论文部分内容阅读
摘 要：广州从电缆线路使用至今已30年，而电缆线路的设计寿命为30年，在未来5～10年有大量的电缆线路达到30年设计年限。本文概述了广州地区电缆的发展和电缆建设模式，分析及老旧电缆线路存在的问题，提出了广州电网老旧电缆线路改造的方法。
关键词：广州电网；老旧电缆；改造
中图分类号：TM247 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）36-0053-02
引 言
电缆线路作为输电线路的一种型式，随着我国国民经济的迅速发展和土地资源的日渐稀缺，电力电缆的应用将愈来愈广，城市电网升级改造中的架空线入地电缆化已成为美化城市环境、提升城市功能和发展城市经济的一种必然需求；同时地下电缆线路所具有的安全性能高的特点，也使架空线入地成为当今城市电网发展的必然趋势。从某种意义上讲，电缆使用的普遍性不仅反映了电力工业发展的速度和深度，同时也反映了城市建设的现代化程度。
1 广州地区电缆发展
70年代，广州开始将高压电缆用于城市输电网中，成为全国少数几个最早使用高压电缆的大城市之一。至1985年前，广州城网使用的高压电缆接近10km，大多使用充油电缆。由于XLPE绝缘电缆安装和维护都比充油电缆简单，在80年代中后期的广州城网中得到大量采用，用量迅速发展，逐步取代充油电缆用于城网改造与建设工程。随着广州城市化的进一步发展，地下管廊资源将越为紧缺，电缆线路的建设也飞速发展；近10年来，广州地区高压电缆线路平均年增长约70km，据初步统计，截止2017年6月，广州供电局有限公司已运行的电缆线路有110kV电缆长约990km，220kV电缆长约158km。
广州地区运行10～15年的110kV电缆规模达180km，220kV电缆达9km；运行15～20年的110kV电缆规模达67km，220kV电缆达30km；运行20～25年的110kV电缆共有28km；运行25～30年的110kV电缆共有34km；运行30年以上的110kV电缆共有8km。因此，未来5～10年将有大量电缆逐步达到30年的设计年限。
2 广州地区过去30年电缆建设模式
电缆敷设方式是根据敷设环境特点、电缆类型和数量、输送容量要求等因素，按照运行可靠、便于维护和经济合理的原则进行选择。广州地区电缆线路敷设方式主要有：直埋敷设、电缆沟敷设、穿管（顶管）敷设、电缆隧道敷设、桥梁敷设等。
（1）直埋敷设方式：电缆敷设于预制的混凝土槽盒中，电缆的排列形式为水平一列式。过去30年广州城市高压电网大多采用此种敷设方式。
（2）电缆沟内敷设方式：电缆敷设于砖砌沟道中（特殊地段也可用钢筋混凝土结构）。电缆沟一般设有上盖板，能方便打开，并能方便地敷设电缆线路。本方式主要用于同走廊并行的电缆回路数略多的情况。
（3）穿管（顶管）敷设方式：电缆敷设于排列整齐的管道内；或者电缆敷设于利用定向钻非开挖技术成型的管道内。本方式主要用于穿越市政道路和交通要道，需交叉跨越其他地下管线路段的情况。
（4）排管敷设方式：电缆管道分为2～4层不等，每层管道的数目根据电网规划与路径宽度由4～12孔不等，管道放置在半圆形垫块上固定，再在管道外现场浇注钢筋混凝土保护层。该敷设方式主要布置在道路的慢车道或人行道上。上海电网110kV及以下电缆主要采取排管敷设方式。广州地区根据城市规划，10kV电缆采用排管敷设型式较多，110kV电缆在琶洲、番禺亚运村有使用排管敷设。
（5）电缆隧道敷设方式：电缆敷设于专用的隧道內。电力隧道可根据需要配备如通风、散热、照明、排水、防火和防盗等设施。可实现统筹解决城区电缆管线走廊紧张的问题（同走廊并行的电缆回路数较多），并提高电缆的允许输送电流能力。随着城市不断发展，地下空间日趋减少，电缆隧道已成为国内大中城市在城区内电力建设的发展趋势。近几年上海、广州等地都纷纷作出城市电缆隧道的规划，以便统筹解决城区电缆管线走廊紧张的问题。
（6）桥梁敷设方式：电缆跨越江河时，采用在市政桥梁上敷设的方式；跨越河涌时，采用在专用电缆桥上敷设的方式。桥梁敷设方式视工程需要局部段采用，据统计表明该种敷设方式较少受外力影响。
3 广州电网老旧电缆线路存在问题分析
3.1 广州电网电缆线路存在问题
目前，广州高压电缆主要存在三大方面的问题：①部分老旧高压电缆线路额定输送容量偏小，不能满足目前电网运行的需要（对广州经济发展速度的评估较为保守，导致部分小截面导线选择不能满足负荷发展需要）；②故障方式时无法足量转移负荷（对电网网架变化考虑不足）；③高压电缆设计寿命为30年，广州电网部分电缆线路运行年限将达到其设计寿命。上述三方面高压线路存在问题制约着广州电网中心城区网架结构发展，极大程度地增加运行风险，这将对广州电网运行安全带来极大的考验和挑战。
3.2 广州电网电缆线路截面设计问题
除电缆设计寿命即将达期问题外，对广州经济发展速度的评估较为保守、对电网网架变化考虑不足是由于过去30年广州电网电缆线路在截面选择方面趋于中短期规划考虑的原因。
据初步统计，2000年以前广州电网建设的220kV电缆线路截面多数为630mm2和500mm2，110kV电缆线路截面多数为800mm2、630mm2和500mm2。这些老旧电缆额定输送容量大多不能满足现阶段负荷发展的需要。早期电缆线路截面选择时主要存在问题如下：
对广州经济发展速度的评估较为保守，导致部分小截面导线选择不能满足负荷发展需要；对电网网架变化考虑不足。
4 广州电网老旧电缆线路改造研究思路及原则
针对上述运行超20年的老旧电缆、运行中“带病”的缺陷电缆、亟需增容改造的电缆此三种不同运行状态的待改造电缆线路，将通过以下三个方面进行改造：优化电缆线路系统接入方式；电缆原路径更换改造；电缆新路径更换改造。 4.1 网络结构优化
对220kV侧主接线为线变组接线的现状220kV变电站，应结合改造方案在可实施性条件允许的情况下，尽量将其改造成双母线或双母线分段接线型式；若仍需维持线变组接线，则应将其接入2个或2个以上的500kV片网；110kV高压配电网原则上采用“3T”结线，每座220kV站应根据负荷情况设置一定数量的110kV联络线与其它220kV站联络，保证能转供本站1台主变的负荷，以提供计划检修或事故转电能力，联络线正常运行时应带负荷，一般不应设置空载联络线。
4.2 电缆截面设计
（1）电缆截面选择时，依据标准IEC60287和IEC60853计算电缆载流量应尽可能结合负荷电流的变化特性，以及多回并行时不等负荷的有效散热影响，优化计算、合理选择电缆导体截面。
（2）多回同路径敷设电缆线路载流量计算，应优化输入边界条件，按单一元件“N-1”情况下最严峻条件设定其余同路径敷设线路载流量，不应按多重故障进行校核。
（3）220kV电缆截面不宜小于2000mm2；110kV电缆截面不宜小于800mm2。
4.3 电缆更换原则
对广州中心城区运行超30年的110kV、超20年的220kV非隧道敷设电缆线路以及一些运行中出现缺陷将会造成电网严重风险的电缆线路需进行更换。更换电缆主要有两种方案：①原路径更换；②新路径更换。
原路更换需先将退运电缆报废，所需停电时间长；新路路径更换所需停电时间较短，但需新建电缆走廊。
4.4 电缆线路的敷设
新建电缆线路优先采用综合管沟和隧道的敷设方式。经技术分析，电缆隧道、综合管廊敷设的电缆运行环境较好，电缆寿命较长，且更换电缆成本较少。
（1）电力地下管沟敷设方式：同走廊需敷设3回以上110kV及以上电压等级的电缆，并与部分10（20）kV电缆共走廊时，可采用电力地下管沟；10kV和110kV电缆、20kV和220kV电缆可布置在同一电力地下管沟中，同一管沟内的中、高压电缆宜上下布置。
（2）隧道敷设方式：同走廊需敷设6回及以上110kV及以上电压等级的电缆时，可采用电力隧道敷設。
4.5 电力电缆隧道的设计原则
（1）同一通道的地下电缆数量较多，且受走廊条件限制没有足够空间采用排管或沟槽敷设时，或位于有腐蚀性液体或经常有地面水溢流的场所，宜采用隧道敷设。
（2）电力隧道设计，应符合政府和行业主管部门批准的城市总体规划，应以远景展望的城市电网规划为基础，与城市规划和地下空间规划紧密结合，充分考虑近期和远景规划站点高压电缆出线需求，统筹兼顾，确定电力隧道的建设规模。
（3）电力隧道的结构设计使用年限为100年。建成的电力隧道应具有规定的强度、稳定性和耐久性，方便运行维护并有必要的安全防护设施。
（4）电力隧道主体结构设计应考虑与通风、照明、供配电、消防、给排水、综合监控等专业之间的协调，形成合理的综合设计。
5 小 结
本文提出对老旧电缆、缺陷电缆、亟需增容改造电缆此三种不同运行状态的电缆线路进行升级改造研究的目标，并提出老旧电缆线路改造方法和原则。具体线路的改造方案还需要进一步进行研究。
参考文献
[1]江日洪.交联聚乙烯电力电缆线路[M].中国电力出版社，2009.
[2]《电力工程电缆设计标准》（GB50217）.
收稿日期：2018-11-13
作者简介：唐兴佳（1983-），男，汉族，硕士研究生，主要从事电力电缆线路设计工作。
关键词：广州电网；老旧电缆；改造
中图分类号：TM247 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）36-0053-02
引 言
电缆线路作为输电线路的一种型式，随着我国国民经济的迅速发展和土地资源的日渐稀缺，电力电缆的应用将愈来愈广，城市电网升级改造中的架空线入地电缆化已成为美化城市环境、提升城市功能和发展城市经济的一种必然需求；同时地下电缆线路所具有的安全性能高的特点，也使架空线入地成为当今城市电网发展的必然趋势。从某种意义上讲，电缆使用的普遍性不仅反映了电力工业发展的速度和深度，同时也反映了城市建设的现代化程度。
1 广州地区电缆发展
70年代，广州开始将高压电缆用于城市输电网中，成为全国少数几个最早使用高压电缆的大城市之一。至1985年前，广州城网使用的高压电缆接近10km，大多使用充油电缆。由于XLPE绝缘电缆安装和维护都比充油电缆简单，在80年代中后期的广州城网中得到大量采用，用量迅速发展，逐步取代充油电缆用于城网改造与建设工程。随着广州城市化的进一步发展，地下管廊资源将越为紧缺，电缆线路的建设也飞速发展；近10年来，广州地区高压电缆线路平均年增长约70km，据初步统计，截止2017年6月，广州供电局有限公司已运行的电缆线路有110kV电缆长约990km，220kV电缆长约158km。
广州地区运行10～15年的110kV电缆规模达180km，220kV电缆达9km；运行15～20年的110kV电缆规模达67km，220kV电缆达30km；运行20～25年的110kV电缆共有28km；运行25～30年的110kV电缆共有34km；运行30年以上的110kV电缆共有8km。因此，未来5～10年将有大量电缆逐步达到30年的设计年限。
2 广州地区过去30年电缆建设模式
电缆敷设方式是根据敷设环境特点、电缆类型和数量、输送容量要求等因素，按照运行可靠、便于维护和经济合理的原则进行选择。广州地区电缆线路敷设方式主要有：直埋敷设、电缆沟敷设、穿管（顶管）敷设、电缆隧道敷设、桥梁敷设等。
（1）直埋敷设方式：电缆敷设于预制的混凝土槽盒中，电缆的排列形式为水平一列式。过去30年广州城市高压电网大多采用此种敷设方式。
（2）电缆沟内敷设方式：电缆敷设于砖砌沟道中（特殊地段也可用钢筋混凝土结构）。电缆沟一般设有上盖板，能方便打开，并能方便地敷设电缆线路。本方式主要用于同走廊并行的电缆回路数略多的情况。
（3）穿管（顶管）敷设方式：电缆敷设于排列整齐的管道内；或者电缆敷设于利用定向钻非开挖技术成型的管道内。本方式主要用于穿越市政道路和交通要道，需交叉跨越其他地下管线路段的情况。
（4）排管敷设方式：电缆管道分为2～4层不等，每层管道的数目根据电网规划与路径宽度由4～12孔不等，管道放置在半圆形垫块上固定，再在管道外现场浇注钢筋混凝土保护层。该敷设方式主要布置在道路的慢车道或人行道上。上海电网110kV及以下电缆主要采取排管敷设方式。广州地区根据城市规划，10kV电缆采用排管敷设型式较多，110kV电缆在琶洲、番禺亚运村有使用排管敷设。
（5）电缆隧道敷设方式：电缆敷设于专用的隧道內。电力隧道可根据需要配备如通风、散热、照明、排水、防火和防盗等设施。可实现统筹解决城区电缆管线走廊紧张的问题（同走廊并行的电缆回路数较多），并提高电缆的允许输送电流能力。随着城市不断发展，地下空间日趋减少，电缆隧道已成为国内大中城市在城区内电力建设的发展趋势。近几年上海、广州等地都纷纷作出城市电缆隧道的规划，以便统筹解决城区电缆管线走廊紧张的问题。
（6）桥梁敷设方式：电缆跨越江河时，采用在市政桥梁上敷设的方式；跨越河涌时，采用在专用电缆桥上敷设的方式。桥梁敷设方式视工程需要局部段采用，据统计表明该种敷设方式较少受外力影响。
3 广州电网老旧电缆线路存在问题分析
3.1 广州电网电缆线路存在问题
目前，广州高压电缆主要存在三大方面的问题：①部分老旧高压电缆线路额定输送容量偏小，不能满足目前电网运行的需要（对广州经济发展速度的评估较为保守，导致部分小截面导线选择不能满足负荷发展需要）；②故障方式时无法足量转移负荷（对电网网架变化考虑不足）；③高压电缆设计寿命为30年，广州电网部分电缆线路运行年限将达到其设计寿命。上述三方面高压线路存在问题制约着广州电网中心城区网架结构发展，极大程度地增加运行风险，这将对广州电网运行安全带来极大的考验和挑战。
3.2 广州电网电缆线路截面设计问题
除电缆设计寿命即将达期问题外，对广州经济发展速度的评估较为保守、对电网网架变化考虑不足是由于过去30年广州电网电缆线路在截面选择方面趋于中短期规划考虑的原因。
据初步统计，2000年以前广州电网建设的220kV电缆线路截面多数为630mm2和500mm2，110kV电缆线路截面多数为800mm2、630mm2和500mm2。这些老旧电缆额定输送容量大多不能满足现阶段负荷发展的需要。早期电缆线路截面选择时主要存在问题如下：
对广州经济发展速度的评估较为保守，导致部分小截面导线选择不能满足负荷发展需要；对电网网架变化考虑不足。
4 广州电网老旧电缆线路改造研究思路及原则
针对上述运行超20年的老旧电缆、运行中“带病”的缺陷电缆、亟需增容改造的电缆此三种不同运行状态的待改造电缆线路，将通过以下三个方面进行改造：优化电缆线路系统接入方式；电缆原路径更换改造；电缆新路径更换改造。 4.1 网络结构优化
对220kV侧主接线为线变组接线的现状220kV变电站，应结合改造方案在可实施性条件允许的情况下，尽量将其改造成双母线或双母线分段接线型式；若仍需维持线变组接线，则应将其接入2个或2个以上的500kV片网；110kV高压配电网原则上采用“3T”结线，每座220kV站应根据负荷情况设置一定数量的110kV联络线与其它220kV站联络，保证能转供本站1台主变的负荷，以提供计划检修或事故转电能力，联络线正常运行时应带负荷，一般不应设置空载联络线。
4.2 电缆截面设计
（1）电缆截面选择时，依据标准IEC60287和IEC60853计算电缆载流量应尽可能结合负荷电流的变化特性，以及多回并行时不等负荷的有效散热影响，优化计算、合理选择电缆导体截面。
（2）多回同路径敷设电缆线路载流量计算，应优化输入边界条件，按单一元件“N-1”情况下最严峻条件设定其余同路径敷设线路载流量，不应按多重故障进行校核。
（3）220kV电缆截面不宜小于2000mm2；110kV电缆截面不宜小于800mm2。
4.3 电缆更换原则
对广州中心城区运行超30年的110kV、超20年的220kV非隧道敷设电缆线路以及一些运行中出现缺陷将会造成电网严重风险的电缆线路需进行更换。更换电缆主要有两种方案：①原路径更换；②新路径更换。
原路更换需先将退运电缆报废，所需停电时间长；新路路径更换所需停电时间较短，但需新建电缆走廊。
4.4 电缆线路的敷设
新建电缆线路优先采用综合管沟和隧道的敷设方式。经技术分析，电缆隧道、综合管廊敷设的电缆运行环境较好，电缆寿命较长，且更换电缆成本较少。
（1）电力地下管沟敷设方式：同走廊需敷设3回以上110kV及以上电压等级的电缆，并与部分10（20）kV电缆共走廊时，可采用电力地下管沟；10kV和110kV电缆、20kV和220kV电缆可布置在同一电力地下管沟中，同一管沟内的中、高压电缆宜上下布置。
（2）隧道敷设方式：同走廊需敷设6回及以上110kV及以上电压等级的电缆时，可采用电力隧道敷設。
4.5 电力电缆隧道的设计原则
（1）同一通道的地下电缆数量较多，且受走廊条件限制没有足够空间采用排管或沟槽敷设时，或位于有腐蚀性液体或经常有地面水溢流的场所，宜采用隧道敷设。
（2）电力隧道设计，应符合政府和行业主管部门批准的城市总体规划，应以远景展望的城市电网规划为基础，与城市规划和地下空间规划紧密结合，充分考虑近期和远景规划站点高压电缆出线需求，统筹兼顾，确定电力隧道的建设规模。
（3）电力隧道的结构设计使用年限为100年。建成的电力隧道应具有规定的强度、稳定性和耐久性，方便运行维护并有必要的安全防护设施。
（4）电力隧道主体结构设计应考虑与通风、照明、供配电、消防、给排水、综合监控等专业之间的协调，形成合理的综合设计。
5 小 结
本文提出对老旧电缆、缺陷电缆、亟需增容改造电缆此三种不同运行状态的电缆线路进行升级改造研究的目标，并提出老旧电缆线路改造方法和原则。具体线路的改造方案还需要进一步进行研究。
参考文献
[1]江日洪.交联聚乙烯电力电缆线路[M].中国电力出版社，2009.
[2]《电力工程电缆设计标准》（GB50217）.
收稿日期：2018-11-13
作者简介：唐兴佳（1983-），男，汉族，硕士研究生，主要从事电力电缆线路设计工作。