发电厂电气电缆选型分析

1、发电厂电气电缆选型分析雷晓明（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

2、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

3、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：（1）发电厂电缆的选型优化2、发电厂电缆的选型优化3.1 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

4、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：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

5、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：按照外护层包括铠装层分类： 分类方法见下表：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：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

6、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

7、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×(4

8、088/2001.5)=6.70倍。以下为国内部分厂家电力电缆参考价：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52.856.8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

9、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：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

10、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

11、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

12、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/U8.7/10kV；6kV 系统: 相电压3.64kV，线电压6kV, 电缆U0/U6/6kV；3kV 系统: 相电压1.82kV，线电压6kV, 电缆U0/U1.8/3kV；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/U10/10kV；6kV 系统: 相电压6kV，线电压6kV, 电缆U0/U6/6kV；3kV 系统: 相电压3kV，线电压6kV, 电缆U0/U3/3kV；厂用低压系统：一般采用电缆U0/U0.6/1kV；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