1、 智能變電站電纜溝優(yōu)化專 題 報 告 摘 要 智能變電站二次設備采用光纜代替大量的控制電纜，所需電纜通道截面大幅減少，同時二次設備采用靠近配電裝置布置，使得智能變電站光/電纜數(shù)量遠小于同等規(guī)模的常規(guī)變電站，有必要對二次電纜溝進行優(yōu)化，以提高電纜通道截面利用率，降低工程造價。本專題在智能化變電站全壽命周期管理的設計理念和變電站“兩型一化”總體原則基礎上，經(jīng)深入論證分析，進行了電纜通道布置和電纜敷設方式的優(yōu)化設計。通過光電纜整合及配電裝置和總平面布置方案優(yōu)化，本工程光/電纜與常規(guī)同規(guī)模220kV變電站相比，二次電纜通道截面面積減小約15%。 光/電纜主通道對比表方 案主電纜通道截面（mm×

2、;mm）長度(m)合計(m)常規(guī)220kV變電站設計方案1200×100080.2358.6800×100051.2800×600157.4800×40069.8本次投標設計方案1200×100080.2358.6800×100051.2600×600（400）116.8400×40040.6800×20069.8結合智能化變電站特點，綜合考慮性能、造價等要素，推薦電纜溝方案如下：二次電纜采用600mm×600mm和400mm×400mm兩種截面形式的磚砌電纜溝，其中600mm

3、5;600mm電纜溝根據(jù)電纜數(shù)量變化進行變截面設計，末端溝道截面為600mm×400mm；10kV無功補償裝置區(qū)域和站用配電間室內(nèi)采用1200mm×1000mm和800mm×1000mm兩種截面形式的混凝土電纜溝；110 kV配電裝置區(qū)域電纜溝采用800mm×200mm地上式電纜槽盒。過道路采用電纜埋管，電纜溝內(nèi)安裝鍍鋅角鋼支架，溝蓋板為角鋼框混凝土鋼絲網(wǎng)蓋板。該方案具有構造簡單、施工技術成熟、光/電纜敷設、檢修方便、電纜運行環(huán)境好、工程造價低的優(yōu)點，與常規(guī)同規(guī)模220kV變電站相比節(jié)省投資58.5%。全站二次電纜溝寬度大部分一致，并在滿足工藝要求情況下

4、，電纜溝根據(jù)電纜量的多少調(diào)整埋深，采用變截面設計，充分體現(xiàn)了智能化變電站“兩型一化”的設計理念。目 次1 概述2 光/電纜通道路徑及截面優(yōu)化2.1光/電纜通道路徑優(yōu)化2.2 光/電纜通道截面優(yōu)化2.3對比分析3 電纜溝方案選型3.1 磚砌電纜溝方案3.2 電纜槽盒方案3.3 電纜排管方案3.4技術經(jīng)濟比較4 電纜溝蓋板選型5 結論1 概述智能變電站二次設備采用光纜代替大量的控制電纜，所需電纜通道截面大幅減少，同時二次設備采用靠近配電裝置布置，使得智能變電站光/電纜數(shù)量遠小于同等規(guī)模的常規(guī)變電站，有必要對二次電纜溝進行優(yōu)化，以提高電纜通道截面利用率，降低工程投資。本專題在智能化變電站全壽命周期管

5、理的設計理念和變電站“兩型一化”總體原則基礎上，經(jīng)深入論證分析，進行了電纜通道布置和電纜敷設方式的優(yōu)化設計。2 光/電纜通道路徑及截面優(yōu)化2.1 光/電纜通道路徑優(yōu)化 通過對光電纜優(yōu)化整合配電裝置和總平面布置方案的優(yōu)化，綜合各區(qū)域的設備布置和進出線情況，從節(jié)省光/電纜用量，節(jié)約光/電纜通道的角度考慮，對各區(qū)域光/電纜通道的路徑和截面進行了優(yōu)化。本站光/電纜路徑主要由二次設備室、站用配電間分別通至220kV配電裝置區(qū)域、110kV配電裝置區(qū)域、主變及10kV無功補償裝置四個區(qū)域組成，優(yōu)化后光/電纜通道詳見圖2.1。圖2.1 光/電纜通道圖2.1.1 220kV GIS配電裝置區(qū)域靠近配電裝置端子

6、箱或匯控柜設一條電纜通道，從GIS配電裝置就近至二次設備室,該區(qū)域電纜溝主要為至220kV配電裝置區(qū)域的光纜、控制電纜及少量動力電纜，主通道長度為71.2m。2.1.2 110kV GIS配電裝置區(qū)域110kV GIS配電裝置放置于站用配電間屋面平臺之上，電纜溝采用地上式電纜槽盒，該區(qū)域電纜溝主要為110kV配電裝置的光纜、控制電纜及少量動力電纜，通道長度為69.8m。2.1.3 主變配電裝置區(qū)域主變區(qū)域靠近二次設備室，從GIS配電裝置端部就近至二次設備室，并在靠近配電裝置端子箱或匯控柜設一條電纜通道，該區(qū)域電纜溝主要為主變的光纜、控制電纜及少量動力電纜，通道長度為40.6m。2.1.4 10

7、kV無功補償裝置區(qū)域10kV無功補償裝置區(qū)域設一個主通道和兩個分支通道，兩個分支通道連接一個主通道，通至二次設備室。該區(qū)域電纜溝主要為10kV配電裝置的動力電纜及少量控制電纜。2.2 光/電纜通道截面優(yōu)化根據(jù)光/電纜截面和數(shù)量，盡可能地縮減通道截面，可使通道的施工及電纜敷設更為簡單，施工材料更為節(jié)省，從而有效減少投資。本站動力電纜擬采用YJV電纜。YJV電纜雖較同等截面VV22電纜造價高，但其載流量大，可減小電纜通道截面，降低總體費用。二次回路采用光纜代替大量的控制電纜，也明顯減小了電纜通道截面，與常規(guī)同規(guī)模220kV變電站相比，220kV及110kVGIS配電裝置電纜通道電纜數(shù)量對比見表2.

8、2。表2.2 各通道最大光/電纜根數(shù)對比表方案內(nèi)容常規(guī)變電站設計方案本次投標方案直流電纜動力電纜控制電纜直流電纜動力電纜光纜220kV GIS配電裝置區(qū)域2425220230110kV GIS配電裝置區(qū)域2325221233按照設備區(qū)域對光/電纜用量進行估算，每條通道按照敷設23層光/電纜計算，對通道截面計算敘述如下。2.2.1 220kV GIS配電裝置區(qū)域220kV GIS配電裝置區(qū)域共為12個間隔，6個出線間隔。二次回路光纜優(yōu)化整合后，二次設備室至每個間隔匯控柜光纜用量為2根，220kV每回出線用通信光纜1根，光纜平均外徑約為12mm，區(qū)域內(nèi)最大光纜用量為30根。該區(qū)域內(nèi)配電裝置用動力電

9、纜量約為2根，平均外徑約為20mm，控制電纜12根，平均外徑約10mm?？紤]一定的裕度后，選取每部分配電裝置主通道截面為600mm×600mm，末端通道截面可考慮采用600mm×400mm，整個配電裝置一個通道，可滿足最終規(guī)模的光/電纜通道。2.2.2 110kV GIS配電裝置區(qū)域110kV GIS配電裝置約為18個間隔，3個主變進線間隔，12個出線間隔。二次回路光纜優(yōu)化整合后，主變進線間隔光纜用量為2根，其余每個間隔光纜用量約為1根，每回出線用通信光纜1根，光纜平均外徑約為12mm，區(qū)域內(nèi)最大光纜用量為33根。該區(qū)域內(nèi)配電裝置用交流電纜量約為2根，平均外徑約為20mm，

10、控制電纜9根，平均外徑約10mm。通道最大光/電纜量為電力電纜11根，光纜37根。110kV GIS放置于站用配電間屋面平臺之上，光/電纜采用地上式電纜槽盒進行放置。考慮一定的裕度后，選取每部分配裝置通道截面為800mm×200mm，整個配電裝置一個通道，即可滿足最終規(guī)模的光/電纜通道。2.2.3 主變配電裝置區(qū)域主變配電裝置共有3臺，經(jīng)光纜優(yōu)化整合后，每臺主變含有控制電纜8根，動力電纜3根，光纜4根，區(qū)域內(nèi)最大光纜用量為12根，電纜33根?？紤]一定的裕度后，選取每部分配裝置通道截面為400mm×400mm，整個配電裝置一個通道，即可滿足最終規(guī)模的光/電纜通道。2.2.4

11、10kV無功補償裝置區(qū)域無功補償裝置區(qū)域主要為10kV動力電纜，控制電纜或光纜用量較少，因此該區(qū)域考慮采用電力電纜和控制電纜的常規(guī)方案。每一個電容器組約需10kV交流動力電纜1根，控制電纜2根。考慮10kV進出線回路數(shù)較多，且采用南北兩側出線，選取通道截面為1200mm×1000mm，兩端通道截面選用800mm×1000mm，即可滿足最終規(guī)模的電纜通道。2.2.5 二次設備室及站用配電間二次設備室內(nèi)采用600mm×600mm電纜溝，站用配電間內(nèi)采用1200mm×1000mm電纜溝。2.3 對比分析通過對各區(qū)域設備光/電纜使用情況進行分析，站用配電間采用1

12、200mm×1000mm電纜溝；10kV無功補償裝置區(qū)域采用1200mm×1000mm電纜溝，兩側及通至二次設備室的電纜溝采用800mm×1000mm；二次設備室和220kV配電裝置區(qū)域均采用600mm×600mm電纜溝；主變采用400mm×400mm電纜溝；110kV配電裝置區(qū)域均采用800mm×200mm地上式電纜槽盒。通過光/電纜整合、壓縮站區(qū)面積、調(diào)整電纜路徑等一系列優(yōu)化措施，與常規(guī)同類型220kV變電站相比，電纜溝截面尺寸明顯減??；二次回路采用光纜代替大量的控制電纜，明顯減小了光/電纜通道截面，二次電纜通道截面面積比常規(guī)變電

13、站減小15%。主電纜通道對比見表2.3。表2.3 光/電纜主通道對比表方 案主電纜通道截面（mm×mm）長度(m)合計(m)常規(guī)220kV變電站設計方案1200×100080.2358.6800×100051.2800×600157.4800×40069.8本次投標設計方案1200×100080.2358.6800×100051.2600×600（400）116.8400×40040.6800×20069.83 電纜溝方案選型根據(jù)優(yōu)化后的總平面、配電裝置及光/電纜通道截面，綜合考慮性能、造價等要

14、素，二次電纜敷設形式主要有以下備選方案：方案一：采用磚砌電纜溝，溝蓋板采用角鋼框混凝土鋼絲網(wǎng)蓋板，電纜溝內(nèi)安裝鍍鋅角鋼支架。方案二：采用地上式電纜槽盒，電纜槽盒材質(zhì)為鍍鋅鋼板，電力電纜、控制電纜和光纜分槽敷設。方案三：全站采用直埋電纜排管加工井，排管可采用鍍鋅鋼管、PVC類有機材料和水泥管。方案一中，10kV無功補償裝置區(qū)域和站用配電間室內(nèi)1200mm×1000mm和800mm×1000mm電纜溝由于采用磚砌電纜溝不能滿足抗彎、抗剪等受力要求，因此均采用混凝土電纜溝。110kV GIS放置于站用配電間屋面平臺之上，光/電纜采用800mm×200mm地上式電纜槽盒。

15、3.1 磚砌電纜溝方案 電纜溝道根據(jù)埋置深度的不同，常用材料有磚、素混凝土及鋼筋混凝土三種，本工程深度不超過600mm的電纜溝，采用磚砌體結構可滿足抗彎、抗剪等受力要求，而且可大幅減少鋼筋綁扎、支模板工作量，施工工藝簡單成熟，投資少、工期短，因此推薦采用磚砌電纜溝。本工程土壤標準凍結深度為0.64m，溝道側面應回填非凍脹性的中砂或粗砂，其厚度不應小于10cm。根據(jù)變電所總布置技術規(guī)程DL/T5056-2007中相關要求，為防止溝壁上沿因受干、濕、凍融和機械力的反復作用下粉刷層開裂損壞，在磚砌溝道露出地面部分設置混凝土護沿，既可保護溝道不受損傷，亦可使溝道、蓋板排列整齊美觀，圖3.1-1、2為電

16、纜溝實物圖。 圖3.1-1 智能變電站二次電纜溝 圖3.1-2 10kV電纜溝屋外電纜溝規(guī)格：220kV配電裝置區(qū)主電纜溝截面均采用600mm×600mm，電纜溝端部電纜數(shù)量較少部分，減少深度至400mm；主變電纜溝截面采用400mm×400mm，過道路部分采用埋管。磚砌電纜溝詳見圖3.1-3。圖3.1-3 磚砌電纜溝（方案一）磚砌電纜溝方案主要有以下技術特點：1）電纜敷設方便、易于檢修維護，溝內(nèi)光纜、電纜分層敷設，散熱條件好，受外界溫度變化影響小，電纜運行環(huán)境較好。2）電纜溝材料以素混凝土和磚為主，成本低廉，耐久性好，壽命期無需進行維護，而且溝道深度可根據(jù)電纜數(shù)量多少靈活

17、調(diào)整，進一步提高電纜通道截面利用率，綜合工程造價相對較低。3）電纜溝強度較好，其整體剛度好于電纜槽盒，可作為變電站檢修巡視通道。4）磚砌電纜溝施工工藝簡單成熟，工期短，鋼筋綁扎和支模工作量很小，施工質(zhì)量易于控制。5）電纜溝自身耐火性能和電氣防火封堵效果好。6）為使場地雨水不流入電纜溝內(nèi)，一般電纜溝溝壁頂面高于地面50100mm，同時溝底需沿縱向設置不小于0.5%排水坡，通過集水井或管道接入附近下水井，地下管網(wǎng)相對較為復雜。3.2 電纜槽盒方案電纜槽盒常用材料有不銹鋼和鍍鋅鋼板兩種，其中不銹鋼造價較高，推薦采用鍍鋅鋼板。敷設于地面上的電纜槽盒為工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場分段拼裝，一般間距2m左右設混凝土基

18、礎墩，電纜槽盒在過道路和建筑物入口等部位需設置檢查井，以便電纜接入。圖3.2-1為電纜槽盒實物圖。 圖3.2-1 電纜槽盒實物圖電纜槽盒規(guī)格：各配電裝置區(qū)電纜槽盒均采用800mm×200mm，過道路部分采用埋管。詳見圖3.2-2。圖3.2-2 電纜槽盒（方案二）電纜槽盒方案主要有以下技術特點：1）電纜槽盒為工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場僅拼裝即可，安裝時土方開挖量小，施工速度快。2）槽盒置于地面以上，不影響站區(qū)排水，而且電纜槽內(nèi)積水可直接匯入站區(qū)地面排水，簡化管網(wǎng)設計，據(jù)測算可節(jié)省工程造價約3.6萬元。3）因槽盒內(nèi)部空間狹小，電纜敷設時有一定困難，變電站投運后，其運行維護及擴建施工不方便。4）鋼制

19、槽盒導熱系數(shù)高，槽內(nèi)電纜易受外界極端冷熱溫度變化的影響，而且電纜排列緊密，散熱條件不好，電纜運行環(huán)境較差。5）一般鍍鋅防腐的防護年限在15年左右，電纜槽盒在地面上干濕交替比較頻繁，需在服役期進行二次維護，全壽命周期經(jīng)濟指標較差。6）與道路和大電纜溝交匯時處理較困難，防火封堵效果較差。3.3 電纜排管方案電纜排管在市政設施中有較多應用，常用材料有鍍鋅鋼管、PVC類有機材料和水泥管，其中PVC類材料耐久性和耐熱性較差，易發(fā)生軟化變形，水泥管自重較重，現(xiàn)場接頭不易處理。排管在電纜轉彎或在間隔不超過50m以內(nèi)設置工井，排管布置詳見圖3.3。 圖3.3 電纜排管（方案三）電纜排管方案主要有以下技術特點：

20、1）電纜排管可根據(jù)電纜數(shù)量的多少，按實際需求敷設幾根至幾十根,組合施工方便，電纜護套管一次投入后, 基本無日常維護工作量,節(jié)約了維護費用。2）電纜敷埋設于地下，受外界溫度變化影響小，但散熱情況不良。3）由于配電裝置區(qū)分支接頭較多，電纜敷設困難，變電站投運后，其運行維護和擴建都十分不方便。4）電纜管連接接頭工作量大,與端子箱等設備連接難度較大。3.4 技術經(jīng)濟比較以上三種電纜敷設方案技術性能比較見表3.4-1，造價對比見表3.4-2。表3.4-1 二次電纜溝方案技術比較表 指標 方案可施工性耐久性電纜敷設檢修運行環(huán)境磚砌電纜溝方案施工工藝簡單成熟，工期較短耐久性好，維護工作量小電纜敷設、檢修方便

21、電纜散熱好，運行環(huán)境良好電纜槽盒方案預制構件，現(xiàn)場拼裝，土方量小，工期短鍍鋅防腐，需定期維護電纜敷設、檢修較難電纜散熱不良，運行環(huán)境較差電纜排管方案現(xiàn)場接頭較多，施工較為復雜耐久性好，基本無需維護電纜敷設、檢修困難電纜散熱不良，運行環(huán)境一般表3.4-2 二次電纜溝方案造價對比表方 案電纜通道截面（mm×mm）長 度(m)單 價（元/m）合 計（萬元）同規(guī)模常規(guī)220kV變電站素混凝土電纜溝方案800×1000 157.4973.815.33磚砌電纜溝方案600×600 116.8427.06.36400×400 40.6339電纜槽盒方案800×

22、;200 157.42054.032.33電纜排管方案8100116.81401.119.21410040.6700.6從以上對比可知，采用磚砌電纜溝具有較大優(yōu)勢，其具有施工技術成熟、光/電纜敷設、檢修方便、電纜運行環(huán)境好的優(yōu)點、可以以較低的工程造價提供較好的技術性能，相比電纜槽盒和電纜排管方案造價低80%、67%，比常規(guī)變電站相比節(jié)省投資58.5%，經(jīng)濟效益明顯，因此推薦本工程二次電纜敷設采用方案一。4 電纜溝蓋板選型電纜溝蓋板作為電纜溝主要組成部分，對防護電纜免受外界影響起著重要作用，蓋板長期暴露于室外，日曬、風吹雨淋，工作環(huán)境較為惡劣，對其耐久性、抗老化、抗腐蝕能力均有較高要求，而且電纜

23、溝作為變電站的巡視通道，蓋板作為主要受力構件，要求具備足夠的強度、剛度。有必要通過性能、價格的比較，選擇合理的方案。目前常用電纜溝蓋板主要有混凝土鋼絲網(wǎng)蓋板、PRC無機蓋板、有機復合蓋板、金屬蓋板四種類型，其中混凝土鋼絲網(wǎng)蓋板在變電站中應用最為普遍，近年來經(jīng)設計和施工工藝改進，采取了工廠化生產(chǎn)成品，在生產(chǎn)過程中增設角鋼邊框、膠墊等措施，裂縫和破損情況已極少發(fā)生，而且消除了蓋板制作過程中的尺寸偏差、變形、塊間不平、接縫不密等質(zhì)量通病，外觀質(zhì)量整齊美觀，在板上行走平穩(wěn)。與其他幾種形式蓋板比較見表4。表4 電纜溝蓋板綜合性能比較 方案指標混凝土鋼絲網(wǎng)蓋板無機蓋板（PRC混凝土）有機復合蓋板金屬蓋板重量(kg/m2)100755045允許