CCS水电站500 kV电缆敷设及现场试验研究

2017-11-04杨晓东

水电站机电技术 2017年10期

关键词：电缆头护套耐压

徐玫，杨晓东

（1.中国水利水电第十四工程局有限公司机电安装事业部，云南昆明 650032；2.中国电建集团国际工程有限公司设备物资部，北京 100048）

CCS水电站500 kV电缆敷设及现场试验研究

徐玫1，杨晓东2

（1.中国水利水电第十四工程局有限公司机电安装事业部，云南昆明 650032；2.中国电建集团国际工程有限公司设备物资部，北京 100048）

500 kV电缆属于电站的重要设备，500 kV电缆的敷设及现场试验属于电站机电安装的重点和难点，本文以厄瓜多尔CCS水电站500 kV电缆敷设和现场试验为例，重点讨论了电缆敷设的前期准备工作、电缆敷设的过程管理及现场试验方面的关键技术问题，对其他高压电缆敷设及现场试验有借鉴作用。

CCS水电站；500 kV电缆；电缆敷设；试验

1 概述

CCS水电站项目总投资近23亿美元，是厄瓜多尔目前最大的水电站项目，CCS水电站总装机1 500 MW，年均发电量8.63 GW·h，能够满足该国44%的电力需求，系厄瓜多尔政府确定的“国家重点项目”。整个水电站项目装机为8台187.5 MW冲击式水轮发电机组，额定水头为604.10 m，目前单机容量国内第一，总装机容量世界第一。

CCS电站发电机出线电压13.8 kV，采用离相封闭母线，每台发电机出口设发电机断路器。发电机与单相升压变压器组单元接线，变压器高压侧与500 kV GIS连接，500 kV GIS变电站采用双母线接线，两回出线采用500 kV XLPE电缆通过高压电缆洞与户外开关站相连，水电站采用2回500 kV架空线与国家电网相连。

CCS项目500 kV电缆采用电缆廊道布置，电缆廊道长度在700 m以上，有2个斜坡，及一个90°弯道，且高压电缆重量大（约29.4 kg/m），因此500 kV电缆的现场敷设及现场试验一直是现场机电安装的重点和难点。本文以厄瓜多尔CCS水电站500 kV电缆敷设和现场试验为例，重点讨论电缆敷设的前期准备工作、电缆敷设的过程管理及现场试验方面的关键技术问题，对其他高压电缆敷设及现场试验有借鉴作用。

2 500 kV电缆的结构及现场布置

CCS电站采用500 kV XLPE单相电缆，共3回（每回三相），其中两回为主用，1回为备用。电缆从630.5 m高程的地下GIS室，沿500 kV出线电缆洞，引至地面出线场。500 kV电缆在出线洞内沿地面敷设，由电缆支架固定，左侧敷设2回6相、右侧敷设1回3相，共敷设3回9相（9根）单芯电缆。电缆的额定载流量为1 450 A，传输容量1 256.2 MVA，金属护层短路电流为31.5 kA×1 s。

图1 500 kV电缆结构图

500 kV电缆结构见图1。电缆导体为铜材，采用防水分割结构组合导体，导体截面1 600 mm2；导体屏蔽层由半导电包带和挤包的半导电交联聚乙烯构成，标称厚度2.0 mm；电缆绝缘层由一层挤包绝缘组成，材料为统一、均匀的干式交联聚乙烯（XLPE），标称厚度34.2 mm，近似直径122.4 mm；电缆绝缘屏蔽层应由一层挤包半导电化合物和一层半导电带适当搭接绕包再挤包的半导电交联聚乙烯构成，标称厚度1.4 mm；电缆缓冲层由植入镀锡铜丝的半导电带构成，标称厚度0.7 mm；金属护套采用平滑铝护套，标称厚度1.25 mm；电缆外护套采用低烟无卤阻燃聚乙烯（HFFR）护套，标称厚度6 mm。

每根电缆两侧各有一套电缆终端，其中户外终端（与出线场设备连接）采用瓷式绝缘，应力锥结构形式。

户内终端（与GIS设备连接）采用干式结构，与GIS设备的连接满足IEC 62271-209的标准接口要求。户内终端与GIS间装有绝缘法兰，并装设有绝缘法兰保护器，以防护两侧出现的暂态过电压。

每回电缆线路平行敷设一根两端接地的回流导线，回流导线采用绝缘的铜芯电缆线，可以降低电缆金属套感应电压和工频过电压，并抑制对邻近的控制或通讯电缆的感应干扰强度。

3 高压电缆的敷设

3.1 电缆敷设数据

CCS项目的9根电缆长度均在700 m以上，最长的一根为811 m。电缆直径为144.6 mm，重量约29.4 kg/m。CCS项目的电缆廊道结构见图2。电缆廊道有2个斜坡，及一个90°弯道。

在电缆敷设前需要计算电缆敷设的理论拉力，拉伸张力的最大值部分决定于电缆。以下数据可以计算拉伸张力：

铜导体的拉伸张力=60 N/mm2×导体横切面积

预期拉伸张力可以用公式计算：

水平直线拉力：T2=T1+kWL

斜坡直线向上：T2=T1+WL （k cosx+k sin x）

斜坡直线向下：T2=T1+kW（k cosx-k sin x）

水平曲线：T2=T1cos（kx）+

其中：T1=入口处拉伸张力；T2=出口处拉伸张力；k=摩擦系数；W=单位电缆重量；L=入口与出口之间的电缆长度；x=斜坡弧度角度；y=弯曲角度；R=弯曲半径。

边墙挤压力：

P2=P1/R

其中：P1=电缆拉伸张力；R=实际弯曲半径（单位：m）

弯曲半径：

最小静态允许弯曲半径（无预先成型模具）必须大于或等于25°，合3.6 m；

最小静态允许弯曲半径（有预先成型模具）必须大于或等于14.5°，合2.1 m；

在电缆铺设中的最小弯曲半径必须大于或等于30°，合 4.3 m。

在现场条件无法取得电缆规格最小半径情况下，可以增加导轮或使用成型模具。

3.2 电缆敷设前的准备工作

由于本项目电缆长度大、重量大，且电缆廊道结构复杂，导致电缆敷设难度增加。本项目采用“Nose pulling”法，即采用牵引车+滚轮系统牵引电缆头进行敷设。

（1）敷设前现场需具备以下条件：

1）电缆廊道内所有土建工作需要完工，放置电缆盘处应进行相应的平整和加固，以保证电缆盘可以平稳放置；

2）在电缆敷设前，所有的电缆支架需要按照设计图纸安装在电缆廊道中，并保证所有电缆支架有效接地；

3）在电缆敷设前，需要将滚轮布置在整个电缆廊道，在电缆廊道的上坡段、下坡端及90°弯段处需要对滚轮进行相应的加固措施；

4）牵引车安装在电缆廊道GIS侧，用于牵引电缆头，牵引车的牵引速度应该是可调的；电缆盘放置在出线场侧，电缆盘应配置有减速和刹车装置（以防止敷设过程中牵引小车减速或停止后，电缆盘的惯性转动）；

5）在电缆敷设前需要仔细检查电缆牵引头的紧固性和水密性，同时，电缆牵引头必须保证可以承受最大牵引力。

（2）实时通信系统

在电缆敷设过程中，电缆牵引车位置、电缆盘位置、电缆头位置、电缆廊道的弯道、坡道位置等位置都必须安排通讯人员实时监测并通报电缆的敷设情况，保证电缆敷设出现突发情况时可以及时通知电缆牵引车操作人员停止敷设，因此必须保证整个电缆廊道内所有对讲设备可以完成即时通讯。

由于电缆敷设时电缆廊道内的电站通信系统还未形成，而电缆廊道长度大且存在弯道和坡道，因此普通的对讲机设备无法在电缆廊道中正常使用。为满足条件，紧急配置了一套小型集群系统（包括2套摩托罗拉中继装置、同轴电缆和分布天线），中继装置分别布置在电缆廊道的坡道处，同轴电缆沿电缆廊道铺设，以保证整个电缆隧道段任意位置间可以实现即时通讯。

（3）敷设人员的准备

所有参加敷设的人员在敷设前都应进行一定的培训，明确各自的任务及突发情况下的应对方法。

由1名有经验的人员作为电缆敷设的总指挥跟随电缆头前进，并随时发出指令；另指派8人手持对讲机分别站在电缆盘、坡道上下端、电缆廊道水平段中央、弯道及牵引小车处（如图2所示），负责自己所在区段电缆的敷设安全，如有情况及时使用对讲机反馈；在电缆廊道中每隔10 m安排1人，在电缆敷设过程中检查电缆是否有磨损、落地等情况，如有情况及时告知附近手持对讲机的人员。