發(fā)電廠電氣電纜選型分析

1、發(fā)電廠電氣電纜選型分析雷曉明（電氣室）摘要：本文對(duì)電纜的類型以及電纜的技術(shù)發(fā)展情況進(jìn)行了簡要論述，結(jié)合火力發(fā)電廠實(shí)際情況，對(duì)電氣系統(tǒng)的動(dòng)力、控制電纜的選型進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠電纜選型即滿足有關(guān)規(guī)程規(guī)定要求，又合理經(jīng)濟(jì)。關(guān)鍵詞：電纜 選型 節(jié)能 1、 問題的提出隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，節(jié)約能源及原材料，建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，已成為全民的共識(shí)，在發(fā)電廠建設(shè)中，節(jié)約電纜即節(jié)約了銅材或鋁材以及絕緣材料，如聚氯乙稀等材料；而節(jié)約電纜敷設(shè)設(shè)施如橋架等，相應(yīng)節(jié)約了鋼材及鋁材，對(duì)節(jié)約投資有著重要的意義。電纜的線損在電能的損耗中占有較大的比例，在電廠建設(shè)中選擇合適的電纜截面，對(duì)降低電纜的線損、相應(yīng)增加電廠的產(chǎn)出，以及減少

2、電纜線損引起的電纜發(fā)熱量減少，降低發(fā)生火災(zāi)的發(fā)生的機(jī)率均有益處。應(yīng)用綠色環(huán)保、不污染環(huán)境的材料已成為全民的公識(shí)，對(duì)于電纜設(shè)備而言，選擇合適的絕緣材料，在電纜運(yùn)行中不產(chǎn)生危害環(huán)境的廢氣、廢料等、在發(fā)生著火時(shí)，電纜難燃以及燃燒時(shí)不產(chǎn)生有毒有害廢氣，廢電纜的絕緣材料容易降解，而且降解時(shí)不產(chǎn)生有毒材料等，在發(fā)電廠的設(shè)計(jì)及建設(shè)中，有著研究的必要。近來，火災(zāi)頻繁發(fā)生，而電纜、電線的絕緣老化發(fā)生短路引起的火災(zāi)占較大的比例，因此選擇合適的電纜、電纜的防火應(yīng)在電廠建設(shè)中引起足夠的重視。根據(jù)上述分析，結(jié)合各個(gè)工程的實(shí)際情況，在發(fā)電廠建設(shè)中選擇合適的電纜截面、對(duì)電纜的絕緣材料進(jìn)行選型優(yōu)化，對(duì)電廠節(jié)約投資、降級(jí)運(yùn)行損

3、耗有著實(shí)際的意義。本文從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、及運(yùn)行等方面對(duì)發(fā)電廠電纜選型進(jìn)行論證，以期達(dá)到多方案比較，最終選用最優(yōu)的方案。問題的提出：（1）發(fā)電廠電纜的選型優(yōu)化2、發(fā)電廠電纜的選型優(yōu)化3.1 電纜的分類一般來說，電纜由以下各個(gè)部分組成：導(dǎo)線，進(jìn)行電流或電磁波信息傳輸；絕緣層，包覆在導(dǎo)線周圍起著電氣絕緣的構(gòu)件；護(hù)層，對(duì)絕緣層起保護(hù)作用的構(gòu)件；屏蔽，將電纜的電磁場與外界隔離的構(gòu)件；填充結(jié)構(gòu)，在各個(gè)芯之間的空隙之間填充的構(gòu)件；電纜的分類依據(jù)導(dǎo)體及絕緣材料的材料，電壓等級(jí)、應(yīng)用范圍、外護(hù)層材料的選型分為多個(gè)大類，以下分別簡約說明：按照導(dǎo)體材料分類：銅芯電纜鋁芯電纜光纖按照絕緣材料分類：電纜絕緣材料分為導(dǎo)體絕緣

4、材料及護(hù)套絕緣材料兩層并且包括各個(gè)單芯電纜之間的填充料，電纜的導(dǎo)體及護(hù)套絕緣材料可相同，也可采用不同材質(zhì)，具體分類見下表：序號(hào)電纜分類電纜名稱護(hù)套材料導(dǎo)體絕緣材料備注01油式電纜油浸紙絕緣塑料帶或浸漬皺紋紙油浸紙自容式充油電纜麻及絕緣護(hù)層油02氣體絕緣充氣電纜絕緣材料SF6或其它絕緣氣體03干式電纜聚(氯)乙烯電纜聚(氯)乙烯聚(氯)乙烯交聯(lián)聚乙烯電纜交聯(lián)聚乙烯交聯(lián)聚乙烯其它特殊類型電纜阻燃云母帶包繞絕緣材料絕緣材料氧化鎂或其它礦物材料絕緣材料按照電壓等級(jí)分類：電纜的電壓等級(jí)按照U0/U(Um)表示，U0為導(dǎo)體對(duì)地電壓，U為導(dǎo)體與導(dǎo)體之間電壓，Um表示為使用設(shè)備的系統(tǒng)最高電壓的最大值。其中，U

5、0按照系統(tǒng)接地故障持續(xù)時(shí)間可分為2類，第一類電纜用于每次單相接地故障持續(xù)不大于1分鐘系統(tǒng)，如小電阻接地系統(tǒng)、直接接地系統(tǒng)等，第二類電纜用于每次單相接地故障持續(xù)時(shí)間很長的系統(tǒng)，融入中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地或者高阻接地系統(tǒng)、不接地系統(tǒng)等。按照應(yīng)用范圍分類：電纜按照應(yīng)用范圍分類可分為動(dòng)力電纜、控制電纜、通信電纜等，按照使用區(qū)域分類有船用電纜、礦用電纜等，特殊應(yīng)用如補(bǔ)償電纜、伴熱電纜等，詳細(xì)分類如下表：序號(hào)電纜分類名稱主要特點(diǎn)應(yīng)用范圍備注01應(yīng)用范圍電力電纜導(dǎo)體截面可較大、絕緣耐壓根據(jù)耐壓等級(jí)不同而不同用于電能的傳送控制電纜芯數(shù)較多，導(dǎo)體截面不大、絕緣要求不高主要用于開關(guān)量的傳送通信電纜屏蔽干擾措施較嚴(yán)格

6、主要用于計(jì)算機(jī)信號(hào)的輸入02特殊應(yīng)用電纜船用電纜耐水性、抗震效果好用于船上礦用電纜耐溫性能較好，抗拖拉礦山、煤礦等03特殊用途電纜伴熱電纜接入電流發(fā)熱防凍保護(hù)補(bǔ)償電纜用于連接熱電偶與測量裝置，其導(dǎo)體與熱電偶型號(hào)相關(guān)熱電偶系統(tǒng)按照外護(hù)層包括鎧裝層分類：分類方法見下表：序號(hào)標(biāo)記鎧裝層外護(hù)層備注010無無021纖維繞包（麻被）032雙鋼帶聚氯乙稀護(hù)套043細(xì)圓鋼絲聚乙烯護(hù)套054粗圓鋼絲按照電纜抗燃性能分類：分為普通電纜、阻燃電纜、耐火電纜三大類，其主要區(qū)別見下表：序號(hào)電纜分類名稱主要特點(diǎn)應(yīng)用范圍備注01普通電纜絕緣層和外護(hù)層在在高溫下會(huì)燃燒，且不能自熄應(yīng)用于火災(zāi)可能性較小場所02阻燃電纜船用電纜電

7、纜會(huì)在高溫時(shí)燃燒，但外部火焰離開后會(huì)自熄,按GB12666.5 分為A、B、C三類，其中A類阻燃性能最好用于較重要場所，比普通電纜提供15倍以上的逃生時(shí)間，燒掉的材料為非阻燃材料的1/2，燃燒產(chǎn)品綜的毒氣氣體量，為非阻燃的1/303耐火電纜A類耐火電纜有機(jī)耐火電纜，在導(dǎo)體上包繞耐火云母帶，電纜在高溫時(shí)不會(huì)燃燒，在950 oC1000 oC之下可工作1.5小時(shí)應(yīng)用于消防等逃生、救火時(shí)需要供電的場所B類耐火電 纜采用氧化鎂或其它礦物材料絕緣，外護(hù)套為銅或合金，電纜在高溫時(shí)不會(huì)燃燒，在750 oC800 oC之下可工作1.5小時(shí)近幾年來，電纜在低鹵、燃燒時(shí)無有害氣體、燃燒時(shí)煙霧稀少方面做了大量的工作

8、，推出了很多新型號(hào)的電纜產(chǎn)品，關(guān)于電纜的阻燃防火，在后面的章節(jié)詳述。2.2 火力發(fā)電廠電纜選型論證在發(fā)電廠應(yīng)用的電纜主要為動(dòng)力電纜、控制電纜和通信電纜，并且少量使用了光纖、雙絞線等。下面根據(jù)電纜的分類以及電廠的實(shí)際情況，對(duì)火力發(fā)電廠電纜的選型進(jìn)行說明：1） 導(dǎo)體的選型根據(jù)發(fā)電廠、變電所電纜選擇與敷設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)程（SDJ-26）規(guī)定:“控制電纜應(yīng)采用銅芯；35kV以上高壓電纜、勵(lì)磁回路、移動(dòng)式設(shè)備回路、高溫及爆炸場所以及廠用電源回路的電力電纜，應(yīng)采用銅芯。其它除按技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析確認(rèn)宜選用銅芯外，都可以選用鋁芯”。即在大部分回路規(guī)程推薦采用鋁芯電纜，主要原因是我國鋁資源豐富，而銅資源稀缺，每年都要進(jìn)口大

9、量的銅，受國際市場的制約很大，因此兩者之間差價(jià)較大，同截面、同型號(hào)銅芯電纜價(jià)格約為鋁芯電纜的150左右，尤其是近段時(shí)間，受國際原材料價(jià)格影響，銅芯電纜漲價(jià)幅度很大，銅芯電纜與鋁芯電纜價(jià)格差別進(jìn)一步拉大。但銅芯電纜有以下優(yōu)點(diǎn)：銅芯電纜的載流量為鋁芯電纜的1.29倍，相同容量的負(fù)荷如采用銅芯電纜，截面可相應(yīng)縮小；采用鋁芯電纜會(huì)增加電纜的根數(shù)，造成盤、柜間連接擁擠，曾經(jīng)多次因連接處故障導(dǎo)致嚴(yán)重事故。同樣條件下，銅-銅連接的接觸電阻比銅-鋁連接的接觸電阻小10-30左右，減少接觸處損耗；根據(jù)美國統(tǒng)計(jì)的火災(zāi)事故率，銅芯電線電纜引起的火災(zāi)只有鋁芯電線電纜的1/55，證明銅芯電纜比鋁芯電纜更安全可靠。銅芯電

10、纜與鋁芯電纜的經(jīng)濟(jì)比較：根據(jù)美國金屬市場報(bào)（AMM）公布的2005年11月1日鋁、鋁合金銅收市報(bào)價(jià)如下：鋁：2001.50 美元/噸鋁合金：1605美元/噸銅：4088.00 美元/噸銅密度為：8.89g/cm3鋁密度為：2.71g/cm3即銅的密度為鋁的3.28倍，相同截面的銅芯電纜所耗銅材價(jià)格為鋁的3.28×(4088/2001.5)=6.70倍。以下為國內(nèi)部分廠家電力電纜參考價(jià)：序號(hào)電纜型號(hào)YJ(L)V22 8.7/10kV價(jià)格（元/公里）差價(jià)電纜型號(hào)ZRV(L)V220.6/1kV價(jià)格（元/公里）差價(jià)銅鋁銅鋁013×251010007960078.83×4

11、8694575066.14%023×351150008650075.23×610710650060.69%033×501365009470069.43×1015750905057.46%043×7015900010600066.73×16224701170052.07%053×9519500012400063.63×25311851500048.10%063×12022400013200058.93×35394801890047.87%073×15026000015150058.33&

12、#215;50544952210040.55%083×18530300015900052.53×70729752790038.23%093×24036500018680051.23×90994353710037.31%103×300428000214000503×1201233104400035.68%113×1501564505030032.15%123×1851938606420033.12%133×2402553608040031.48%平均差價(jià)56.852.81%由上表可看出：鋁芯電纜平均價(jià)格約為

13、銅芯電纜平均價(jià)格的52.856.8左右；截面越大，則電纜差價(jià)越大。綜上所述，從投資考慮，鋁芯電纜投資省，但從技術(shù)上考慮，采用銅芯電纜可選擇小截面電纜，相應(yīng)降低電纜造價(jià)；減少電纜接頭，而且銅的熔點(diǎn)為1080oC，而鋁的熔點(diǎn)為600oC，在發(fā)生短路、火災(zāi)時(shí)，銅芯電纜更安全。因此對(duì)銅芯、鋁芯電纜的選型應(yīng)進(jìn)行綜合比較。2） 絕緣材料的選型 油浸電纜因運(yùn)行需要不斷補(bǔ)充油，需要設(shè)供油系統(tǒng)及塞止接頭，同時(shí)對(duì)敷設(shè)高差等有諸多限制，屬于干式電纜的絕緣材料還達(dá)不到絕緣及敷設(shè)要求以前的電纜產(chǎn)品，如今，隨著干式絕緣電纜技術(shù)的飛速發(fā)展，已逐步淘汰，油浸紙絕緣電纜同樣在逐漸淘汰中。目前電廠設(shè)計(jì)中很少應(yīng)用油浸電纜及油浸紙絕

14、緣電纜，本電廠不推薦采用以上兩類電纜。對(duì)于氣體絕緣電纜，主要應(yīng)用于超高壓特大電流輸出，國外在20世紀(jì)70年代進(jìn)入實(shí)用化進(jìn)程，但國內(nèi)應(yīng)用很少，同樣制造業(yè)績也很少，在廠用系統(tǒng)應(yīng)用的可能性不大，本次不討論?；鹆Πl(fā)電廠主要應(yīng)用的電纜為干式絕緣電纜，主要分為以下幾大類型：聚乙稀絕緣聚乙稀護(hù)套電纜（YY）;聚氯乙稀絕緣聚氯乙稀護(hù)套電纜（VV）; 交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙稀護(hù)套電纜（YJV）等等，下表對(duì)常用干式電纜特點(diǎn)及應(yīng)用范圍進(jìn)行簡單比較：序號(hào)電纜名稱護(hù)套材料導(dǎo)體絕緣材料主要特點(diǎn)應(yīng)用范圍備注01YY聚乙烯聚乙烯無氯，易因環(huán)境開裂，機(jī)械強(qiáng)度低，軟化溫度低、受熱易變形，阻燃性能差，不易加阻燃劑，耐水性能好.較少應(yīng)

15、用，主要為低溫環(huán)境、以及低毒難燃要求場所02VV聚氯乙烯聚氯乙烯導(dǎo)體長期運(yùn)行溫度70oC，短路時(shí)溫度160oC，燃燒時(shí)鹽霧有毒，比聚乙烯柔軟、機(jī)械強(qiáng)度高、耐磨性好，軟化溫度較高，高、低溫場所不宜使用，防火有低毒性要求時(shí)，不宜使用，高壓電纜不宜使用，除以上要求外，有著廣泛應(yīng)用03YJV交聯(lián)聚乙烯交聯(lián)聚乙烯導(dǎo)體長期運(yùn)行溫度90oC，短路時(shí)溫度250oC，絕緣性能好，允許工作溫度高，較好的機(jī)械強(qiáng)度，在濕度較高時(shí)通電可產(chǎn)生水樹老化現(xiàn)象，價(jià)格較高，燃燒時(shí)無毒可應(yīng)用范圍廣，但因受價(jià)格影響，主要應(yīng)用于高壓動(dòng)力電纜04FF(FV)氟塑料（聚氯乙?。┓芰想娎|連續(xù)工作溫度可達(dá)150 oC應(yīng)用于高溫場所05CEF

16、CEH船用電纜氯丁氯磺乙丙船用電纜06礦物絕緣電纜銅或合金氧化鎂運(yùn)行溫度可達(dá)250 oC更高溫場所07丁晴電纜丁晴復(fù)合物油污染環(huán)境08硅橡膠電纜硅橡膠經(jīng)常移動(dòng)環(huán)境低壓動(dòng)力電纜采用交聯(lián)聚乙烯及聚氯乙稀，技術(shù)上分析，交聯(lián)聚乙烯電纜耐溫更高、燃燒時(shí)無毒性，絕緣性能更好，而聚氯乙稀電纜在高溫及低溫環(huán)境下不能使用，燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生有毒氣體，絕緣性能比交聯(lián)聚乙烯差，因此，從技術(shù)上分析，低壓動(dòng)力電纜采用交聯(lián)聚乙烯更好。0.6/1kV交聯(lián)聚乙烯和聚氯乙稀電纜的比較見下表序號(hào)電纜截面阻燃交聯(lián)聚乙烯電纜阻燃聚氯乙稀電纜備注價(jià)格(元/km)載流量(A )價(jià)格(元/km)載流量(A )013×41×2

17、.513820371160030023×61×422050461853037033×101×627150632278053043×161×1039000843094069053×251×16609001095117089063×351×257785013265280109073×501×2510860015990100132083×701×35167450195121040167093×951×502055002371717002131

18、03×1201×70253500273212500242113×1501×70312000310261800282123×1851×95393000355329290322133×2401×120502500416421600385平均價(jià)格167947.7139102.3對(duì)比值100%100%82.8%88.2%說明：以上電纜載流量是在空氣中長期敷設(shè)載流量，環(huán)境溫度30 oC。由上表可看出，聚氯乙烯電纜平均價(jià)格約為交聯(lián)聚乙烯電纜的82.8%，而其平均載流量約為交聯(lián)聚乙烯電纜的88.2%，因此使用交聯(lián)聚乙烯電纜時(shí)，其

19、截面比聚氯乙稀電纜可相應(yīng)縮小。根據(jù)以上電纜特點(diǎn)，火力發(fā)電廠高壓電纜采用交聯(lián)聚乙烯電纜；低壓動(dòng)力及控制電纜可考慮采用交聯(lián)聚乙烯電纜。在鍋爐、電除塵本體溫度較高的區(qū)域，可選用交聯(lián)聚乙烯絕緣，105高溫聚氯乙稀護(hù)套電纜，以達(dá)到既耐高溫，又節(jié)省投資的目的。3） 電壓等級(jí)的確定 控制電纜：根據(jù)規(guī)程要求，一般宜采用450/750V 電纜，當(dāng)外部電氣干擾影響很小時(shí)，可選用電壓較低的電纜；在220kV及以上高壓配電裝置敷設(shè)的控制電纜，宜采用600/1000V，或有良好屏蔽條件下，可選用450/750V。根據(jù)以上規(guī)定，發(fā)電廠一般在500kV升壓站采用600/1000V控制電纜，在其它場所選用450/750V控制

20、電纜。動(dòng)力電纜：以下主要討論廠用電系統(tǒng)電力電纜。廠用高壓系統(tǒng)，如廠用高壓系統(tǒng)采用低電阻接地，根據(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)定，電纜電壓的選擇應(yīng)按100使用工作回路相電壓，如廠用高壓系統(tǒng)采用高電阻接地或不接地，根據(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)定，電纜電壓的選擇應(yīng)按173使用工作回路相電壓，即相電壓采用與線電壓相同等級(jí)。廠用高壓系統(tǒng)采用低電阻接地時(shí)高壓電纜的選擇：10kV 系統(tǒng): 相電壓6.06kV，線電壓10kV, 電纜U0/U8.7/10kV；6kV 系統(tǒng): 相電壓3.64kV，線電壓6kV, 電纜U0/U6/6kV；3kV 系統(tǒng): 相電壓1.82kV，線電壓6kV, 電纜U0/U1.8/3kV；廠用高壓系統(tǒng)采用高電阻接地或不

21、接地時(shí)高壓電纜的選擇：10kV 系統(tǒng): 相電壓10kV，線電壓10kV, 電纜U0/U10/10kV；6kV 系統(tǒng): 相電壓6kV，線電壓6kV, 電纜U0/U6/6kV；3kV 系統(tǒng): 相電壓3kV，線電壓6kV, 電纜U0/U3/3kV；廠用低壓系統(tǒng)：一般采用電纜U0/U0.6/1kV；4） 外護(hù)層的確定動(dòng)力電纜：近期發(fā)電廠主廠房采用架空敷設(shè)，采用電纜橋架敷設(shè)電纜，在電動(dòng)機(jī)接線盒處設(shè)電纜保護(hù)管，根據(jù)規(guī)程規(guī)定，可采用不帶鎧裝電纜；廠區(qū)及輔助廠房電纜一般采用綜合管架、電纜溝聯(lián)合敷設(shè)時(shí)，在綜合管架采用電纜橋架敷設(shè)，如電纜溝較少，可在電纜溝內(nèi)設(shè)電纜橋架，因此電纜可采用不帶鎧裝電纜?？刂齐娎|采用不帶

22、鎧裝電纜，主廠房及升壓站電纜根據(jù)規(guī)程規(guī)定采用屏蔽電纜，輔助廠房可采用不帶屏蔽電纜。3 結(jié)論電廠主要電纜選型見下表序號(hào)電纜型號(hào)主要特點(diǎn)應(yīng)用場所備注01ZRC-YJV-8.7/10kV阻燃交聯(lián)聚乙烯電纜廠用10kV動(dòng)力電纜變壓器中性點(diǎn)低電阻接地02ZRC-YJV-6/6kV阻燃交聯(lián)聚乙烯電纜廠用6kV動(dòng)力電纜03ZRC-YJV-1.8/3kV阻燃交聯(lián)聚乙烯電纜廠用3kV動(dòng)力電纜04ZRC-VV-0.6/1kV阻燃聚氯乙烯電纜廠用低壓動(dòng)力電纜05NH-YJV-0.6/1kV耐火聚氯乙烯電纜直流、UPS、消防、保安電源系統(tǒng)06ZRC-KVVP-0.6/1kV阻燃聚氯乙烯控制電纜升壓站控制電纜07ZRC

23、-KVVP-450/750V阻燃聚氯乙烯控制屏蔽電纜主廠房控制電纜08ZRC-KVV-450/750V阻燃聚氯乙烯控制電纜輔助廠房控制電纜09NH-KVVP-450/750V耐火聚氯乙烯控制電纜直流、UPS、消防、保安電源控制電纜電纜的基本資料根據(jù)電纜選擇論證結(jié)果，相關(guān)的電纜的有關(guān)資料見下表:13典型電纜基本參數(shù)表序號(hào)截面載流量（A）外徑（mm）荷重（kg/km）截面載流量（A）外徑（mm）荷重（kg/km）備注ZRC-YJV-8.7/10kVZRC-YJV-6/6kV013×2513546.223973×2513537.21836023×3516049.0282

24、03×3516039.82225033×5019552.033283×5019542.83089043×7024556.141633×7024546.93493053×9530059.751203×9530050.54388063×12034563.060093×12034553.75264073×15039566.670443×15039557.46226083×18545570.383223×18545561.07387093×24054075.4102523×24054066.69260ZRC-YJV-0.6/1kVNH-YJV-0.6/1kV013×43712.22343×44412.8189023×64613.43073×