缆载流量变小。3.4电缆间距的影响埋地敷设的电缆间距影响电缆区域的温度场分布，从而对电缆载流量产生影响。电缆载流量随着电缆间距的增大而增大，且增大的幅值随着电缆间间距的增大而减小。4小结由上述分析可知，在实际工程中提高载流量的方法有：（1）降低土壤热阻系数，可回填较低热阻系数的土壤；（2）敷设于环境温度较低的土壤中；（3）远离热源；（4）增大电缆敷设间距。参考文献[1]梁永春.高压电力电缆载流量数值计算[M].国防工业出版社，2012.[2]陈仁刚.电缆载流量影响因素分析及敷设式优化方法的研究[D].重庆大学，2010.[3]华良伟.110kVXLPE电缆载流量计算结果的验证试验[J].电线电缆，2008，10.收稿日期：2014-11-12作者简介：唐兴佳（1983-），男，汉族，电力工程师，硕士研究生，主要从事电力设计工作。图3环境温度对载流量的影响图4土壤热阻系数对载流量的影响图5外部热源对载流量的影响图6电缆间距对载流量的影响电力建设·85·