发电厂电气电缆选型分析

发电厂电气电缆选型分析发电厂电气电缆选型分析 雷晓明雷晓明 电气室 电气室 摘要 本文对电缆的类型以及电缆的技术发展情况进行了简要论述 结合火力发电厂实际 情况 对电气系统的动力 控制电缆的选型进行分析 实现发电厂电缆选型即满足有关规 程规定要求 又合理经济 关键词 电缆 选型 节能 1 问题的提出问题的提出 随着国民经济的发展 节约能源及原材料 建设节约型社会 已成为全民 的共识 在发电厂建设中 节约电缆即节约了铜材或铝材以及绝缘材料 如聚 氯乙稀等材料 而节约电缆敷设设施如桥架等 相应节约了钢材及铝材 对节 约投资有着重要的意义 电缆的线损在电能的损耗中占有较大的比例 在电厂建设中选择合适的电 缆截面 对降低电缆的线损 相应增加电厂的产出 以及减少电缆线损引起的 电缆发热量减少 降低发生火灾的发生的机率均有益处 应用绿色环保 不污染环境的材料已成为全民的公识 对于电缆设备而言 选择合适的绝缘材料 在电缆运行中不产生危害环境的废气 废料等 在发生 着火时 电缆难燃以及燃烧时不产生有毒有害废气 废电缆的绝缘材料容易降 解 而且降解时不产生有毒材料等 在发电厂的设计及建设中 有着研究的必 要 近来 火灾频繁发生 而电缆 电线的绝缘老化发生短路引起的火灾占较 大的比例 因此选择合适的电缆 电缆的防火应在电厂建设中引起足够的重视 根据上述分析 结合各个工程的实际情况 在发电厂建设中选择合适的电 缆截面 对电缆的绝缘材料进行选型优化 对电厂节约投资 降级运行损耗有 着实际的意义 本文从技术 经济 及运行等方面对发电厂电缆选型进行论证 以期达到 多方案比较 最终选用最优的方案 问题的提出 2 1 发电厂电缆的选型优化 2 发电厂电缆的选型优化 发电厂电缆的选型优化 3 1 电缆的分类电缆的分类 一般来说 电缆由以下各个部分组成 导线 进行电流或电磁波信息传输 绝缘层 包覆在导线周围起着电气绝缘的构件 护层 对绝缘层起保护作用的构件 屏蔽 将电缆的电磁场与外界隔离的构件 填充结构 在各个芯之间的空隙之间填充的构件 电缆的分类依据导体及绝缘材料的材料 电压等级 应用范围 外护层材 料的选型分为多个大类 以下分别简约说明 按照导体材料分类 铜芯电缆 铝芯电缆 光纤 按照绝缘材料分类 电缆绝缘材料分为导体绝缘材料及护套绝缘材料两层并且包括各个单芯电 缆之间的填充料 电缆的导体及护套绝缘材料可相同 也可采用不同材质 具 体分类见下表 序 号 电缆分 类 电缆名称护套材料导体绝缘材料备 注 油浸纸绝缘塑料带或浸渍皱纹纸油浸纸01油式电 缆自容式充油电缆麻及绝缘护层油 02气体绝充气电缆绝缘材料SF6 或其它绝缘 3 缘气体 聚 氯 乙烯电缆聚 氯 乙烯聚 氯 乙烯 交联聚乙烯电缆交联聚乙烯交联聚乙烯 阻燃云母带包绕绝缘 材料 绝缘材料 03干式电 缆 其它特殊类型电 缆 氧化镁或其它矿物材 料 绝缘材料 按照电压等级分类 电缆的电压等级按照 U0 U Um 表示 U0为导体对地电压 U 为导体与导体 之间电压 Um表示为使用设备的系统最高电压的最大值 其中 U0按照系统接 地故障持续时间可分为 2 类 第一类电缆用于每次单相接地故障持续不大于 1 分钟系统 如小电阻接地系统 直接接地系统等 第二类电缆用于每次单相接 地故障持续时间很长的系统 融入中性点经消弧线圈接地或者高阻接地系统 不接地系统等 按照应用范围分类 电缆按照应用范围分类可分为动力电缆 控制电缆 通信电缆等 按照使 用区域分类有船用电缆 矿用电缆等 特殊应用如补偿电缆 伴热电缆等 详 细分类如下表 序 号 电缆分类名称主要特点应用范围 备 注 电力电缆 导体截面可较大 绝缘耐压 根据耐压等级不同而不同 用于电能的传送 控制电缆 芯数较多 导体截面不大 绝缘要求不高 主要用于开关量 的传送 01应用范围 通信电缆屏蔽干扰措施较严格 主要用于计算机 信号的输入 船用电缆耐水性 抗震效果好用于船上 02 特殊应用 电缆矿用电缆耐温性能较好 抗拖拉矿山 煤矿等 03特殊用途伴热电缆接入电流发热防冻保护 4 电缆补偿电缆 用于连接热电偶与测量装置 其导体与热电偶型号相关 热电偶系统 按照外护层包括铠装层分类 分类方法见下表 序号标记铠装层外护层备注 010无无 021纤维绕包 麻被 032双钢带聚氯乙稀护套 043细圆钢丝聚乙烯护套 054粗圆钢丝 按照电缆抗燃性能分类 分为普通电缆 阻燃电缆 耐火电缆三大类 其主要区别见下表 序 号 电缆分 类 名称主要特点应用范围备注 01 普通电 缆 绝缘层和外护层在在高温下 会燃烧 且不能自熄 应用于火灾可能 性较小场所 02 阻燃电 缆 船用电缆 电缆会在高温时燃烧 但外 部火焰离开后会自熄 按 GB12666 5 分为 A B C 三类 其中 A 类阻燃性能最 好 用于较重要场所 比普通电缆提供 15 倍以上的逃生 时间 烧掉的材 料为非阻燃材料 的 1 2 燃烧产 品综的毒气气体 量 为非阻燃的 1 3 03 耐火电 缆 A 类耐火 电缆 有机耐火电缆 在导体上包 绕耐火云母带 电缆在高温 时不会燃烧 在 950 oC 1000 oC 之下可工作 1 5 应用于消防等逃 生 救火时需要 供电的场所 5 小时 B 类耐火 电 缆 采用氧化镁或其它矿物材料 绝缘 外护套为铜或合金 电缆在高温时不会燃烧 在 750 oC 800 oC 之下可工作 1 5 小时 近几年来 电缆在低卤 燃烧时无有害气体 燃烧时烟雾稀少方面做了大 量的工作 推出了很多新型号的电缆产品 关于电缆的阻燃防火 在后面的章 节详述 2 2 火力发电厂电缆选型论证火力发电厂电缆选型论证 在发电厂应用的电缆主要为动力电缆 控制电缆和通信电缆 并且少量使 用了光纤 双绞线等 下面根据电缆的分类以及电厂的实际情况 对火力发电 厂电缆的选型进行说明 1 导体的选型 根据 发电厂 变电所电缆选择与敷设设计规程 SDJ 26 规定 控制电 缆应采用铜芯 35kV 以上高压电缆 励磁回路 移动式设备回路 高温及爆炸 场所以及厂用电源回路的电力电缆 应采用铜芯 其它除按技术经济分析确认 宜选用铜芯外 都可以选用铝芯 即在大部分回路规程推荐采用铝芯电缆 主 要原因是我国铝资源丰富 而铜资源稀缺 每年都要进口大量的铜 受国际市 场的制约很大 因此两者之间差价较大 同截面 同型号铜芯电缆价格约为铝 芯电缆的 150 左右 尤其是近段时间 受国际原材料价格影响 铜芯电缆涨 价幅度很大 铜芯电缆与铝芯电缆价格差别进一步拉大 但铜芯电缆有以下优点 铜芯电缆的载流量为铝芯电缆的 1 29 倍 相同容量的负荷如采用铜芯电缆 截面可相应缩小 采用铝芯电缆会增加电缆的根数 造成盘 柜间连接拥挤 曾经多次因连接处故障导致严重事故 同样条件下 铜 铜连接的接触电阻比铜 铝连接的接触电阻小 10 30 左 右 减少接触处损耗 根据美国统计的火灾事故率 铜芯电线电缆引起的火灾只有铝芯电线电缆的 6 1 55 证明铜芯电缆比铝芯电缆更安全可靠 铜芯电缆与铝芯电缆的经济比较 根据美国金属市场报 AMM 公布的 2005 年 11 月 1 日铝 铝合金铜收市 报价如下 铝 2001 50 美元 吨 铝合金 1605 美元 吨 铜 4088 00 美元 吨 铜密度为 8 89g cm3 铝密度为 2 71g cm3 即铜的密度为铝的 3 28 倍 相同截面的铜芯电缆所耗铜材价格为铝的 3 28 4088 2001 5 6 70 倍 以下为国内部分厂家电力电缆参考价 价格 元 公里 价格 元 公里 序 号 电缆型号 YJ L V22 8 7 10kV 铜铝 差价电缆型号 ZRV L V22 0 6 1kV 铜铝 差价 01 3 25 1010007960078 8 3 4 86945750 66 14 02 3 35 1150008650075 2 3 6 107106500 60 69 03 3 50 1365009470069 4 3 10 157509050 57 46 04 3 70 15900010600066 7 3 16 2247011700 52 07 05 3 95 19500012400063 6 3 25 3118515000 48 10 06 3 120 22400013200058 9 3 35 3948018900 47 87 07 3 150 26000015150058 3 3 50 5449522100 40 55 08 3 185 30300015900052 5 3 70 7297527900 38 23 09 3 240 36500018680051 2 3 90 9943537100 37 31 10 3 300 42800021400050 3 120 12331044000 35 68 11 3 15032 15 12 3 185 19386064200 33 12 13 3 240 25536080400 31 48 7 平均差价56 8 52 81 由上表可看出 铝芯电缆平均价格约为铜芯电缆平均价格的 52 8 56 8 左右 截面越大 则电缆差价越大 综上所述 从投资考虑 铝芯电缆投资省 但从技术上考虑 采用铜芯电 缆可选择小截面电缆 相应降低电缆造价 减少电缆接头 而且铜的熔点为 1080oC 而铝的熔点为 600oC 在发生短路 火灾时 铜芯电缆更安全 因此 对铜芯 铝芯电缆的选型应进行综合比较 2 绝缘材料的选型 油浸电缆因运行需要不断补充油 需要设供油系统及塞止接头 同时对敷 设高差等有诸多限制 属于干式电缆的绝缘材料还达不到绝缘及敷设要求以前 的电缆产品 如今 随着干式绝缘电缆技术的飞速发展 已逐步淘汰 油浸纸 绝缘电缆同样在逐渐淘汰中 目前电厂设计中很少应用油浸电缆及油浸纸绝缘 电缆 本电厂不推荐采用以上两类电缆 对于气体绝缘电缆 主要应用于超高 压特大电流输出 国外在 20 世纪 70 年代进入实用化进程 但国内应用很少 同样制造业绩也很少 在厂用系统应用的可能性不大 本次不讨论 火力发电厂主要应用的电缆为干式绝缘电缆 主要分为以下几大类型 聚乙稀绝缘聚乙稀护套电缆 YY 聚氯乙稀绝缘聚氯乙稀护套电缆 VV 交联聚乙烯绝缘聚氯乙稀护套电缆 YJV 等等 下表对常用干式电 缆特点及应用范围进行简单比较 序 号 电缆名称护套材料导体绝 缘材料 主要特点应用范围备注 01YY聚乙烯聚乙烯无氯 易因环境开裂 机械强度低 软化温度 低 受热易变形 阻燃 性能差 不易加阻燃剂 耐水性能好 较少应用 主 要为低温环境 以及低毒难燃 要求场所 02VV聚氯乙烯聚氯乙 烯 导体长期运行温度 70oC 短路时温度 160oC 燃烧时盐雾有 高 低温场所 不宜使用 防 火有低毒性要 8 毒 比聚乙烯柔软 机 械强度高 耐磨性好 软化温度较高 求时 不宜使 用 高压电缆 不宜使用 除 以上要求外 有着广泛应用 03YJV交联聚乙烯交联聚 乙烯 导体长期运行温度 90oC 短路时温度 250oC 绝缘性能好 允许工作温度高 较好 的机械强度 在湿度较 高时通电可产生水树老 化现象 价格较高 燃 烧时无毒 可应用范围广 但因受价格影 响 主要应用 于高压动力电 缆 04FF FV 氟塑料 聚 氯乙稀 氟塑料电缆连续工作温度可达 150 oC 应用于高温场 所 05CEF CEH 船用电缆 氯丁 氯磺 乙丙船用电缆 06矿物绝缘电 缆 铜或合金氧化镁运行温度可达 250 oC更高温场所 07丁晴电缆丁晴复合物油污染环境 08硅橡胶电缆硅橡胶经常移动环境 低压动力电缆采用交联聚乙烯及聚氯乙稀 技术上分析 交联聚乙烯电缆 耐温更高 燃烧时无毒性 绝缘性能更好 而聚氯乙稀电缆在高温及低温环境 下不能使用 燃烧时会产生有毒气体 绝缘性能比交联聚乙烯差 因此 从技 术上分析 低压动力电缆采用交联聚乙烯更好 0 6 1kV 交联聚乙烯和聚氯乙稀电缆的比较见下表 阻燃交联聚乙烯电缆阻燃聚氯乙稀电缆序号电缆截面 价格 元 km 载流量 A 价格 元 km 载流量 A 备注 01 3 4 1 2 5 13820371160030 9 02 3 6 1 4 22050461853037 03 3 10 1 6 27150632278053 04 3 16 1 10 39000843094069 05 3 25 1 16 609001095117089 06 3 35 1 25 7785013265280109 07 3 50 1 25 10860015990100132 08 3 70 1 35 167450195121040167 09 3 95 1 50 205500237171700213 10 3 120 1 70 253500273212500242 11 3 150 1 70 312000310261800282 12 3 185 1 95 393000355329290322 13 3 240 1 120 502500416421600385 平均价格167947 7139102 3 对比值100 100 82 8 88 2 说明 以上电缆载流量是在空气中长期敷设载流量 环境温度 30 oC 由上表可看出 聚氯乙烯电缆平均价格约为交联聚乙烯电缆的 82 8 而其 平均载流量约为交联聚乙烯电缆的 88 2 因此使用交联聚乙烯电缆时 其截 面比聚氯乙稀电缆可相应缩小 根据以上电缆特点 火力发电厂高压电缆采用交联聚乙烯电缆 低压动力 及控制电缆可考虑采用交联聚乙烯电缆 在锅炉 电除尘本体温度较高的区域 可选用交联聚乙烯绝缘 105 高温 聚氯乙稀护套电缆 以达到既耐高温 又节省投资的目的 3 电压等级的确定 控制电缆 根据规程要求 一般宜采用 450 750V 电缆 当外部电气干扰影 响很小时 可选用电压较低的电缆 在 220kV 及以上高压配电装置敷设的控制 电缆 宜采用 600 1000V 或有良好屏蔽条件下 可选用 450 750V 根据以上规定 发电厂一般在 500kV 升压站采用 600 1000V 控制电缆 在 其它场所选用 450 750V 控制电缆 动力电缆 以下主要讨论厂用电系统电力电缆 厂用高压系统 如厂用高压系统采用低电阻接地 根据相关规程规定 电 缆电压的选择应按 100 使用工作回路相电压 如厂用高压系统采用高电阻接 地或不接地 根据相关规程规定 电缆电压的选择应按 173 使用工作回路相 10 电压 即相电压采用与线电压相同等级 厂用高压系统采用低电阻接地时高压 电缆的选择 10kV 系统 相电压 6 06kV 线电压 10kV 电缆 U0 U 8 7 10kV 6kV 系统 相电压 3 64kV 线电压 6kV 电缆 U0 U 6 6kV 3kV 系统 相电压 1 82kV 线电压 6kV 电缆 U0 U 1 8 3kV 厂用高压系统采用高电阻接地或不接地时高压电缆的选择 10kV 系统 相电压 10kV 线电压 10kV 电缆 U0 U 10 10kV 6kV 系统 相电压 6kV 线电压 6kV 电缆 U0 U 6 6kV 3kV 系统 相电压 3kV 线电压 6kV 电缆 U0 U 3 3kV 厂用低压系统 一般采用电缆 U0 U 0 6 1kV 4 外护层的确定 动力电缆 近期发电厂主厂房采用架空敷设 采用电缆桥架敷设电缆 在电动机接线 盒处设电缆保护管 根据规程规定 可采用不带铠装电缆 厂区及辅助厂房电缆一般采用综合管架 电缆沟联合敷设时 在综合管架 采用电缆桥架敷设 如电缆沟较少 可在电缆沟内设电缆桥架 因此电缆可采 用不带铠装电缆 控制电缆采用不带铠装电缆 主厂房及升压站电缆根据规程规定采用屏蔽 电缆 辅助厂房可采用不带屏蔽电缆 3 结论结论 电厂主要电缆选型见下表 序 号 电缆型号主要特点应用场所备注 01ZRC YJV 8 7 10kV阻燃交联聚乙烯电缆厂用 10kV 动力 电缆 02ZRC YJV 6 6kV阻燃交联聚乙烯电缆厂用 6kV 动力电 缆 03ZRC YJV 1 8 3kV阻燃交联聚乙烯电缆厂用 3kV 动力电 缆 变压器 中性点 低电阻 接地 11 04ZRC VV 0 6 1kV阻燃聚氯乙烯电缆厂用低压动力电 缆 05NH YJV 0 6 1kV耐火聚氯乙烯电缆直流 UPS 消 防 保安电源系 统 06ZRC KVVP 0 6 1kV阻燃聚氯乙烯控制电缆升压站控制电缆 07ZRC KVVP 450 750V 阻燃聚氯乙烯控制屏蔽 电缆 主厂房控制电缆 08ZRC KVV 450 750V阻燃聚氯乙烯控制电缆辅助厂房控制电 缆 09NH KVVP 450 750V耐火聚氯乙烯控制电缆直流 UPS 消 防 保安电源控 制电缆 电缆的基本资料电缆的基本资料 根据电缆选择论证结果 相关的电缆的有关资料见下表 典型电缆基本参数表 序号截面载流量 A 外径 mm 荷重 kg km 截面载流量 A 外径 mm 荷重 kg km 备注 ZRC YJV 8 7 10kVZRC YJV 6 6kV 01 3 25 13546 22397 3 25 13537 21836 02 3 35 16049 02820 3 35 16039 82225 03 3 50 19552 03328 3 50 19542 83089 04 3 70 24556 14163 3 70 24546 93493 05 3 95 30059 75120 3 95 30050 54388 06 3 120 34563 06009 3 120 34553 75264 07 3 150 39566 67044 3 150 39557 46226 08 3 185 45570 38322 3 185 45561 07387 09 3 240 54075 410252 3 240 54066 69260 ZRC YJV 0 6 1kVNH YJV 0 6 1kV 013 43712 22343 44412