500千伏输变电工程项目可行性研究报告

500千伏输变电工程项目可行性研究报告500千伏输变电工程项目可行性研究报告（本文档为word格式,下载后可修改编辑！）

目录1、工程概述2、系统部分3、线路路径方案4、路径断面方案比选5、电缆选型6、工程设想7、投资估算1、工程概述本报告为进线部分说明书，仅对某某变电站本期二回500kV进线相关的技术问题进行说明，其它部分不在此重复阐述。1.1工程建设规模500kV某某变电站站址位于成都北路以西，山海关路以南，大田路以东，北京西路以北，进出线均采用电缆形式，在隧道内敷设。其中进线采用3回500kV电缆，输送容量1000MW。本期建设2回，均从500kV三林变电站受电。500kV电缆采用隧道方式敷设，目前有4个备选路径方案，总长度为15.6～19.9km。1.2设计依据和范围1.2.1 设计依据某某电力公司上电计字2014第132号“关于委托500kV某某输变电工程初步可行性研究的函”；某某电力公司发展计划部2015年1月10日关于500kV某某变电站主变规模论证会议的会议纪要。1.2.2 设计范围本可行性研究报告对某某首次使用的长距离500kV电缆的选型、敷设、施工注意事项进行了阐述。在本报告的估算书中，仅计算了500kV电缆2回（本期建设规模）的建设费用，线路长度按照推荐路径方案考虑。1.3设计规范性文件a．《电力工程电缆设计规范》（GB-50217-94）b．《发电厂，变电站电缆选择与敷设设计规程》（SDGJ-89）c．《高压电缆选用导则》（D2-401-91）d．《高压配电装置设计技术规程》（SDJ5-85）e．《电力设备接地技术规程》f．《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-1998）g．《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》（GB50168-1992）h.《电缆防火措施设计和施工验收标准》（DLGJ154-2000）I．《交流电气装置的接地》（DL/T621-1997）J．《高压充油电缆施工工艺规程》（DL453-1991）k.《电缆载流量计算》（JB/T10181.1-10181.6-2000）2、系统部分根据华东电力设计院“500kV某某变电站接入系统”的研究，某某站远景建设3台1500MVA的主变，本期建设2台1500MVA主变，均通过500kV电缆从浦东方向的500kV变电站受电，本期2回来自三林变电站。某某站500kV主接线方式采用线路变压器组方式。为满足某某站的安全可靠供电，本期500kV电缆应满足正常情况下每回1000MW，事故情况下每回1500MW的输送容量。3、线路路径方案500kV某某变电站本期建设2回电缆，均来自500kV三林变电站。结合中心城区道路网规划及某某园区道路规划，设计了4个路径方案。下面将对该4个方案的走向，沿途穿越轨道交通情况，线路长度进行介绍；并通过各方面综合论证提出推荐方案。3.1路径方案介绍3.1.1路径方案一南北高架路、斜土路、南车站路、花园港路、沂南路、浦三路、北艾路、锦绣路方案500kV电缆自北京西路出线后向东敷设至成都北路南北高架立交后折向南，沿南北高架路向南至斜土路，沿斜土路向东至南车站路，再沿南车站路向南至花园港路穿过黄浦江。过江后沿沂南路向东至浦三路，沿浦三路向南至北艾路，沿北艾路向东至锦绣路，沿锦绣路向南至三林500kV变电站。该路径方案穿越轨道交通情况：己建地铁Rl线、R2线各1次；在建轨道交通M4、M8线路各1次；规划轨道交通M5线3次、M6、M1、R4、L4、M7各1次；已建磁悬浮1次。全线长15.6公里，全部为新建电力隧道。3.1.2路径方案二北京路、西藏路、海宁路、河南路、普育西路、国货路、南车站路、花园港路、沂南路、浦三路、北艾路、锦绣路方案。500kV电缆自北京西路出线后向东至西藏路，接入在建西藏路隧道，沿西藏路隧道向北至海宁路，沿海宁路向东至河南路，沿河南路向南至陆家浜路，穿过陆家浜路，沿普育西路向南至国货路，再沿国货路向西至南车站路，沿南车站路向南至花园港路穿过黄浦江。过江后沿沂南路向东至浦三路，沿浦三路向南至北艾路，沿北艾路向东至锦绣路，沿锦绣路向南至三林500kV变电站。该路径方案穿越轨道交通情况：M1—M2车站、M1—R2车站、M1—M6车站3座地铁盎交汇点车站；已建地铁R1线1次；在建轨道交通M4线1次；规划轨道交通R4、L4、M7、M5线各1次；已建磁悬浮1次。全线长17.5公里。其中新建16.7公里，已建0.8公里。3.1.3路径方案三北京路、西藏路、海宁路、吴淞路、中山路、浦电路、南泉路、临沂北路、浦三路、北艾路、锦绣路方案该方案拟利用外滩(中山东路)建设地下道路契机，将电力隧道与地下道路结合起来。500kV电缆自北京西路出线后向东至西藏路，接入在建西藏路隧道，沿西藏路隧道向北至海宁路，沿海宁路向东至吴淞路，沿吴淞路、中山东一路、中山东二路、中山南路至王家码头路，穿越黄浦江，沿浦电路向东至南泉路，沿南泉路、临沂北路向南至浦三路，沿浦三路向南至北艾路，沿北艾路向东至锦绣路，沿锦绣路向南至三林500kV变电站。该路径方案穿越轨道交通情况：M1车站1次；已建地铁Rl、R2线各l次；在建轨道交通M4线1次；规划轨道交通MI、M2、M6、R4、L4、M7、M5线路各1次；已建磁悬浮1次。全线长19.9公里。其中新建19.1公里，已建0.8公里。3.1.4路径方案四北京路、西藏路、海宁路、新建路、浦东南路、浦电路、南泉路、临沂北路、浦三路、北艾路、锦绣路方案500kV电缆自北京西路出线后向东至西藏路，接入在建西藏路隧道，沿西藏路隧道向北至海宁路，沿海宁路向东至新建路，沿新建路向南，穿越黄浦江至浦东南路，沿浦东南路向南至浦电路，沿浦电路向东至南泉路，沿南泉路、临沂北路向南至浦三路，沿浦三路向南至北艾路，沿北艾路向东至锦绣路，沿锦绣路向南至三林500kV变电站。该路径方案穿越轨道交通情况：M1车站、R4车站2座车站；已建地铁R1、R2线各1次；在建轨道交通M4线1次；规划轨道交通M1、M2、M6、R4、L4、M7、M5线路各1次；已建磁悬浮1次。全线长19.7公里。其中新建18.9公里，已建0.8公里。3.2路径方案比较3.2.1方案比较原则三林～某某电力隧道长达十数公里，其间经过的地形情况十分复杂。城区内道路和建筑密集，既有高架道路，又有轨道交通，还要穿越黄浦江。工程实施难度大、造价高，选线过程中应遵循以下几项原则：(1)结合中心城区规划、某某会规划。统一规划，分步实施；三林～某某电力隧道应以中心城分区规划为依据，结合正在编制的某某园区总体规划。具体而言，选线应以规划中心城道路网、某某园区道路规划为依据选择合理的隧道走向。(2)尽可能短的隧道长度，以降低工程造价；电力隧道是一项复杂的电气工程，耗资巨大，单位造价高达上亿元/公里。减少电力隧道的长度，对于降低工程造价效果是最显着的。因此，应尽可能减少电力隧道的长度，降低工程造价，减少投资。(3)电力隧道的走向应尽可能顺直；受施工技术的限制及电缆刚性结构的影响，电力隧道的弯曲半径不可能很小，由此对隧道的线形设计产生了一定的限制。而城市道路基本均为十字相交，电力隧道转向多为90度直角，遇到路幅较窄、路口建筑密集，工作井难以落实的情况，处理难度更大。因此，电力隧道的走向应尽可能顺直，减少转弯，尤其应避免大转角的转向。(4)尽可能避免与轨道交通线共线设置，减少实施难度、避免相互影响；某某地区因地质构造因素，地铁线路的建设深度一般都较北方岩土地基隧道浅。通常，常规线路段地铁隧道顶部距地面约14～15米，在靠近车站处则较浅，而：车站与地面间间距则更小。因此，如果电力隧道与地铁隧道共线建设，两者间的相互距离关系较难处理。尤其在穿越地铁车站时，车站一般沿地铁线路布置距离较长，埋深又浅，电力隧道穿越难度更大。(5)尽可能减少与轨道交通线的交叉穿越，避免穿越车站及换乘枢纽；电力隧道交叉穿越地铁线路的实施难度要小于与地铁线路的共线布置，通常在地铁线路的上方穿越过去。但地铁在一些主要的道路口多设有车站，在有些情况下电力隧道与轨道交通线相交的位置就位于地铁车站。因此，应尽量减少电力隧道与轨道交通线的交叉穿越。(6)过江点选择应尽可能避开黄浦江大桥；选择合理的过江点也是三林～某某电力隧道整个选线工作的至关重要的环节。过江点选择应根据陆上隧道走向，结合浦江两岸的道路布局来布置。从电力隧道的大体布局来看，过江点应基本位于卢浦大桥下游至陆家嘴之间，其间最大的市政设施为南浦大桥。南浦大桥在浦江两岸均有结构庞大的引桥，引桥下桩位密布，电力隧道要从中穿越十分困难。因此，过江点应尽量避开南浦大桥引桥区域。(7)在建西藏路电力隧道受规模限制难以结合利用，应另辟南北向主通道；西藏路电力隧道在规划建设阶段，仅仅考虑为周边规划220KV变电站服务，在建隧道由于避让轨道交通，起伏较大，其规模、容量对满足500kV主通道的设计要求有一定困难。而且，因西藏路电力隧道设计时尚未考虑与三林～某某电力隧道的接口问题，对接难度很大。因此，应另辟一条南北向主通道，以布置500kV电缆及同路由的220kV电缆。(8)应结合城区范围内的220kV变电站布置。此次三林～某某电力隧道并不仅仅用作某某变电站500kV电缆进线的通道，它也是中心城区内重要的电力输送通道。根据某某市政府要求架空线入地的文件精神，今后市中心城区将主要采用电缆输电方式。而随着城市的飞速发展，电缆敷设路径的选择也日益艰难，三林～某某电力隧道建成后将成为连接市中心重要电力枢纽的主要干道。因此隧道路径的选择也应结合周边变电站的布置和电力负荷输送的需要。3.2.2各路径方案的优劣电力隧道建于道路之下，需穿越多条轨道交通线，尤以穿越轨道交通线交叉点（一般位于道路口）和穿越车站难度最大，穿越线路其次。在电力隧道穿越的市内众多轨道交通线中，已建线路有R1、R2线，在建线路有M4、M8线，其余均为规划线路。下表中列出了4个方案的穿越情况过江位置结合地铁建设长度（km）穿越轨道交通交汇点次数穿越轨道交通车站次数穿越轨道交通线路次数其它全长（km）方案1某某园区北侧12磁悬浮1次15.6方案2某某园区北侧3.136磁悬浮1次17.5方案3王家码头浦电路0.7110磁悬浮1次19.9方案4新建路浦东南路0.7210磁悬浮1次19.7参照上表并结合前面所述方案比较原则对4个路径方案进行对比：(1)路径方案一优势： 将电力隧道布置于南北高架道路下的慢车道及人行道，同时利用斜土路拓宽契机，将电力隧道设于斜土路下； 过江点选于某某园区东北侧核心区之外的边缘地带，避开了某某会主要场馆区； 隧道长度最短，经济性、可实施性最优；虽然全线穿越12次轨道交通线路，但全线与轨道交通线无共线，比较容易实施；全线没有穿越轨道交通交汇点或车站；不利用西藏路在建隧道；通过扩大电力隧道的规模和容量，将与主信道同路由的8回220KV电缆纳入隧道中，为永嘉、济南、瑞金、宛平、南市5座220kV变电站提供电源，地下空间集约化开发效果明显，极大地缓解了南北向道路的电力排管资源紧张的压力。劣势： 有12处穿越轨道交通线路(其中已建2处，在建2处)； 路径沿已建南北高架建设，高架桥梁地下密布桩位，电力隧道要从中穿越，首先必须清晰掌握地下桩位的分布状况，设计合理的穿越方案。(2)路径方案二优势： 利用河南路新辟电力隧道； 过江点选于某某园区东北侧核心区之外的边缘地带，避开了某某会主要场馆区； 路径长度比方案一略长，经济性仅次于方案一； 穿越地铁线路6次，穿越次数最少； 将500kV主通道与至山东站、复兴站、南市站的5回220kV电力线通道结合起来建设，有效节约利用地下空间资源。劣势： 在河南路与规划轨道交通M1线共线设置，相互影响较大，对双方布局均有限制；需穿越3座地铁交汇点车站，实施难度极大；需利用部分西藏路在建电力隧道。(3)路径方案三优势： 利用外滩建设地下道路的契机，将电力隧道结合在一起建设；因中山路一侧绿化用地较多，有利于电力隧道施工作业井的设置，因此实施条件较好；过江点在南浦大桥北侧，实施时对大桥无影响；与方案二一样，电力隧道可以兼顾山东站、复兴站、南市站的5回220kV电源进线，地下空间集约化开发程度高。劣势： 外滩地下道路尚处于设计招投标阶段，建设周期较难与电力隧道建设周期合拍；路径长度最长，经济性较差；与规划轨道交通共线0.7km，有一定影响；穿越轨道交通10次，轨道交通车站1次，较难实施；需利用部分西藏路在建电力隧道。(4)路径方案四优势： 在浦西通道无法落实的情况下，在浦东开辟一条通道；越江点位置较优，越江点临近规划提篮桥220kV变电站；提篮桥站原本规划就有220kV越江电缆通道，浦西侧施工作业井的位置均已预留，建设条件较好，可以考虑将提篮桥站的220kV电缆进线纳入500kV主通道中，一并解决电缆过江问题；方案路径大部分位于浦东地区，空间较浦西宽敞，也有利于工井及施工作业场地的布置。劣势： 方案南北向通道主要在浦东，无法兼顾各220kV变电站的电源进线； 路径长度较长，经济性较差；与规划轨道交通共线0.7km，有一定影响；穿越轨道交通10次，轨道交通车站2次，较难实施；需利用部分西藏路在建电力隧道。3.3推荐方案综上所述，方案一较其它3个方案有着较为明显的优势：无需穿越地铁车站和交汇点、路径长度最短、经济性最优、实施难度最小、集约化利用地下空间效果最明显，因此作为三林～某某电力隧道的推荐方案。经初步现场踏勘，该方案基本可行，但仍需靠虑下述问题：(1)自某某站出线后，为避让高架路的地下桩位，又不致因施工封路造成对道路交通的影响，电力隧道拟设于南北高架道路西侧人行道、慢车道下。现状人行道、慢车道下各类市政管线密布，如工作井设于上方，必然导致这些管线的搬迁。为此，经初步考虑，工作井位拟尽量向道路红线外侧避让，既要避开市政管线的干扰，又要满足盾构施工的要求，井位应尽可能结合道路边的绿地建设，做到施工时既不对交通造成重大影响，施工完成后又能完全恢复绿地，不致影响城市景观。(2)在南北高架段隧道需穿越已建地铁R1线和R2线，可在下一步工作中根据地铁深度研究上穿或下穿的穿越方案。对全线穿越的其它10条规划地铁线路，应明确电力隧道应该上穿地铁线路，可结合地铁线路的设计研究穿越点电力隧道的建设深度，明确双方在地下的空间距离关系。(3)在南北高架段还需穿越延安路高架立交和徐家汇路地下立交。南北高架与延安路高架立交地下桩位十分密集，拟将穿越点设于南北高架西侧延安路立交立柱间，相邻立柱间距约32米，可利用盾构技术一次穿越。徐家汇路地下立交路面高程约9米，电力隧道拟从地下立交下部穿越，同时，沿徐家汇路东西走向的规划地铁R4线应在电力隧道的下方穿越。三者空间距离关系应进一步衔接起来。(4)斜土路西段（南北高架路－西藏路）现正进行拓宽工程，应尽快结合其动迁及市政管线的敷设，将工作井位预留并控制，以利将来电力隧道的施工建设。(5)电力隧道需穿越某某会区域。目前，某某会道路网正在深化设计阶段，隧道工作井位与隧道管位设计应结合某某园区规划逐步深化。(6)浦东区域浦三路与北艾路管位条件尚好，锦绣路部分路段为规划道路，尚未辟筑，可在下一步工作中进一步落实管位与工作井位。3.4电缆实际长度在路径方案中描述的长度均是隧道路由长度，电缆在隧道内敷设还需考虑蛇行敷设的增加系数，线路曲折系数，电缆接头预留长度，隧道高低落差引起电缆增加的长度等。根据路径方案一长度15.6km计算出电缆需要的实际长度为17.35km（包括站内电缆敷设长度）。本工程500kV隧道路径方案一从北京路至锦绣路全长15.6km（以道路中心处作为计算点），接入变电站的进线隧道某某站侧0.15km、三林站侧0.08km。因此方案一隧道全长15.83km。隧道内电缆线路长度的确定需考虑电缆蛇形敷设布置、电缆线路曲折系数和接头所需要的裕量、因隧道建设时穿越地下交通、黄浦江等造成隧道高低起伏所引起电缆长度的变化等因素。3.4.1蛇形敷设布置电缆修正系数在可研报告中已提出隧道内的500kV电缆全线采用柔性水平蛇形布置,水平段蛇形节距为9.8m，蛇形单侧幅度260mm。根据公式算得电缆线路每公里增加系数为1.0082。15.83x1.0082=15.96km3.4.2电缆线路曲折系数和接头所需要的裕量前面所述的隧道长度仅为图纸设计时的直线长度，在实际实施时隧道路径会有一些曲折，同时电缆在隧道内敷设时也会比设计长度有部分额外的增加，因此应考虑线路曲折系数。电缆完成接头时则需在接头处预留一些裕量。根据以往电缆敷设经验，在电缆分段长度的基础上，再增加线路曲折系数1.01电缆接头的0.006km裕度，其公式为：电缆分段长度×1.01+0.006(km)。15.96x1.01+0.006x42=16.38km3.4.3隧道高低起伏所引起电缆长度的变化隧道路径方案一共穿越地下轨道交通12次，黄浦江1次。对黄浦江和部分深度较大的地下隧道交通线穿越时需采用竖井方式，共计竖井7座，每座竖井内敷设电缆长度0.05km；其余穿越利用隧道的起伏完成，由此引起电缆长度增加0.15km。所以因隧道高低起伏所引起电缆长度的变化共计0.5km。由以上计算可知，采用路径方案一在隧道内敷设的电缆长度为16.88km。3.4.4电缆线路的总长度还应包括两侧变电站内敷设电缆的长度。a、500kV某某站：根据目前方案，隧道进口标高约为-11.5～-16.5m，然后向下进入-31.5m层，在该层水平敷设至500kVGIS（布置在-26.5m层）下方，向上进入电缆GIS终端，考虑实际敷设路径，某某站内电缆长度约0.12km（垂直段20+8+水平90米）。b、500kV三林站：该站目前尚未审查，方案待定，根据规划设计院提供的站址，站内二回电缆长度（至围墙的电缆隧道处）分别暂按0.17km和0.2km考虑。目前情况见图。综上所述，路径方案一实际电缆线路总长度为17.2km。

4、路径断面方案比选4.1北京西路沿线隧道北京西路沿线隧道是某某站进出线的主要通道，需按照敷设500kV电缆3回，220kV电缆5回，预留3～4回220kV电缆考虑。根据计算，要满足上述的敷设要求至少需采用内径为4m的隧道形式，隧道断面和电缆布置方式如图4.1-1：图4.1-1从图4.1-1可知，4m内径的隧道要满足规划回路数的电缆敷设空间比较紧张。因为内径超过3.4m的隧道均需采用盾构方式施工，而盾构方式下不同直径的隧道断面投资变化相对较小，所以我们将隧道直径适当放大进行设计比较。根据图4.1-1和图4.1-2中断面比较，内径4m的隧道是满足电缆敷设规划要求的最小断面，投资相对较小。但是内部空间比较狭窄：检修通道仅有0.85m，该宽度满足一般电缆隧道通道要求，但500kV电缆可能需在现场完成接头的注塑工作，0.85m的宽度就不能满足要求，需在500kV电缆接头安装时拆除对侧支架；三回500kV电缆共享一个接头区，在立柱另一侧的电缆要换位到接头区完成接头有一定难度，换位处的支架需特殊设计；两侧的支架安装比较困难，两侧电缆敷设时需对电缆进行换位，以保证接头工作在相对空间较宽裕的中间部分进行。内径4.8m的隧道分上下双层结构，三回500kV电缆均布置在左下区，运行管理比较便利。检修通道达到0.9m和1.0m，隧道内接头布置与支架安装均比内径4m的隧道合理。并且根据断面可知除3回500kV电缆外最多可敷设10回220kV电缆，完全能满足规划要求。缺点是采用双层隧道布置后下层通道高度约1.90m，上层通道高度在1.45m～2.02m之间（顶面为弧形），超过1.90m高度的通道宽度为0.45m，对施工和运行人员的正常工作带来一定影响。另外随着断面的增大，隧道的投资也必然增加。内径5.3m的隧道同样分上下双层结构，500kV电缆的布置位置与内径4.8m的隧道相同。因空间较大，上下层通道均满足宽1.0m，高不小于1.9m的要求，符合通常电缆运行工作需要。电缆回路数可保证3回500kV，10回220kV敷设，并且预留了隧道内各种辅助装置的布置空间。隧道投资随截面增大有所增加。图4.1-2比较上述三种隧道截面，随着直径的增大投资也有所增加，但因三种截面均需采用盾构方式施工，投资增加幅度不大。而4m和4.8m的截面布置形式均以牺牲部分安装运行的便利性为代价，在日后施工和维护中需采取一些特定的措施。所以综合相比之下，内径5.3m的隧道最符合电缆施工运行的要求。4.2黄浦江北岸隧道黄浦江北岸隧道需按照敷设按500kV电缆3回，220kV电缆2回，预留3～4回220kV电缆考虑。根据现有地下管线施工方式，隧道截面直径小于3.4m可使用顶管施工，大于3.4m则需要使用盾构方式施工。通过计算，按照黄浦江北岸隧道内电缆敷设的要求，3.4m直径的隧道截面不能满足。所以必须采用盾构方式进行施工。因此我们仍使用上述的三种断面内径进行比较，内径4m和4.8m的隧道形式，隧道断面和电缆布置方式如图4.2-1：内径4m的隧道布置与前面基本相同，主要是增加了接头区的数量。这样500kV电缆无需穿至另一侧完成接头。但通道仍比较狭窄，两侧支架影响500kV电缆接头安装，两侧电缆敷设较困难等问题依然存在。内径4.8m的隧道仍分上下双层结构，三回500kV电缆布置在下半区。下层检修通道宽1.0m，高1.85m；上层检修通道宽0.9m，高度在1.43m～2.0m之间（顶面为弧形），基本可满足运行工作需要。隧道内的电缆布置空间则比较宽裕，可预留隧道内各种辅助装置的布置空间（若有需要该空间也能多布置2～3回电缆，整个布置空间也可再优化）。图4.2-1内径5.3m的隧道布置如图4.1-2中所示。在这种规划条件下，4m、4.8m、5.3m的隧道直径都基本可满足电缆敷设的要求，但也都有各自的缺陷。4m隧道信道较窄，4.8m隧道通道高度有限。而5.3m的隧道能满足更多回路数的敷设，空间略显浪费。应该充分结合路径沿途的实际情况针对不同条件选择最适合的断面。4.3黄浦江南岸隧道黄浦江南岸隧道需按照500kV电缆3回，预留3～4回220kV电缆考虑，在此情况下3.4m直径的隧道也能满足规划的要求。如前所述，3.4m及以下直径隧道可使用顶管方式施工，费用与盾构方式相比有较大的节省。因此对该部分的隧道采用内径为3.4m和4.0m的隧道进行比较，隧道形式，隧道断面和电缆布置方式如图4.3-1：因为线路敷设回路数较少，采用支架两侧布置的方式后内径3.4m的隧道即可满足规划要求，检修通道宽度大于1.2m。该方式截面较小，路径选择比较灵活。并且可以采用顶管方式施工，投资节约。但是最上层支架布置电缆略显局促，并且有一回电缆无专设接头层，需在同一层支架上布置2根电缆和一个接头。内径4.0m的隧道则避免了以上问题，检修通道宽度达到1.5m，并且内部布置相对宽松，在必要情况下有水喷雾装置放置的空间。但该直径需要采用盾构施工。图4.3-14.4断面选择在以上章节中根据不同的电缆敷设规划要求进行了断面设计和比较，也罗列了在不同情况下各种断面的优缺点。但断面的优劣在不同的外部条件下并不具备唯一性。某某的地下空间比较紧张，本次隧道路径方案沿线均穿越大量的已建或规划地下交通管线和车站，在隧道施工时如何减小相互之间的影响是必须考虑的问题。因此应根据路径沿线的实际情况，因地制宜，对不同路段选择最适合，最具备可操作性的截面形式。以上截面也应在实际施工时不断改进。5、电缆选型5.1500kV电缆型式比较在110kV以上及电压等级的高压电缆线路中，某某目前普遍使用的是充油电缆（简称OF电缆）和交联聚乙稀电缆（简称交联电缆）。由于绝缘材料和结构都不同(前者属复合介质的油纸绝缘，后者属单一介质的挤塑绝缘)，它们的性能特点有较大差异、二者的使用条件和适用场合也有所不同。500kV某某站进线电缆的选型是本工程建设中一个重要的组成部分，充油电缆和交联电缆是目前可供选择的两种主要型式，在本工程中，选择哪一种电缆更为合理、安全和经济，需要进行详细的技术性和实施性比较。具体介绍如下：5.1.1500kV充油电缆和交联电缆技术性能比较5.1.1.1充油电缆充油电缆的结构特点是用低粘度的绝缘油充入电缆绝缘内部，并由供油设备供给一定的压力以消除绝缘内部产生气隙的可能性，因而可以取得高电位梯度，可以达到绝缘厚度小、外直径小、电容量大。它主要应用于高电压、大容量的场合。5.1.1.2交联电缆交联电缆是“固态”绝缘的代表产品。聚乙烯树脂本身是一种常温下电性能极优的绝缘材料。用辐照或化学方法对它进行交联处理，使其分子由原来的线型结构变成网状立体结构，从而改善材料在高温下的电性能和机械性能。用这种材料作高压电缆的绝缘可以不用绝缘油之类的液体，是一种干式绝缘结构。5.1.1.3充油电缆和交联电缆优劣比较充油电缆交联电缆优点可靠性高电气性能优越绝缘监督手段成熟良好的耐热性和机械性能运行经验丰富敷设安装方便适用于更高电压等级电容电流较低缺点敷设安装不便高电压等级运行经验不成熟落差受限制监测试验手段不足根据以上比较可知，在技术上充油电缆和交联电缆都具备了满足500kV电压等级运行的条件。充油电缆的可靠性高，运行经验丰富。但因其结构限制受外界影响较多，建设和安装过程复杂。交联电缆相比之下是较新的技术，运行时间短，经验少。不过其优越的电气性能、突出的热性能和机械性能、良好的防火性、安装的便捷使它在近年来敷设长度激增。对于交联电缆的在线监测目前有光缆测温等方式正在研究和试验中，随着国际上交联电缆应用的不断增加，对运行过程监控的日益重视，这个问题一定会在短时间内得到解决。5.1.2500kV充油电缆和交联电缆施工可行性比较5.1.2.1充油电缆在工程实施中需要解决的问题：充油电缆因采用油作为绝缘介质，具有可燃性，在事故情况下可能发生火灾，因此对敷设电缆的隧道有消防设施要求。需要全线设置水喷雾系统。根据某某电力公司的相关规定，充油电缆不能直接接入地下变电站，以避免事故发生时的交叉影响。因此在电缆接入变电站前需转换成交联电缆。目前变电站设计时环保部门对变压器的油污排放有一定要求，使用充油电缆可能有同样问题发生。在500kV某某变电站进线工程中推荐的是不设置接头区的方案，该方案虽然隧道断面大，增加了部分投资，但是可以避免隔一定距离必须设置占地面积较大的工井。在某某地下空间日趋紧张的现状下，工井的设置将是影响工程实施的重要问题。但如果使用充油电缆，则必须设置塞止工井。因500kV某某变电站采用地下变电站形式，电缆进站位置在地下20m左右。而进线来自500kV三林变电站，电缆终端位置在地面上方，这就造成一定的落差。同时本次500kV电缆进线通道截面较大，路径需穿越黄浦江，与某某市的几条地下交通也有交叉，因此沿路高低起伏较大。充油电缆因其结构限制，较大的落差对其敷设和设计有一定影响。5.1.2.2以上问题的解决方案：a.水喷雾系统的设置本工程电缆隧道内消防采用水喷雾灭火系统。系统包括消防水泵房、湿式雨淋阀和高速水雾喷头。由于本工程隧道距离较长，故沿程设置6座消防泵房。发生火灾时，沿电缆隧道敷设的火灾探测器如感温电缆等报警，联动关闭发生火灾的防火分区的防火门隔断（根据防火要求，本工程缆隧道每隔100米设置一个防火分区，以防火门隔断），同时打开电接点雨淋阀。隧道内水喷雾系统产生的消防废水和少量的结构渗水沿隧道内的纵向排水沟汇隧道最低点，本工程隧道内设置五个最低点，每个最低点设置排水泵房一座，共设6座排水泵房。出水管采用管径为DN200的无缝钢管，出水管沿隧道纵向敷设，从就近的风井穿出，经地面压力出水井后，排入就近市政雨水干管。充油电缆中的绝缘油虽然具有可燃性，但故障后发生燃烧的概率较小。在国际上专用电缆隧道内敷设充油电缆并没有必须采用水喷雾系统的强制性规定，可采用防火槽盒的方式进行防护。建议本工程中也采用防火槽盒加防火包带的方式。若必须设置水喷雾系统，则因该系统设备复杂，协调工作量巨大，将大大增加工程实施的难度。电缆接入变电站的方式采用通过过渡接头连接的方式将充油电缆转换成交联电缆。500kV电缆的过渡接头根据我们目前掌握的资料来看国际上还没有使用的先例，并且接头的外部尺寸相当大，要求放置过渡接头的工井尺寸需有额外的增加。由于过渡接头的设置位置在电缆接入变电站前，因此建议该工井的用地申请和建设能够与地下变电站本体建设相结合。另一个方案是在变电站内专设一个房间供电缆进线使用，充油电缆进入房间后再通过通管对接的方法接到GIS。这需要增加一定的费用，并修改变电站内部布置设计。因为500kV过渡接头目前尚无成熟产品，因此若采用充油电缆拟使用通管方案。充油电缆绝缘油处理方式在正常运行情况下充油电缆的绝缘油不会发生泄漏。事故发生后电缆运行部门会派专业人员到现场对接头处的油槽进行处理，不直接进入排水系统。供油点处工井设置根据可研报告中的设计，本工程全线共分为7个独立油段，每个油段两侧设立塞止接头，并在该处工井中布置压力油箱。因此全线需要设置至少6处塞止工井，另外在两端的变电站内也要选择适当位置布置压力油箱。其中某某变电站是地下变电站，因此需对变电站布置进行修改。塞止工井可以结合隧道的通风井或工作井一起建设，但占地面积将有所增加。在不考虑隧道所需通风设施的安放情况下每个工井需占用不小于7mx4mx15m的空间。但在穿越黄浦江隧道时可利用电缆竖井进行分层布置。高落差油压设计本电缆线路沿途敷设上下落差较大，因此我们在设计中可采用中油压电缆和低油压电缆相结合的方式，在上下落差大的部分采用中油压电缆，以提高电缆允许的稳态和暂态压力，将油箱布置在线路的高侧，充分利用压力油箱的吞吐量，使电缆中的油压基本稳定。5.1.2.3交联电缆在工程实施中需要解决的问题：500kV交联电缆目前没有预制式接头，敷设时需在现场进行挤塑施工。根据东京电力提供的新丰州线路敷设资料，在现场接头时要实行净化操作，达到工厂内生产环境。同时现场制作接头因需要一定设备，所需空间较大。500kV交联电缆接头目前尚无确定的检测手段，敷设完成后的竣工验收及运行中的检测无确定标准。5.1.2.4以上问题的解决方案：在线路施工时可要求生产厂家完成现场接头工作，并将相关质量保证内容列入合同。现场环境要求可以通过严格管理做到规定的标准。在工程安装时派人现场学习，工程结束后引进使用设备。通过本工程学习先进施工技术，提高电缆敷设安装水平，确保今后运行检修顺利完成。由生产厂家对线路安全运行提供质量保证。另外在本工程实施前广泛搜集国内外先进的交联电缆在线检测手段，采用最新技术和标准进行设计施工。5.1.3综合分析根据以上比较，本次500kV某某输变电工程中充油电缆和交联电缆在技术上都具备了实施的条件。充油电缆因为国际上运行时间长，经验较丰富，在运行中有一些优势；交联电缆发展时间相对较短，但其设计弥补了充油电缆的部分缺陷，所以增长势头很快。在工程实施中交联电缆具有明显的优势，充油电缆则涉及到许多与其它部门的协调工作。特别是若必须采用水喷雾系统将使充油电缆的实施可行性大大降低。因此本工程推荐采用交联电缆。5.2电力电缆的感应电压5.2.1电缆感应电压产生和原因单芯电缆在三相交流电网中运行时，导体电流产生的一部分磁通与金属护套相链。这部分磁通使金属护套产生感应电压，感应电压数值与电线排列中心距离和金属护套平均半径之比的对数成正比，并且与导体负荷电流、频率以及电缆的长度成正比。单芯电缆金属护套如采取两端接地后，金属护套感应电压会在金属护套中产生循环电流，此电流大小与电缆间距等因素有关。根据规程，电缆金属护套任一点非接地处的正常感应电压，应符合：未采用不能任意接触金属护层的安全措施时，不得大于50V；除了上述情况外，不得大于100V；上述规定是与IEC364－4－41（1982）要求是一致的，但是如果考虑人员穿绝缘靴的情况，按“手与手”可能形成电流通路，据IEC报告测定推荐这时的心脏电流系数为0.4，较“手与脚”的该系数0.8～1.0相差一倍，可将触摸电压值增大至100V。在保证电缆安全运行前提下，可考虑电缆护层交叉互联（包括连续交叉互联方式的选择）和电缆三角形排列方式降低电缆护层感应电压。敷设电缆一般长度较长，合理选择电缆的分盘长度对降低工程造价，加快施工进度有较大影响。一般说来，电缆分盘长度越长，电缆接头就越少，接头的减少可以降低工程造价和减少事故率。另外敷设电缆时，接头要占用相当大的时间比例，因此，接头的减少对加快施工进度也相当有利。但是分盘长度也不能无限制地增大，因为如果电缆的盘长越长，感应电压就越大，电缆施工时的牵引力也越大，在设计时必须控制感应电压和牵引力不超过允许值。5.2.2感应电压措施可将整条电缆线路分成几个换位大段，一个换位段中有三段长度基本相等的小段组成，其中两套绝缘接头，每套绝缘接头两侧不同相的金属护套采用交叉跨越法相互连接，如5.2-1图所示：正常运行时的3芯电缆金属护套的感应电压几乎等于零，但在系统中发生短路时由于3相磁感应不平衡就会在金属护套内出现很高的感应电压甚至将外护套绝缘击穿，因此3芯电缆的线路至少应在其两端实施直接接地。图5.2-1交叉互联接线图5.2.3感应电压计算单芯电缆金属护套的对地电压和相间电压，不但取决于电缆的负荷或短路电流，同时也取决于三根单芯电缆的排列方式和线路的长度；与邻近线路的排列方式，有无回流线，回流线的根数也有关；此外在单相接地时也随大地电阻率、接地电阻以及短路电流方式而异。但对排列较简单的线路也可用数学式作近似计算。在本工程中，我们对不同的排列方式下500kV电缆感应电压进行近似计算（敷设单回500kV电缆，其中每相电缆线芯电流I计为2300A，电缆金属护套的几何平均半径GMR计为69.5mm，电缆外径计为174mm）：三相电缆正三角形布置时：Esa＝2ωIx10－4[jln]将I＝2300A，S＝174mm，GMR＝69.5mm代入上式，可得Esa＝132.62V/km；Esb＝Esa∠240°；Esc＝Esa∠120°；则三相电缆正三角形布置线路长度为377m时电缆金属护套感应电压达到50V；三相电缆正三角形布置线路长度为754m时电缆金属护套感应电压达到100V。三相电缆直线型水平布置时：Esa＝2ωIx10－4[jln]；Esb＝2ωIx10－4[jln]；Esc＝2ωIx10－4[-jln]；将I＝2300A，S＝250mm，GMR＝69.5mm代入上式，可得Esa＝250.576∠69.75°V/km；Esb＝184.996∠-30°V/km；Esc＝250.576∠-129.75°V/km；则三相电缆直线型水平布置线路长度为199.5m时，电缆金属护套感应电压达到50V；三相电缆直线型水平布置线路长度为399m时，电缆金属护套感应电压达到100V。由以上计算比较可知，500kV电缆采用三相电缆正三角形布置形式产生的电缆金属护套感应电压，较采用直线型水平布置型式产生的电缆金属护套感应电压小得多，结合电缆生产、运输、施工情况在本工程中推荐三相电缆使用正三角形布置形式。5.3电缆分盘长度上述报告中已计算出三相电缆正三角形布置电缆长度在377米时的感应电压为50V；三相电缆正三角形布置线路长度为754m时电缆金属护套感应电压达到100V。我们在设计电缆分段长度时，一般都希望电缆长，一来可加快工程进度，二来以降低工程造价和减少事故率，但是分盘长度也不能无限制地增大，主要原因如下：a、电缆的分段长度越长，感应电压就越大；由于国内规程规定电缆的感应电压不能突破100V，所以电缆的分段长度仍受到限制。b、施工不便；对于500kV电缆，由于它重量较大，单位长度重量为45.8公斤/米，故电缆施工时的牵引力也比较大，因此设计时必须控牵引力不超过允许值。c、运输和现场条件限制；500kV电缆分盘长度达到500m时，电缆盘直径一般不小于6m，并且随着分盘长度的增加，电缆盘的体积会进一步加大。根据推荐的路径方案一，本工程线路路径主要经过市区交通干道，其中一部分还在南北高架路下，过大的电缆盘对运输和施工都将产生问题，现场施工条件限制了电缆盘的尺寸。5.4电力电缆的载流量5.4.1影响电缆载流量的因素电力电缆的载流量是指电缆在最高允许温度下，电缆导线允许通过的最大电流。在设计或选用电缆时，应使电缆各部分损耗产生的热量不会使电缆温度超过最高允许温度。电缆载流量是电缆运行中受环境条件和负荷影响的重要动态运行参数，其重要性涉及输电线路的安全可靠、经济合理的运行以及电缆寿命等问题。在大多数情况下，电缆的传输容量由它的最高允许温度确定的。电缆的最高允许温度，主要取决于所用绝缘材料的热老化性能。当各部分温度升高而使导线的温度等于电缆最高允许长期工作温度时，该负载电流称为电缆的长期允许载流量。考虑到其它电缆发热而引起的温升Δθ后，电缆的长期允许载流量I为：I＝ 式中，θc－电缆最高长期工作温度（℃）；θa－周围媒质的温度；Wd－绝缘介质的损耗；λ1－金属屏蔽层的损耗因数；λ2－铠装层的损耗因数；T1－绝缘层的热阻；T2－内衬层的热阻；T3－外披层的热阻；T4－周围媒质的热阻。n－电缆的芯数。5.4.2电缆载流量的计算5.4.2.1电缆技术参数取值根据各电缆生产厂家的提供的电缆技术参数，我们选取了以下数据作为电缆载流量计算的依据：2500mm2电缆：单芯，最高相间电压：288.675kV电缆外径：174导体外径：61.2Tg＝0.0005直流电阻：0.0746x10-6Ω/cm交流电阻：0.0979x10-6Ω/cm护套材料：不锈钢外护套内径：162外护套外径：174护套温度：60加强带：无敷设方式：三角排列绝缘层热阻系数：350绝缘层内径：66.2外径：130.2屏蔽垫热阻系数：600屏蔽垫内径：130.2外径：139.8外护套热阻系数：600外护套内径：139.8外径：151.8相邻电缆距离：1742000mm2电缆：单芯，最高相间电压：288.675kV电缆外径：154导体外径：53.8Tg＝0.0005直流电阻：0.0933x10-6Ω/cm交流电阻：0.1225x10-6Ω/cm护套材料：铅外护套内径：154外护套外径：166护套温度：60加强带：无敷设方式：三角排列绝缘层热阻系数：350绝缘层内径：57.8外径：121.8内衬垫热阻系数：600内衬垫内径：121.8外径：138外护套热阻系数：600外护套内径：138外径：166相邻电缆距离：1665.4.2.2发热量计算：a、介质损耗：Wd＝ωCE02tgδ其中，ω=2πf=100π；C＝0.21μf/km=0.21x10-9f/m;E0=()kV=()x103V;tgδ=5x10-4代入后得：Wd＝2.749w/m;b、护套损耗：Ws＝λ1Wc其中，λ1＝λ1’(环流损耗系数)+λ1’’（涡流损耗系数）考虑本工程为三相电路、单芯电缆、护套交叉互联、等边三角形敷设的计算条件，取用如下公式：λ1’’＝A1A1＝3.0，A2＝0.417R（单位长度电缆线芯有效电阻）＝R0[1+α20(θc-20)](1+ys+yp)R0为单位长度金属护套在20℃时的直流电阻，500kV2500mm2交联电缆参数不锈钢金属护套的R0＝，其中ρ0取73x10-6Ωmm2/cm；S为不锈钢金属护套截面积；α20是金属护套导体材料以20℃为基准时的电阻温度系数，取0.000941/℃;θc为线芯温度，本工程交联电缆取用80℃;ys为集肤效应系数：ys＝，其中Xs2＝，根据线芯结构Ks取0.435；yp为邻近效应系数：yp＝，其中500kV2500mm2交联电缆参数Dc取61.2mm，本工程三相电缆采用三角形紧贴布置方式，线芯间距离S取174mm，Xp2＝，根据线芯结构Kp取0.37；Rs为单位长度金属护套电阻；Ds为金属护套平均直径，500kV2500mm2交联电缆参数Ds取139mm;S是两电缆间的中心距离，根据本工程三相电缆三角形紧贴布置方式及500kV2500mm2交联电缆参数，S取174mm;理想情况下，本工程三相电路、单芯电缆、护套交叉互联连接，环流损耗系数λ1’为0，但考虑到实际工程中无法保证完全换位段内每段长度完全一致，故根据IEC287A《电缆连续允许载流量的计算（100％负荷率）》要求，在小段长度不详情况下λ1’取0.05；由此可得到500kV2500mm2交联电缆的发热量为[I2R（1+λ1）+Wd]x3=42.23x3=126.7w/m5.4.2.3载流量计算：以500kV2500mm2交联电缆为例说明电缆载流量的计算过程。a、介质损耗Wd＝2.749w/m见第一部分计算；b、单位长度电缆线芯有效电阻R＝R0[1+α20(θc-20)](1+ys+yp)R0为单位长度电缆线芯在20℃时的直流电阻，根据500kV2500mm2交联电缆参数，R0取0.00746Ω/km;α20为电缆线芯材料以20℃为基准时的电阻温度系数，取0.003931/℃;θc为线芯温度，本工程交联电缆取用80℃;ys为集肤效应系数，＝；Xs2＝，根据线芯结构Ks取0.435；yp为邻近效应系数；yp＝，根据500kV2500mm2交联电缆参数Dc取61.2mm，本工程三相电缆采用三角形紧贴布置方式，线芯间距离S取174mm；Xp2＝，根据线芯结构Kp取0.37。c、护套损耗系数λ1＝λ1’(环流损耗系数)+λ1’’（涡流损耗系数），计算过程见第一部分；d、本工程电缆不采用加强带，故相应损耗系数λ2＝0；e、绝缘层热阻T1=ln()为绝缘层热阻系数，取350；Di为绝缘层外径，取130.2mm；DC为绝缘层内径，取66.2mm；计算得到T1为37.697。f、屏蔽层热阻T2=ln()为绝缘层热阻系数，取600；Da为屏蔽层外径，取139.2mm；Ds为屏蔽层内径，取130.2mm；计算得到T2为6.797。g、外护层热阻T3=ln()为绝缘层热阻系数，取600；De为屏蔽层外径，取151.8mm；Da‘为屏蔽层内径，取139.8mm；计算得到T3为7.868。h、电缆周围煤质热阻T4＝De为电缆外径，取174mm；h为散热系数，h＝[]x0.0001；根据本工程三相电缆三角形紧贴布置方式，取Z＝0.96，De＝174，E＝1.25；其中，为电缆表明高于周围煤质的温度，根据以下两个公式联立迭代求值：＝＝nWd[()为电缆线芯允许高于周围媒质的温度，在选取电缆线芯允许最高温度为80℃，周围媒质温度为40℃后，取值为40℃；另Wd、λ1、λ2、T1、T2含义及数值见上；经联立公式并迭代求值后，可得＝3.6799；将以上所有计算数字代入，电缆的长期允许载流量I＝后计算可得：本工程500kV2500mm2交联电缆，采用三相电缆三角形紧贴布置方式，电缆线芯允许最高温度为80℃、周围媒质温度为40℃，电缆长期允许载流量为1905.1A。5.4.2.4防火槽盒对电缆载流量的影响：在电力电缆敷设于电缆隧道的情况下，有多种电缆防火的对策。其中，将电缆敷设于封闭式耐火槽盒内的这种防火措施是最为安全可靠有效的。采用耐火槽盒的一次性投资可能比耐燃电缆或防火涂料，包带的费用高些，但使用期限长、维修费用少，还是经济的。但防火槽盒的使用，使电力电缆对周围媒质散热的条件更加恶劣，增加了电缆周围媒质的热阻T4（即增加了单位热流从电缆表面散发到电缆周围媒质中所产生的温差）。此时，电缆周围媒质热阻T4由①电缆表面至防火槽盒内壁热阻T4’②防火槽盒热阻T4’’③防火槽盒外壁热阻T4’’’构成。即：T4＝T4’+T4’’+T4’’’。其中，T4’=，A、B、C为由电缆敷设方式决定的经验常数；De为防火槽盒中一组电缆的等效线芯直径，本工程是374.1mm；θm为电缆与防火槽盒间介质的平均温度。无法直接计算获得，需反复迭代校正。T4’’＝ln，ρT4’’为防火槽盒材料的热阻系数；D0、Dp为防火槽盒的等效外径和等效内径。T4’’’计算公式与不使用防火槽盒时电缆周围媒质热阻T4的计算公式相同，只是这时应以防火槽盒等效外径代替原公式中的电缆外径。根据国内外相应工程运行经验和实际试验结果，在使用防火槽盒而防火槽盒内多根电缆均运行于最大载流量条件下，防火槽盒对载流量的影响约为6～13％。5.4.2.5电缆载流量计算结果：设环境温度为25℃时，电缆的长期允许载流量见表5-1序号电缆截面（mm2）电缆型式最高长期工作温度（℃）长期允许载流量（A）11x2500交联电缆802289.7充油电缆752167.921x2000交联电缆801835.2充油电缆751737.9注：根据《电力工程电缆设计规程》（GB50217-94），10kV以上交联聚乙烯绝缘电缆额定负荷时最高允许温度为80℃，自容式充油电缆额定负荷时最高允许温度为75℃。设环境温度为40℃时，电缆的长期允许载流量见表5-2：序号电缆截面（mm2）电缆型式最高长期工作温度（℃）长期允许载流量（A）11x2500交联电缆801905.1充油电缆751761.421x2000交联电缆801527.7充油电缆751412.7注：根据《电力工程电缆设计规程》（GB50217-94），10kV以上交联聚乙烯绝缘电缆额定负荷时最高允许温度为80℃，自容式充油电缆额定负荷时最高允许温度为75℃。考虑电缆外层加装防火槽盒并计及相邻回路电缆影响后，电缆的长期允许载流量见下表。环境温度为25℃时，考虑电缆外层加装防火槽盒并计及相邻回路电缆影响的长期允许载流量见表5-3：序号电缆截面（mm2）电缆型式最高长期工作温度（℃）长期允许载流量（A）11x2500交联电缆802042.7充油电缆751951.121x2000交联电缆801651.7充油电缆751564.1注：根据《电力工程电缆设计规程》（GB50217-94），10kV以上交联聚乙烯绝缘电缆额定负荷时最高允许温度为80℃，自容式充油电缆额定负荷时最高允许温度为75℃。环境温度为40℃时，考虑电缆外层加装防火槽盒并计及相邻回路电缆影响的长期允许载流量见表5-4：序号电缆截面（mm2）电缆型式最高长期工作温度（℃）长期允许载流量（A）11x2500交联电缆801771.8充油电缆751638.221x2000交联电缆801420.8充油电缆751313.9注：根据《电力工程电缆设计规程》（GB50217-94），10kV以上交联聚乙烯绝缘电缆额定负荷时最高允许温度为80℃，自容式充油电缆额定负荷时最高允许温度为75℃。5.4.2.6充电功率对电缆载流量的影响由于500kV大截面电缆的充电功率较大，电缆全线的电流分布并不均匀。正常情况下，500kV电缆的充电功率由送端（三林侧）和受端（某某侧）分别消化吸收。正常情况下，电缆满送1500MW功率时，全线视在功率分布见图5-1。图5-1：正常情况下电缆全线视在功率分布从图中可以看出，在两端进行正常的无功补偿时，电缆的充电功率由两端的无功装置分别吸收，电缆两端的电流较高，中段的电流较低，两者相差约8A。图5-2：正常情况下电缆全线视在功率分布校验极端情况下，电缆功率完全由受端或送端吸收时的电缆全线视在功率分布见图5-2。图中电缆功率完全由受端吸收，此时送端电流最低，受端电流最高，根据运行电压的不同两者相差30～40A。某某站进线电缆距离较短，沿电缆全线的电流变化不大。如果在两端均能进行无功补偿，电流变化值可忽略不计。如果考虑极端情况下充电功率对电缆电流的影响，500kV电缆允许输送容量计算如表5-5：序号电缆截面（mm2）电缆型式最高长期工作温度（℃）允许输送容量（MVA）11x2500交联电缆801501充油电缆75138621x2000交联电缆801198充油电缆7511055.4.3提高电缆载流量的方法采用500kV电缆送电主要是为了增大电缆的输送容量。若对超高压大容量输电电缆采用强迫冷却方法，电缆能大幅度提高载流量，满足容量需要。另外，强迫冷却能节约电缆线路走廊，减小电缆相互热影响，节约有色金属，降低电缆综合造价。用人工对电缆进行加速冷却的方法，叫做电缆的人工冷却（或叫做强迫冷却）。人工冷却的方法有多种：按冷却部位相对于电缆的部位可以分为内部冷却和外部冷却两大类。按冷却媒质不同可以分为：油冷、水冷、风冷，以及其它冷却媒质如氟里昂蒸发冷却等。内部冷却指采用冷却媒质通过电缆线芯带走电缆产生热量的冷却方式。如采用中心油道来进行冷却具有较好的效果，因为冷却媒质直接对温度最高的导体进行冷却。单导体处于高电位，冷却媒质导入导出结构比较复杂。中心油道直径一般不允许很大，冷却管中的压力降限制了电缆的长度，一般仅用于短的高压电缆系统。如果与电缆线路相平行的敷设冷却水管，或在电缆坑道中通以冷风，都属于外部冷却。外部冷却电缆线路主要有两种主要类型，一种是冷却媒质循环于金属和塑料管道中，将此冷却管道置于电缆敷设管道中。另一种多应用于敷设在坑道中或坑道壁上电缆，在坑道中通过冷空气进行冷却。采用人工冷却可以提高电缆的载流量；减少电缆之间的相互热功当量影响，从而大大节约敷设电缆的空间；节约材料及成本。采用人工冷却对超高压电缆的传输容量的提高有更重大的意义，从介质损耗角正切（tg）对电缆容量的影响，更可看出人工冷却的必要性及优越性。随着电力事业发展，要求电缆传输的容量愈来愈大。一般采用提高电压的办法可以有效地减小线路损耗而提高传输容量，但是这对电缆只在一定范围内才有效。当电缆的tg一定时，电压高到一定程度传输功率达到最大值，再提高电压，传输功率反而下降，极限情况下传输功率下降到零。提高传输容量还可以采用增加导体面积的办法。但是这种办法对超高压电缆也只在一定范围内有效。随着导体尺寸增大，绝缘介质的损耗也增加了。当导体尺寸增大到一定值后导体的传输功率或电流不仅不再增加，反而减小了。极限情况下介质损耗发热占据了全部散热能力，传输电流减到零。所以单靠增加导体面积是不能解决问题的。欲增加导体面积提高传输容量，同时必须降低电缆的介质损耗角正切（tg）的值。降低超高压电缆的tg是超高压电缆发展的重大课题之一。现在实用的高压电缆的tg约在0.0025～0.0035的范围内。采用去离子水洗纸可以把tg降到0.0020左右，但成本大增加了。即使将电缆的tg降至0.0015，但在系统电压为500kV时，由介质引起的温升可达14oC，而在750kV时就可达30oC。这就大大限制了自然冷却电缆的传输容量。采用人工冷却的方法后，电缆的传输功率随着电压及导体面积增加而增加，对电缆的tg并不要求特别降低。例如一根500kV的充油电缆，具有直径15mm的中心油道，28mm的绝缘厚度，在自然冷却条件下传输功率达520MVA；当以速度为600m/h进行人工油内冷却时其传输功率可提高到1410MVA，几乎提高了两倍。5.4.4各种冷却方式的比较在500kV电缆敷设空间（防火槽盒内），平行增设两根冷却水管DN100，作为外部冷却。这两根冷却水管带走电缆的一部分热量，其余被周围媒质所吸收。根据计算结果，在相同的敷设环境下，采用水冷却方式可使电缆的载流量增加21.6％。采用外部冷却方法需在隧道和工作井内增设外部冷却水管，需冷冻机组、冷却塔、蓄热槽、水泵等冷却装置，冷冻机组提供冷冻水至蓄热槽，混水后，提供20℃水温的冷却水到500kV电缆敷设空间（防火槽盒内）。吸收热量后，冷却水水温上升为25℃，冷却水回水管经电缆隧道回到蓄热槽。这些冷却设备虽所占场地也较大，但在这些设备中除冷却塔需设置在地面上外，冷冻机组、蓄热槽、水泵等冷却装置都可设在电缆隧道的工作井内。另一种能够有效提高电缆载流量方法是在防火槽盒内装填以热阻系数低而稳定的材料，具体方法是，在防火槽盒内的电缆周围填一些热阻系数比较低的填充物。填充物热阻系数选用在0.3km/W～0.8km/W，使它能够吸收电缆表面所散发的一部分热量。但实际上填充物的热阻系数不仅与该物质组成成分有关，而且与它的物理状态有关。如松散、多孔和干燥的热阻系数就比较高，这是由于电缆运行发热，填充物的水分向低区扩散，致使填充物失去水分变得干燥，热阻系数增高，电缆载流量降低。在理论上说，在50℃等温线内均应以热阻系数低而稳定的材料回填，但使用该种方式工作量很大、不经济，对电缆线路敷设和运行也带来很大不便。另外根据国内外资料了解，目前尚没有比较成熟的产品和运行经验。比较上述二种提高电缆载流量的方法，我们认为采用冷却水管来提高载流量是比较可行的方法，在日本新丰州至新京叶500kV电缆线路输电线路中，也是采用水冷却方法来提高电缆的输送容量。5.4.5推荐电缆截面与冷却方式从上述计算结果可知，在本工程的敷设条件下2500mm2截面的500kV电缆实际输送容量约为1500MVA，基本可满足系统正常运行的要求。因此推荐采用2500mm2截面的交联电缆。并且该输送容量是在不使用外部冷却措施的情况下达到的，因此在本工程建设中不使用水冷系统。6、工程设想6.1500kV电缆热伸缩6.1.1电力电缆热伸缩概述a．产生的原因随着负荷电流变化及环境温度变化，电力电缆会发生热胀冷缩，一般称为热伸缩，其中因电缆线芯的热胀冷缩而产生的热机械力非常大，电缆线芯截面越大，所产生的热机械力就越大。电缆在热机械力的作用下将反复出现弯曲变形，使电缆金属护套产生疲劳应变，从而缩短电缆的使用寿命。热伸缩对电力电缆运行构成很大的威胁，会造成运行电缆位移、滑落，甚至损坏电缆及附件。b.采取的对策要消除电缆的热伸缩对安全运行带来的威胁，可采取下列的对策：首先电缆线芯宜采用分裂导线，因其不仅能减小线芯的损耗，而且其单位面积上产生的热机械力亦比其它形式导线要小；电缆附件设计必须考虑能承受电缆的热机械力而不损坏。其次电缆金属护套目前有铝护套和铅合金护套两种，除柔弱性、耐腐蚀性铅合金护套较好外，抗振性、耐蠕变性、抗张性及导电性均是铝护套较好，铝护套与铅合金护套相比可提高电缆的运行性能，故推荐采用铝护套电力电缆。最后在设计及施工中可根据具体情况采取相应措施，将电缆的热伸缩对安全运行带来的威胁降至最小，如电缆可借助蛇形敷设，吸收由热机械力带来的变形、减小末端推力；在终端支架处、电缆中间接头的两侧等处对电缆作刚性固定，以防止终端因电缆位移而损坏；在竖井顶端、上下桥梁等处可对电缆采取挠性固定，或选用能使电缆伸缩自如的排架，以吸收由热机械力带来的变形。6.1.2电缆的蛇行敷设设计在隧道支架上敷设的单芯交联电缆与敷设在排管内的不同，因为在隧道支架上敷设的电缆能沿半径方向滑移不如排管那样受到管壁阻碍，当电缆在轴向伸长时其伸缩量往往会集中到电缆盘绕残留弯曲处，使电缆从支架上隆起而产生不规则的热伸缩滑移现象，为防止该类不规则的滑移一般是采用连续蛇行敷设方法。这方法是利用各个蛇行弧幅宽来吸收电缆的热伸长量，使电缆滑移均匀，减少了向隧道接头工作井的伸长量，为缩小工井提供了条件。而且在末端固定电缆用的夹具所需的约束力比直线敷设的小。蛇行敷设可分为水平蛇行和垂直蛇行二大类，一般是取决于使用空间。在隧道内垂直蛇行敷设比水平蛇行敷设较为不便，一般采用水平蛇行敷设较多。采用蛇行敷设后，能把电缆金属护套的畸变量分散到各个蛇行弧上，通过理论分析和试验证实金属护套的畸变量没有超过允许值，且裕度很大，因此一般都不需验算。蛇行敷设设计应根据电缆占用空间，蛇行端部轴向力的约束，电缆支持器材安装间距以及蛇行施工作业等因素考虑。6.1.3水平蛇行敷设根据国外对电缆热伸缩的研究,由电缆温度变化所产生的轴向力除与电缆本题的抗弯强度与电缆本体重量的摩擦力有关外,还与蛇形弧的弯曲刚性,线膨胀系数温升电缆单位重量以及电缆支持器材的摩擦系数有关。敷设电缆时按设计的蛇形波节进行，在每个波节段用非磁性电缆夹具固定，夹具的间距和蛇行波的最大幅值取决于电缆的重量和刚度。为了补偿环境温度和负荷变化等因素产生热胀冷缩的机械效应。500kV电缆全线采用柔性蛇形布置,水平段蛇形节距为9.8m，蛇形幅度260mm。图6.1-16.1.4垂直蛇行敷设首先要计算纵向力，因垂直蛇行敷设的磨擦力与水平敷设磨擦力不同，故垂直蛇行敷设的磨擦力受两个支持点之间电缆自重的影响较大。其次要确定蛇行弧形状，蛇行弧形设计与水平蛇行弧设计相同，需根据电缆占用空间、施工方便、轴向力等条件选择，但要在蛇行弧顶部设电缆支持金具。蛇行弧的选择与电缆截面无关，铜线屏蔽电缆在温度上升时由于螺旋变形会使电缆向水平方向滑移，这现象已得到证实，因此在考虑电缆占用空间时应注意。最后考虑电缆的固定，在蛇行末端，与水平蛇行末端相同，装设约束型夹具；在蛇行弧顶：要在每个蛇行弧顶把电缆固定于支架上，为防止电动力作用使电缆滑落，要用绳索把电缆扎紧在支架上。如果与贴邻的蛇行弧不相等者，当电缆温度变化时就会使电缆向轴向力小的一方滑移，但通过几个循环后就趋向平衡。为了维持蛇行弧形，有时候也可以在几个节距中选择一点，装设约束型夹具。6.1.5推荐蛇行敷设对于隧道的电缆敷设，水平和垂直蛇行都可采用。本工程电缆由于防火要求，需将500kV电缆封闭于防火槽盒内，这就对垂直蛇行敷设带来了困难，将敷设电缆的支持器材安装在防火槽盒内，防火槽盒内的支架需按支持器材的形状、尺寸特殊加工，如靠外部调节支架来固定槽盒，槽盒无法安装。若采用水平蛇行敷设，就较为方便，将水平蛇行敷设置于防火槽盒内，再用槽盒固定于电缆支架上。因此本设计采用水平蛇行敷设。6.2交联电缆附件安装因交联电缆是干式绝缘结构，故线路敷设相对充油电缆敷设方便，但电缆附件安装对环境要求较高，需要有可靠的防尘装置；环境温度应高于0℃；相对湿度应低于75％；施工现场应保持通风。另外，交联电缆附件安装还需要专用的工具，只有在专用工具的帮助下，才能保证安装质量。6.3隧道结构及辅助设施的介绍6.3.1设计原则结构设计应满足电力设计要求，遵循结构安全可靠、经济合理、技术先进、坚固耐久、施工简便为原则进行。结构设计应根据构筑物所处位置的工程条件、周边环境条件及构筑物的大小、埋深，选择适当的结构形式和施工方法。结构设计应遵循有关的设计规范和设计规