220kV电力电缆截面选择案例分析

苏晓学， 温燕萍

国网山西省电力公司经济技术研究院，山西，太原 030000

摘要：本文针对某220kV电力电缆线路工程电缆截面选择方案，从敷设环方式、建设条件等方面进行分析，综合经济技术比较后，确定合理的电缆截面。

关键词：电力电缆 截面选择 敷设方式

220kV Power Cable Section Selection Case Analysis

SU Xiaoxue;WEN Yanping

State grid shanxi electric power company economic and technological research institute, Shanxi Province, taiyuan city,030000

Abstract：In this paper, the cable section selection scheme of a 220kV power cable line project is analyzed from the aspects of laying ring mode and construction conditions, and the reasonable cable section is determined after comprehensive economic and technical comparison.

Keyword: Power cable;Cross section selection; Laying way  

1 引言

220kV电力电缆因运行电压等级高，允许通过的电流较大，通常采用单芯结构，线芯材质采用铜导体，电气绝缘性能要求较高，因此价格较高。实际工程建设过程中因电缆敷设方式、建设条件的不同，对电缆截面选择影响较大，直接影响整体工程的建设投资。因此，根据工程具体条件，合理确定电缆截面是十分必要的。

工程实例：某220kV新建电缆线路由已建某220kV双回架空线路开断π接形成，系统规划最大输送容量为550MW，功率因数0.95，新建线路要求采用电缆敷设。规划线路路径长度3.94km，其中隧道敷设3.91km，上电缆终端杆段沿原有电缆暗沟（填水泥砂）敷设0.03km。本工程电缆敷设方式包括隧道、暗沟、空气三种，设计根据不同敷设方式对电缆载流量进行了计算，确定在暗道中填砂直埋敷设为控制条件，选定电缆截面采用单芯2000mm²。经分析，原有电缆暗沟长度仅有30m，且本次电缆敷设时需要破开路面，挖开暗沟进行敷设，不破坏暗沟本体，因此需要从电力电缆敷设方式和建设条件两方面进行综合对比分析，设计推荐选择建设投资较少的方案。

2载流量分析

2.1电缆的电流密度变化趋势分析

随电压等级的升高，电力电缆绝缘层厚度呈递增趋势，散热效果降低。随输送容量增加，电缆线芯中通过的电流增加，根据热平衡原理，电缆线芯产生的热损耗按平方倍率增加。参考文献1计算数据，随电缆截面增大，电缆的电流密度呈缓慢递减趋势,且递减率与敷设方式关系不大，如图1所示。

图1   电缆允许载流量与截面比的变化趋势

注：纵坐标代表载流量(A)/截面(mm²)，横坐标代表截面积(mm²)

通过图1中曲线可以看出，当要求的输送容量较大时，仅靠提高电缆截面来增大输送电流的经济性变差，此时需通过改变敷设方式来提升输送容量。在空气中敷设比隧道、直埋敷设方式可提升载流量约20%，比排管敷设方式可提升载流量约40%。

2.2各种敷设方式下电缆载流量计算

结合工程特点，依据IEC-60287《电缆载流量计算》中相关计算公式分别计算空气、排管、暗沟、隧道等多种敷设情况下电缆的允许载流量。

（1）新建排管敷设

设计方案为将原暗沟敷设改为排管敷设。

电缆排管内径采用250mm，4×4排列，间距400mm，覆土深度为1.5m，1.5m深处土壤环境温度为26.7℃，土壤热阻系数取1.0k.W/m。计算结果见表1。

表1  排管中电缆允许载流量

（2）利用已建暗沟敷设

已建暗沟为两个相邻暗沟，暗沟尺寸1000mm（宽）×600mm（高），电缆采用水平排列，暗沟内填充1:14水泥砂，覆土深度为1.5m，1.5m深处土壤环境温度取值26.7℃，土壤热阻系数取1.0k.W/m。计算结果见表2。

表2  暗沟中电缆允许载流量

（3）利用已建隧道敷设

已建电缆隧道尺寸为2200mm（宽）×2350mm（高），电缆采用三角排列，两回路间距450mm，覆土深度为1.5m，1.5m深处土壤环境温度为26.7℃，土壤热阻系数取1.0k.W/m，机械排风，隧道内环境温度取值40℃。计算结果见表3。

表3  隧道中电缆允许载流量

（4）空气中敷设

电缆采用单回路水平排列，电缆间距为2倍的电缆直径，环境温度取值40℃。计算结果见表4。

表4  空气中电缆允许载流量

根据上述计算结果，若利用已建电缆隧道、暗沟敷设，经计算的电缆允许载流量从高到低依次为空气、隧道、暗沟（填砂）。经分析，暗沟敷设段为电缆载流量瓶颈点，因此电缆的截面需采用 2000mm²。

3案例分析

根据上述计算结果分析，若全线电缆采用隧道敷设，则采用截面1600mm²的电缆即可满足系统输送容量的要求，但是因为受到已建电缆暗沟的允许电缆载流量限制，本工程设计电缆截面需选用2000mm²。从工程本身特点来分析，电缆暗沟长度只有30m，电缆隧道长度为3.9km,若仅考虑利用已建电缆暗沟，而增大隧道内的电缆截面，按两种型号电缆差价200元/m计算，材料费差价为468万元，设计方案明显不合理，因此需进行多方案经济技术比选。

因不同截面的电缆价格不同，采用不同截面电缆可以直接降低工程造价，不同的敷设方式也直接影响电缆的截面选择，因此可采用电缆截面分段设计和新建电缆隧道两种方案来进行对比分析。

3.1电缆截面分段设计（方案一）

根据不同敷设方式对电缆载流量的限制，根据本工程特点可按敷设方式的不同对电缆截面进行分段。

本工程可以在电缆暗沟敷设区段采用2000mm²电缆，其余段采用1600mm²电缆，全线共分9段，每段长约440m，材料价差约200元/m，全线可节省费用约418.8万元。

3.2新建电缆隧道（方案二）

虽然排管的建设投资较低，但因不满足电缆的载流量要求，因此本工程仅考虑将原电缆暗沟改造为隧道，则全线采用隧道、空气敷设，电缆截面可采用1600mm²，电缆隧道造价按1万元/m考虑,全线可节省费用约471.6万元，较方案二节省费用52.8万元。

3.3造价平衡点分析

根据文献3的盈亏平衡分析法，可得出电缆隧道的造价平衡方程（公式1）。

L₁C₁+m₁=L₂C₂+m₂                     (公式1)

式中：

L₁—电缆全长,单位:m。

L₂—新建隧道长度,单位:m。

C₁—电缆价差,单位:万元/m。

C₂—隧道单位造价,单位:万元/m。

m₁—利用已建暗沟的其他费用,单位：万元。

m₂—新建隧道的其他费用,单位：万元。

因本次暗沟敷设和新建隧道敷设均需要破开路面后施工，产生的其他费用基本接近，故本案例暂不考虑其他费用影响，即m₁、m₂均为0，可得公式2如下：

L₁C₁=L₂C₂                     (公式2)

利用公式2计算可得，本工程新建隧道造价平衡点为471.6m。即当已建暗沟长度小于471.6m时，考虑新建隧道是可以节省投资的。

若暗沟敷设时不需破开路面，则新建隧道敷设需增加破路开挖产生的其他费用137万元，利用公式1计算可得，本工程新建隧道造价平衡点为334.6m。

若在方案一的基础上计算平衡点，则L₁取值应为受暗沟影响的大截面电缆长度440m。不考虑其他费用是，利用公式2计算可得，本工程新建隧道造价平衡点为52.8m；考虑其他费用时，利用公式1计算可得，本工程新建隧道造价平衡点为-84.2m，即其他费用大于电缆本体节约的费用，此时采用新建隧道方案不经济。

4结论

综上所述，当工程建设中存在隧道、排管、暗沟等多种敷设方式，需按允许的最小载流量选择电缆截面。当允许最小载流量的敷设方式较长时，可以考虑采用分段选择电缆截面；当允许最小载流量的敷设方式较短，特别是利用已建管沟敷设时，可以考虑采用改变敷设方式、减小电缆截面的方案，经综合经济技术比选后确定电缆截面。

参考文献

[1]龚坚刚，高压电力电缆载流量参考手册，浙江大学出版社，2015年11月第1版；

[2]江日洪，《交联聚乙烯电力电缆线路（第二版）》，中国电力出版社，2009年4月第2版；

[3]全国咨询工程师（投资）职业资格考试参考教材编写委员会，《项目决策分析与评价》，中国计划出版社，2016年12月；

[4]邹颖等，《不同断面下电缆隧道造价及影响因素分析》，电网技术，2011年11月；

[5]关前锋等，《城市电缆隧道工程造价水平及主要影响因素分析》，建筑经济，2015年10月。

作者简介:

苏晓学 温燕萍

国网山西省电力公司经济技术研究院，山西省，太原市 030000

苏晓学，男，高级工程师，国网山西省电力公司经济技术研究院规划评审中心，现从事高压输电线路设计评审工作。

温燕萍，女，高级工程师，国网山西省电力公司经济技术研究院技经中心，现从事输变电工程造价评审工作。