CCS水電站500 kV電纜敷設及現(xiàn)場試驗研究

2017-11-04 05:26:45楊曉東

水電站機電技術 2017年10期

徐玫，楊曉東

（1.中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝事業(yè)部，云南昆明 650032；2.中國電建集團國際工程有限公司設備物資部，北京 100048）

徐玫1，楊曉東2

（1.中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝事業(yè)部，云南昆明 650032；2.中國電建集團國際工程有限公司設備物資部，北京 100048）

500 kV電纜屬于電站的重要設備，500 kV電纜的敷設及現(xiàn)場試驗屬于電站機電安裝的重點和難點，本文以厄瓜多爾CCS水電站500 kV電纜敷設和現(xiàn)場試驗為例，重點討論了電纜敷設的前期準備工作、電纜敷設的過程管理及現(xiàn)場試驗方面的關鍵技術問題，對其他高壓電纜敷設及現(xiàn)場試驗有借鑒作用。

CCS水電站；500 kV電纜；電纜敷設；試驗

1 概述

CCS水電站項目總投資近23億美元，是厄瓜多爾目前最大的水電站項目，CCS水電站總裝機1 500 MW，年均發(fā)電量8.63 GW·h，能夠滿足該國44%的電力需求，系厄瓜多爾政府確定的“國家重點項目”。整個水電站項目裝機為8臺187.5 MW沖擊式水輪發(fā)電機組，額定水頭為604.10 m，目前單機容量國內第一，總裝機容量世界第一。

CCS電站發(fā)電機出線電壓13.8 kV，采用離相封閉母線，每臺發(fā)電機出口設發(fā)電機斷路器。發(fā)電機與單相升壓變壓器組單元接線，變壓器高壓側與500 kV GIS連接，500 kV GIS變電站采用雙母線接線，兩回出線采用500 kV XLPE電纜通過高壓電纜洞與戶外開關站相連，水電站采用2回500 kV架空線與國家電網相連。

CCS項目500 kV電纜采用電纜廊道布置，電纜廊道長度在700 m以上，有2個斜坡，及一個90°彎道，且高壓電纜重量大（約29.4 kg/m），因此500 kV電纜的現(xiàn)場敷設及現(xiàn)場試驗一直是現(xiàn)場機電安裝的重點和難點。本文以厄瓜多爾CCS水電站500 kV電纜敷設和現(xiàn)場試驗為例，重點討論電纜敷設的前期準備工作、電纜敷設的過程管理及現(xiàn)場試驗方面的關鍵技術問題，對其他高壓電纜敷設及現(xiàn)場試驗有借鑒作用。

2 500 kV電纜的結構及現(xiàn)場布置

CCS電站采用500 kV XLPE單相電纜，共3回（每回三相），其中兩回為主用，1回為備用。電纜從630.5 m高程的地下GIS室，沿500 kV出線電纜洞，引至地面出線場。500 kV電纜在出線洞內沿地面敷設，由電纜支架固定，左側敷設2回6相、右側敷設1回3相，共敷設3回9相（9根）單芯電纜。電纜的額定載流量為1 450 A，傳輸容量1 256.2 MVA，金屬護層短路電流為31.5 kA×1 s。

圖1 500 kV電纜結構圖

500 kV電纜結構見圖1。電纜導體為銅材，采用防水分割結構組合導體，導體截面1 600 mm2；導體屏蔽層由半導電包帶和擠包的半導電交聯(lián)聚乙烯構成，標稱厚度2.0 mm；電纜絕緣層由一層擠包絕緣組成，材料為統(tǒng)一、均勻的干式交聯(lián)聚乙烯（XLPE），標稱厚度34.2 mm，近似直徑122.4 mm；電纜絕緣屏蔽層應由一層擠包半導電化合物和一層半導電帶適當搭接繞包再擠包的半導電交聯(lián)聚乙烯構成，標稱厚度1.4 mm；電纜緩沖層由植入鍍錫銅絲的半導電帶構成，標稱厚度0.7 mm；金屬護套采用平滑鋁護套，標稱厚度1.25 mm；電纜外護套采用低煙無鹵阻燃聚乙烯（HFFR）護套，標稱厚度6 mm。

每根電纜兩側各有一套電纜終端，其中戶外終端（與出線場設備連接）采用瓷式絕緣，應力錐結構形式。

戶內終端（與GIS設備連接）采用干式結構，與GIS設備的連接滿足IEC 62271-209的標準接口要求。戶內終端與GIS間裝有絕緣法蘭，并裝設有絕緣法蘭保護器，以防護兩側出現(xiàn)的暫態(tài)過電壓。

每回電纜線路平行敷設一根兩端接地的回流導線，回流導線采用絕緣的銅芯電纜線，可以降低電纜金屬套感應電壓和工頻過電壓，并抑制對鄰近的控制或通訊電纜的感應干擾強度。

3 高壓電纜的敷設

3.1 電纜敷設數據

CCS項目的9根電纜長度均在700 m以上，最長的一根為811 m。電纜直徑為144.6 mm，重量約29.4 kg/m。CCS項目的電纜廊道結構見圖2。電纜廊道有2個斜坡，及一個90°彎道。

在電纜敷設前需要計算電纜敷設的理論拉力，拉伸張力的最大值部分決定于電纜。以下數據可以計算拉伸張力：

銅導體的拉伸張力=60 N/mm2×導體橫切面積

預期拉伸張力可以用公式計算：

水平直線拉力：T2=T1+kWL

斜坡直線向上：T2=T1+WL （k cosx+k sin x）

斜坡直線向下：T2=T1+kW（k cosx-k sin x）

水平曲線：T2=T1cos（kx）+

其中：T1=入口處拉伸張力；T2=出口處拉伸張力；k=摩擦系數；W=單位電纜重量；L=入口與出口之間的電纜長度；x=斜坡弧度角度；y=彎曲角度；R=彎曲半徑。

邊墻擠壓力：

P2=P1/R

其中：P1=電纜拉伸張力；R=實際彎曲半徑（單位：m）

彎曲半徑：

最小靜態(tài)允許彎曲半徑（無預先成型模具）必須大于或等于25°，合3.6 m；

最小靜態(tài)允許彎曲半徑（有預先成型模具）必須大于或等于14.5°，合2.1 m；

在電纜鋪設中的最小彎曲半徑必須大于或等于30°，合 4.3 m。

在現(xiàn)場條件無法取得電纜規(guī)格最小半徑情況下，可以增加導輪或使用成型模具。

3.2 電纜敷設前的準備工作

由于本項目電纜長度大、重量大，且電纜廊道結構復雜，導致電纜敷設難度增加。本項目采用“Nose pulling”法，即采用牽引車+滾輪系統(tǒng)牽引電纜頭進行敷設。

（1）敷設前現(xiàn)場需具備以下條件：

1）電纜廊道內所有土建工作需要完工，放置電纜盤處應進行相應的平整和加固，以保證電纜盤可以平穩(wěn)放置；

2）在電纜敷設前，所有的電纜支架需要按照設計圖紙安裝在電纜廊道中，并保證所有電纜支架有效接地；

3）在電纜敷設前，需要將滾輪布置在整個電纜廊道，在電纜廊道的上坡段、下坡端及90°彎段處需要對滾輪進行相應的加固措施；

4）牽引車安裝在電纜廊道GIS側，用于牽引電纜頭，牽引車的牽引速度應該是可調的；電纜盤放置在出線場側，電纜盤應配置有減速和剎車裝置（以防止敷設過程中牽引小車減速或停止后，電纜盤的慣性轉動）；

5）在電纜敷設前需要仔細檢查電纜牽引頭的緊固性和水密性，同時，電纜牽引頭必須保證可以承受最大牽引力。

（2）實時通信系統(tǒng)

在電纜敷設過程中，電纜牽引車位置、電纜盤位置、電纜頭位置、電纜廊道的彎道、坡道位置等位置都必須安排通訊人員實時監(jiān)測并通報電纜的敷設情況，保證電纜敷設出現(xiàn)突發(fā)情況時可以及時通知電纜牽引車操作人員停止敷設，因此必須保證整個電纜廊道內所有對講設備可以完成即時通訊。

由于電纜敷設時電纜廊道內的電站通信系統(tǒng)還未形成，而電纜廊道長度大且存在彎道和坡道，因此普通的對講機設備無法在電纜廊道中正常使用。為滿足條件，緊急配置了一套小型集群系統(tǒng)（包括2套摩托羅拉中繼裝置、同軸電纜和分布天線），中繼裝置分別布置在電纜廊道的坡道處，同軸電纜沿電纜廊道鋪設，以保證整個電纜隧道段任意位置間可以實現(xiàn)即時通訊。

（3）敷設人員的準備

所有參加敷設的人員在敷設前都應進行一定的培訓，明確各自的任務及突發(fā)情況下的應對方法。

由1名有經驗的人員作為電纜敷設的總指揮跟隨電纜頭前進，并隨時發(fā)出指令；另指派8人手持對講機分別站在電纜盤、坡道上下端、電纜廊道水平段中央、彎道及牽引小車處（如圖2所示），負責自己所在區(qū)段電纜的敷設安全，如有情況及時使用對講機反饋；在電纜廊道中每隔10 m安排1人，在電纜敷設過程中檢查電纜是否有磨損、落地等情況，如有情況及時告知附近手持對講機的人員。