某大型水電站直流系統電纜選型方法總結

雅礱江流域水電開發有限公司 孟萬里 陸 帥 胡 黃 邱 雁 朱 斌

直流系統是發電廠的重要組成部分，為繼電保護裝置、斷路器操作、各類信號回路、事故照明提供電源。直流系統供電的可靠性，關系到繼電保護及斷路器能否正確動作，會影響整個電站的安全運行。而直流屏至蓄電池組、至UPS、至逆變屏的連接電纜及蓄電池連接線選型結果，直接影響事故情況下電站直流系統供電的可靠性。目前各大直流系統廠家只是憑借經驗對直流系統電纜進行選型，缺少具體和規范的計算。本文通過國家及行業標準規范中對直流系統電纜選型的要求，以某水電站具體實例對電纜選型計算方法進行總結，給新建或改造的直流系統在電纜選型方面提供借鑒。

1 直流屏至蓄電池連接電纜選型

1.1 電纜截面計算原則

電纜截面應按電纜長期允許載流量和回路允許電壓降兩個條件選擇，按下列公式計算：

式中：Ipc為電纜允許載流量（A）；Ica1為回路長期工作計算電流（A）；Scac為電纜計算截面（mm2）；ρ為電阻系數（對于銅ρ=0.0184Ω·mm2/m）；L為電纜長度（m）；Ica為允許電壓降計算電流（A）；ΔUP為回路允許電壓降（V）。

允許電壓降計算電流Ica應取事故停電時間的蓄電池放電率電流和事故初期（1min）沖擊放電電流兩者中的較大者。

1.2 某電站1500Ah蓄電池連接電纜截面選型計算

各參數取值：

式中：Id.1h為事故停電1h的蓄電池放電率電流；Icho為事故初期（1min）沖擊放電電流。

取Ica1=644A。

蓄電池出口電纜計算電流為1.05倍蓄電池1h放電率電流：

按676.2A計算電流載流量可選取1根截面為400mm2的銅芯電纜。

（1）根據壓降計算電纜截面：

根據規程DL/T 5044，蓄電池出口電纜允許的電纜壓降為0.5%Un≤ ΔUp≤1%Un，按ΔUp=1%Un取值，ΔUp=2.2V，計算電纜截面積為：

通過以上計算，電纜需選取1根截面為500mm2的銅芯電纜。

（2）根據載流量選擇電纜截面：

選用1 根截面為5 0 0 m m2的銅芯電纜，則電纜的載流量為885A>676.2A，所以選用1根截面為500mm2的銅芯電纜可滿足載流量要求。

綜合（1）、（2）電纜選擇結果：ΔUp=676.2×0.0184×2L/S=676.2×0.0184×2×40/500=1.98V＜1%Un，符合要求。故蓄電池出口正、負極電纜各選取1根型號為ZAVV－1×500的電纜時完全滿足載流量和壓降要求。

2 直流屏至UPS連接電纜選型

某水電站直流屏至UPS的距離為60m，UPS容量為20KVA。

各參數取值：

式中IUn為裝置的額定功率/直流電源的標稱電壓，η為裝置的效率。

（1）根據壓降計算電纜截面：

允許電壓降ΔUp=3%Un～6.5%Un，按6.5%取值，ΔUp=14.3V。

可選取截面為16mm2的二芯銅芯電纜，ZAVV－2×16。

（2）根據載流量選擇電纜截面：

選用截面為25mm2的二芯銅芯電纜，則電纜的載流量為122.551A>85.56A，截面為25mm2的二芯銅芯電纜可滿足載流量要求。

綜合（1）、（2）電纜選擇結果：ΔUp=85.56×0.0184×2L/S=85.56×0.0184×2×60/25=7.55V＜6.5%Un，符合要求。故選擇型號為ZAVV－2×25的電纜完全滿足載流量和壓降要求。

3 直流屏至逆變屏連接電纜選型

某水電站直流屏至電站逆變屏的距離為60m，逆變電源容量為30KVA。

各參數取值：

式中IUn為裝置的額定功率/直流電源的標稱電壓，η為裝置的效率。

（1）根據壓降計算電纜截面：

允許的ΔUp=2.5%U n ～5%Un，按5%取值，ΔUp=11V。

可選取截面為35mm2的二芯銅芯電纜，ZAVV－2×35。

（2）根據載流量選擇電纜截面：

選用截面為35mm2的二芯銅芯電纜，則電纜的載流量為148.35A>128.34A，截面為35mm2的二芯銅芯電纜可滿足載流量要求。

綜合（1）、（2）電纜選擇結果：ΔUp=128.34×0.0184×2L/S=128.34×0.0184×2×60/35=8.10V＜5%Un，符合標準要求，故選擇型號為ZAVV－2×35的電纜完全滿足載流量和壓降要求。

4 蓄電池組連接線選型

蓄電池組完全充電后，以3I10持續放電，在蓄電池端子根部側記兩蓄電池之間的連接條電壓降，平均值不大于8mV。

以某水電站1500Ah容量蓄電池為例，計算其連接線線徑。

相鄰兩個蓄電池間連接線允許壓降ΔU=0.008V，允許電壓降計算電流I=3I10，現場測量連接線平均長度L=0.17m，1500Ah蓄電池I10=150A。

連接線截面：

S=ρLI/ ΔU=0.0184×0.17×3×150/0.008=176mm2

由于相鄰兩個蓄電池之間的連接線為2根，故單根連接線截面應不小于88mm2，采用ZAVV-1×95銅芯電纜。

結論：直流系統電纜截面的大小，直接影響系統在事故放電情況下放電穩定性，若選取的電纜截面過小，會引起放電過程中負荷側電壓過小，電纜發熱嚴重，甚至有燒毀的危險；若截面過大，成本將大大增加。本文通過對電纜選型計算，使電纜選型得到最優值，既能保證直流系統安全穩定運行，又將成本控制在合理區間。