交流電力電纜損耗計算及選型探討

文/陳金橋 譚海燕 李倩

在風電場、光伏電站等新能源電力工程中，10kV、35kV等級長距離電纜得到了越來越多的應(yīng)用。而在風電場、光伏電站的性能考核中，電損耗是一個重要性能考核指標，電損耗計算的關(guān)鍵是電纜損耗的工程計算。所以準確計算電纜損耗是電力工程設(shè)計咨詢一個十分重要的問題。

關(guān)于交流電力電纜電損耗的工程計算，目前最重要的依據(jù)是IEC標準——IEC 60287，能夠適用于國內(nèi)外電力工程。本文電纜損耗的工程計算，是基于IEC電纜標準——IEC 60287-1-1：2006電纜載流量計算第一部分“載流量公式和功率損耗”給出電纜損耗的計算方法。本文結(jié)合具體的風電場中壓電纜參數(shù)，給出電纜損耗計算的實例。依據(jù)計算的結(jié)果，對不同芯數(shù)電纜、不同金屬層接地方式電纜的損耗進行對比分析，并給出新能源電力工程中壓電纜的選型建議。

1.電纜損耗的組成

交流電纜損耗主要由電纜導(dǎo)體交流損耗、電纜介質(zhì)損耗、電纜金屬套和屏蔽損耗組成。交流電力損耗的計算不能忽略電纜金屬套和屏蔽損耗。

2.電纜導(dǎo)體交流損耗

電纜導(dǎo)體交流有功損耗的計算公式為：

3.電纜金屬套和屏蔽損耗

金屬套損耗與金屬套的接地方式直接相關(guān)。按照電纜的芯數(shù)和電纜金屬層接地方式，金屬套或屏蔽損耗的計算可以分為三類：統(tǒng)包三芯電纜、金屬套兩端互連的單芯電纜、金屬套單點互連或交叉互連的單芯電纜。

3.1 統(tǒng)包三芯電纜

具有統(tǒng)包金屬套非鎧裝三芯電纜（圓形或橢圓形導(dǎo)體），渦流損耗因數(shù)可以按以下公式計算：

3.2 金屬套兩端互連的單芯電纜

3.3 金屬套單點互連或交叉互連的單芯電纜

（1）渦流損耗

金屬套單點互連（即單點接地）或交叉互連的單芯電纜渦流損耗可以按以下公式計算：

（2）環(huán)流損耗

4.電纜損耗計算實例

在某風電場的35kV集電線路電纜設(shè)計中，集電線路額定工作電流為330A，選用圓型鋁芯導(dǎo)體、非鎧裝、交聯(lián)聚乙烯電纜。下面分別按電纜選擇3×400mm2統(tǒng)包三芯電纜、1×400mm2單芯電纜且金屬層兩端互連（即金屬層兩端直接接地）、1×400mm2單芯電纜且金屬層交叉互連接地三種情況來進行計算。

根據(jù)電纜廠家資料，三種電纜的計算結(jié)果如下表所示。

根據(jù)該表可以看出，同等條件下，兩端互連單芯電纜的電損耗最大，其次為統(tǒng)包三芯電纜，單點接地或交叉互連接地單芯電纜的電損耗最小。

5.結(jié)論與建議

采用標準IEC 60287-1-1，可以準確的進行交流電力電纜損耗的工程計算。′

電纜損耗計算結(jié)果表

根據(jù)本文分析結(jié)果，同等條件下，兩端互連單芯電纜的電損耗最大，其次為統(tǒng)包三芯電纜，單點接地或交叉互連接地單芯電纜的電損耗最小。

結(jié)合電纜損耗計算結(jié)果和各類型電纜適用范圍，給出新能源工程中壓電纜選型建議如下：

（1）一般情況下，為了減少電纜損耗，電纜盡量選用非鎧裝電纜。另外，中壓三芯電纜相對于同等導(dǎo)體截面的單芯電纜，具有價格低，能承受較大機械外力和拉力，占地面積較小，總體施工周期短等優(yōu)點。所以在400mm2及以下截面電纜，宜選擇三芯電纜，500mm2以上截面電纜宜選用單芯電纜。

（2）如果需要選用單芯電纜，線路不長的宜采用一端單點接地。電纜線路較長時，為了減少電纜損耗，電纜可采用交叉互連接地，且宜采用三角形排列。交流單芯電纜在條件較好時，可以選用非金屬鎧裝電纜來減少電纜損耗；當需要增強電纜抗外力時，應(yīng)選用非磁性金屬鎧裝層。但是采用交叉互連接地單芯電纜施工較困難，且需增加中間頭，施工費用較高；并且金屬套交叉互連接地比金屬套兩端互連的電損耗減少量較小，對整體的電纜損耗影響并不大。因此，在對電損耗要求不是特別高的場所，單芯電纜宜采用三角形排列布置，金屬套兩端互連。