电缆沟优化专题报告.docx
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电缆沟优化专题报告
智能变电站电缆沟优化
专题报告
摘要
智能变电站二次设备采用光缆代替大量的控制电缆，所需电缆通道截面大幅减少，同时二次设备采用靠近配电装置布置，使得智能变电站光/电缆数量远小于同等规模的常规变电站，有必要对二次电缆沟进行优化，以提高电缆通道截面利用率，降低工程造价。
本专题在智能化变电站全寿命周期管理的设计理念和变电站“两型一化”总体原则基础上，经深入论证分析，进行了电缆通道布置和电缆敷设方式的优化设计。
通过光电缆整合及配电装置和总平面布置方案优化，本工程光/电缆与常规同规模220kV变电站相比，二次电缆通道截面面积减小约15%。
光/电缆主通道对比表
方案
主电缆通道截面（mm×mm）
长度（m）
合计（m）
常规220kV变电站
设计方案
1200×1000
80.2
358.6
800×1000
51.2
800×600
157.4
800×400
69.8
本次投标设计方案
1200×1000
80.2
358.6
800×1000
51.2
600×600（400）
116.8
400×400
40.6
800×200
69.8
结合智能化变电站特点，综合考虑性能、造价等要素，推荐电缆沟方案如下：
二次电缆采用600mm×600mm和400mm×400mm两种截面形式的砖砌电缆沟，其中600mm×600mm电缆沟根据电缆数量变化进行变截面设计，末端沟道截面为600mm×400mm；10kV无功补偿装置区域和站用配电间室内采用1200mm×1000mm和800mm×1000mm两种截面形式的混凝土电缆沟；110kV配电装置区域电缆沟采用800mm×200mm地上式电缆槽盒。
过道路采用电缆埋管，电缆沟内安装镀锌角钢支架，沟盖板为角钢框混凝土钢丝网盖板。
该方案具有构造简单、施工技术成熟、光/电缆敷设、检修方便、电缆运行环境好、工程造价低的优点，与常规同规模220kV变电站相比节省投资58.5%。
全站二次电缆沟宽度大部分一致，并在满足工艺要求情况下，电缆沟根据电缆量的多少调整埋深，采用变截面设计，充分体现了智能化变电站“两型一化”的设计理念。
目次
1概述
2光/电缆通道路径及截面优化
2.1光/电缆通道路径优化
2.2光/电缆通道截面优化
2.3对比分析
3电缆沟方案选型
3.1砖砌电缆沟方案
3.2电缆槽盒方案
3.3电缆排管方案
3.4技术经济比较
4电缆沟盖板选型
5结论
1概述
智能变电站二次设备采用光缆代替大量的控制电缆，所需电缆通道截面大幅减少，同时二次设备采用靠近配电装置布置，使得智能变电站光/电缆数量远小于同等规模的常规变电站，有必要对二次电缆沟进行优化，以提高电缆通道截面利用率，降低工程投资。
本专题在智能化变电站全寿命周期管理的设计理念和变电站“两型一化”总体原则基础上，经深入论证分析，进行了电缆通道布置和电缆敷设方式的优化设计。
2光/电缆通道路径及截面优化
2.1光/电缆通道路径优化
通过对光电缆优化整合配电装置和总平面布置方案的优化，综合各区域的设备布置和进出线情况，从节省光/电缆用量，节约光/电缆通道的角度考虑，对各区域光/电缆通道的路径和截面进行了优化。
本站光/电缆路径主要由二次设备室、站用配电间分别通至220kV配电装置区域、110kV配电装置区域、主变及10kV无功补偿装置四个区域组成，优化后光/电缆通道详见图2.1。
图2.1光/电缆通道图
2.1.1220kVGIS配电装置区域
靠近配电装置端子箱或汇控柜设一条电缆通道，从GIS配电装置就近至二次设备室,该区域电缆沟主要为至220kV配电装置区域的光缆、控制电缆及少量动力电缆，主通道长度为71.2m。
2.1.2110kVGIS配电装置区域
110kVGIS配电装置放置于站用配电间屋面平台之上，电缆沟采用地上式电缆槽盒，该区域电缆沟主要为110kV配电装置的光缆、控制电缆及少量动力电缆，通道长度为69.8m。
2.1.3主变配电装置区域
主变区域靠近二次设备室，从GIS配电装置端部就近至二次设备室，并在靠近配电装置端子箱或汇控柜设一条电缆通道，该区域电缆沟主要为主变的光缆、控制电缆及少量动力电缆，通道长度为40.6m。
2.1.410kV无功补偿装置区域
10kV无功补偿装置区域设一个主通道和两个分支通道，两个分支通道连接一个主通道，通至二次设备室。
该区域电缆沟主要为10kV配电装置的动力电缆及少量控制电缆。
2.2光/电缆通道截面优化
根据光/电缆截面和数量，尽可能地缩减通道截面，可使通道的施工及电缆敷设更为简单，施工材料更为节省，从而有效减少投资。
本站动力电缆拟采用YJV电缆。
YJV电缆虽较同等截面VV22电缆造价高，但其载流量大，可减小电缆通道截面，降低总体费用。
二次回路采用光缆代替大量的控制电缆，也明显减小了电缆通道截面，与常规同规模220kV变电站相比，220kV及110kVGIS配电装置电缆通道电缆数量对比见表2.2。
表2.2各通道最大光/电缆根数对比表
方案
内容
常规变电站设计方案
本次投标方案
直流
电缆
动力
电缆
控制
电缆
直流
电缆
动力
电缆
光缆
220kVGIS配电装置区域
2
4
252
20
2
30
110kVGIS配电装置区域
2
3
252
21
2
33
按照设备区域对光/电缆用量进行估算，每条通道按照敷设2~3层光/电缆计算，对通道截面计算叙述如下。
2.2.1220kVGIS配电装置区域
220kVGIS配电装置区域共为12个间隔，6个出线间隔。
二次回路光缆优化整合后，二次设备室至每个间隔汇控柜光缆用量为2根，220kV每回出线用通信光缆1根，光缆平均外径约为12mm，区域内最大光缆用量为30根。
该区域内配电装置用动力电缆量约为2根，平均外径约为20mm，控制电缆12根，平均外径约10mm。
考虑一定的裕度后，选取每部分配电装置主通道截面为600mm×600mm，末端通道截面可考虑采用600mm×400mm，整个配电装置一个通道，可满足最终规模的光/电缆通道。
2.2.2110kVGIS配电装置区域
110kVGIS配电装置约为18个间隔，3个主变进线间隔，12个出线间隔。
二次回路光缆优化整合后，主变进线间隔光缆用量为2根，其余每个间隔光缆用量约为1根，每回出线用通信光缆1根，光缆平均外径约为12mm，区域内最大光缆用量为33根。
该区域内配电装置用交流电缆量约为2根，平均外径约为20mm，控制电缆9根，平均外径约10mm。
通道最大光/电缆量为电力电缆11根，光缆37根。
110kVGIS放置于站用配电间屋面平台之上，光/电缆采用地上式电缆槽盒进行放置。
考虑一定的裕度后，选取每部分配装置通道截面为800mm×200mm，整个配电装置一个通道，即可满足最终规模的光/电缆通道。
2.2.3主变配电装置区域
主变配电装置共有3台，经光缆优化整合后，每台主变含有控制电缆8根，动力电缆3根，光缆4根，区域内最大光缆用量为12根，电缆33根。
考虑一定的裕度后，选取每部分配装置通道截面为400mm×400mm，整个配电装置一个通道，即可满足最终规模的光/电缆通道。
2.2.410kV无功补偿装置区域
无功补偿装置区域主要为10kV动力电缆，控制电缆或光缆用量较少，因此该区域考虑采用电力电缆和控制电缆的常规方案。
每一个电容器组约需10kV交流动力电缆1根，控制电缆2根。
考虑10kV进出线回路数较多，且采用南北两侧出线，选取通道截面为1200mm×1000mm，两端通道截面选用800mm×1000mm，即可满足最终规模的电缆通道。
2.2.5二次设备室及站用配电间
二次设备室内采用600mm×600mm电缆沟，站用配电间内采用1200mm×1000mm电缆沟。
2.3对比分析
通过对各区域设备光/电缆使用情况进行分析，站用配电间采用1200mm×1000mm电缆沟；10kV无功补偿装置区域采用1200mm×1000mm电缆沟，两侧及通至二次设备室的电缆沟采用800mm×1000mm；二次设备室和220kV配电装置区域均采用600mm×600mm电缆沟；主变采用400mm×400mm电缆沟；110kV配电装置区域均采用800mm×200mm地上式电缆槽盒。
通过光/电缆整合、压缩站区面积、调整电缆路径等一系列优化措施，与常规同类型220kV变电站相比，电缆沟截面尺寸明显减小；二次回路采用光缆代替大量的控制电缆，明显减小了光/电缆通道截面，二次电缆通道截面面积比常规变电站减小15%。
主电缆通道对比见表2.3。
表2.3光/电缆主通道对比表
方案
主电缆通道截面（mm×mm）
长度（m）
合计（m）
常规220kV变电站
设计方案
1200×1000
80.2
358.6
800×1000
51.2
800×600
157.4
800×400
69.8
本次投标设计方案
1200×1000
80.2
358.6
800×1000
51.2
600×600（400）
116.8
400×400
40.6
800×200
69.8
3电缆沟方案选型
根据优化后的总平面、配电装置及光/电缆通道截面，综合考虑性能、造价等要素，二次电缆敷设形式主要有以下备选方案：
方案一：
采用砖砌电缆沟，沟盖板采用角钢框混凝土钢丝网盖板，电缆沟内安装镀锌角钢支架。
方案二：
采用地上式电缆槽盒，电缆槽盒材质为镀锌钢板，电力电缆、控制电缆和光缆分槽敷设。
方案三：
全站采用直埋电缆排管加工井，排管可采用镀锌钢管、PVC类有机材料和水泥管。
方案一中，10kV无功补偿装置区域和站用配电间室内1200mm×1000mm和800mm×1000mm电缆沟由于采用砖砌电缆沟不能满足抗弯、抗剪等受力要求，因此均采用混凝土电缆沟。
110kVGIS放置于站用配电间屋面平台之上，光/电缆采用800mm×200mm地上式电缆槽盒。
3.1砖砌电缆沟方案
电缆沟道根据埋置深度的不同，常用材料有砖、素混凝土及钢筋混凝土三种，本工程深度不超过600mm的电缆沟，采用砖砌体结构可满足抗弯、抗剪等受力要求，而且可大幅减少钢筋绑扎、支模板工作量，施工工艺简单成熟，投资少、工期短，因此推荐采用砖砌电缆沟。
本工程土壤标准冻结深度为0.64m，沟道侧面应回填非冻胀性的中砂或粗砂，其厚度不应小于10cm。
根据《变电所总布置技术规程》DL/T5056-2007中相关要求，为防止沟壁上沿因受干、湿、冻融和机械力的反复作用下粉刷层开裂损坏，在砖砌沟道露出地面部分设置混凝土护沿，既可保护沟道不受损伤，亦可使沟道、盖板排列整齐美观，图3.1-1、2为电缆沟实物图。
图3.1-1智能变电站二次电缆沟图3.1-210kV电缆沟
屋外电缆沟规格：
220kV配电装置区主电缆沟截面均采用600mm×600mm，电缆沟端部电缆数量较少部分，减少深度至400mm；主变电缆沟截面采用400mm×400mm，过道路部分采用埋管。
砖砌电缆沟详见图3.1-3。
图3.1-3砖砌电缆沟（方案一）
砖砌电缆沟方案主要有以下技术特点：
1）电缆敷设方便、易于检修维护，沟内光缆、电缆分层敷设，散热条件好，受外界温度变化影响小，电缆运行环境较好。
2）电缆沟材料以素混凝土和砖为主，成本低廉，耐久性好，寿命期无需进行维护，而且沟道深度可根据电缆数量多少灵活调整，进一步提高电缆通道截面利用率，综合工程造价相对较低。
3）电缆沟强度较好，其整体刚度好于电缆槽盒，可作为变电站检修巡视通道。
4）砖砌电缆沟施工工艺简单成熟，工期短，钢筋绑扎和支模工作量很小，施工质量易于控制。
5）电缆沟自身耐火性能和电气防火封堵效果好。
6）为使场地雨水不流入电缆沟内，一般电缆沟沟壁顶面高于地面50~100mm，同时沟底需沿纵向设置不小于0.5%排水坡，通过集水井或管道接入附近下水井，地下管网相对较为复杂。
3.2电缆槽盒方案
电缆槽盒常用材料有不锈钢和镀锌钢板两种，其中不锈钢造价较高，推荐采用镀锌钢板。
敷设于地面上的电缆槽盒为工厂化生产，现场分段拼装，一般间距2m左右设混凝土基础墩，电缆槽盒在过道路和建筑物入口等部位需设置检查井，以便电缆接入。
图3.2-1为电缆槽盒实物图。
图3.2-1电缆槽盒实物图
电缆槽盒规格：
各配电装置区电缆槽盒均采用800mm×200mm，过道路部分采用埋管。
详见图3.2-2。
图3.2-2电缆槽盒（方案二）
电缆槽盒方案主要有以下技术特点：
1）电缆槽盒为工厂化生产，现场仅拼装即可，安装时土方开挖量小，施工速度快。
2）槽盒置于地面以上，不影响站区排水，而且电缆槽内积水可直接汇入站区地面排水，简化管网设计，据测算可节省工程造价约3.6万元。
3）因槽盒内部空间狭小，电缆敷设时有一定困难，变电站投运后，其运行维护及扩建施工不方便。
4）钢制槽盒导热系数高，槽内电缆易受外界极端冷热温度变化的影响，而且电缆排列紧密，散热条件不好，电缆运行环境较差。
5）一般镀锌防腐的防护年限在15年左右，电缆槽盒在地面上干湿交替比较频繁，需在服役期进行二次维护，全寿命周期经济指标较差。
6）与道路和大电缆沟交汇时处理较困难，防火封堵效果较差。
3.3电缆排管方案
电缆排管在市政设施中有较多应用，常用材料有镀锌钢管、PVC类有机材料和水泥管，其中PVC类材料耐久性和耐热性较差，易发生软化变形，水泥管自重较重，现场接头不易处理。
排管在电缆转弯或在间隔不超过50m以内设置工井，排管布置详见图3.3。
图3.3电缆排管（方案三）
电缆排管方案主要有以下技术特点：
1）电缆排管可根据电缆数量的多少，按实际需求敷设几根至几十根,组合施工方便，电缆护套管一次投入后,基本无日常维护工作量,节约了维护费用。
2）电缆敷埋设于地下，受外界温度变化影响小，但散热情况不良。
3）由于配电装置区分支接头较多，电缆敷设困难，变电站投运后，其运行维护和扩建都十分不方便。
4）电缆管连接接头工作量大,与端子箱等设备连接难度较大。
3.4技术经济比较
以上三种电缆敷设方案技术性能比较见表3.4-1，造价对比见表3.4-2。
表3.4-1二次电缆沟方案技术比较表
指标
方案
可施工性
耐久性
电缆敷设
检修
运行环境
砖砌电缆沟方案
施工工艺简单成熟，工期较短
耐久性好，维护工作量小
电缆敷设、检修方便
电缆散热好，运行环境良好
电缆槽盒方案
预制构件，现场拼装，土方量小，工期短
镀锌防腐，需定期维护
电缆敷设、检修较难
电缆散热不良，运行环境较差
电缆排管方案
现场接头较多，施工较为复杂
耐久性好，基本无需维护
电缆敷设、检修困难
电缆散热不良，运行环境一般
表3.4-2二次电缆沟方案造价对比表
方案
电缆通道截面（mm×mm）
长度
（m）
单价
（元/m）
合计
（万元）
同规模常规220kV变电站素混凝土电缆沟方案
800×1000
157.4
973.8
15.33
砖砌电缆沟方案
600×600
116.8
427.0
6.36
400×400
40.6
339
电缆槽盒方案
800×200
157.4
2054.0
32.33
电缆排管方案
8Ф100
116.8
1401.1
19.21
4Ф100
40.6
700.6
从以上对比可知，采用砖砌电缆沟具有较大优势，其具有施工技术成熟、光/电缆敷设、检修方便、电缆运行环境好的优点、可以以较低的工程造价提供较好的技术性能，相比电缆槽盒和电缆排管方案造价低80%、67%，比常规变电站相比节省投资58.5%，经济效益明显，因此推荐本工程二次电缆敷设采用方案一。
4电缆沟盖板选型
电缆沟盖板作为电缆沟主要组成部分，对防护电缆免受外界影响起着重要作用，盖板长期暴露于室外，日晒、风吹雨淋，工作环境较为恶劣，对其耐久性、抗老化、抗腐蚀能力均有较高要求，而且电缆沟作为变电站的巡视通道，盖板作为主要受力构件，要求具备足够的强度、刚度。
有必要通过性能、价格的比较，选择合理的方案。
目前常用电缆沟盖板主要有混凝土钢丝网盖板、PRC无机盖板、有机复合盖板、金属盖板四种类型，其中混凝土钢丝网盖板在变电站中应用最为普遍，近年来经设计和施工工艺改进，采取了工厂化生产成品，在生产过程中增设角钢边框、胶垫等措施，裂缝和破损情况已极少发生，而且消除了盖板制作过程中的尺寸偏差、变形、块间不平、接缝不密等质量通病，外观质量整齐美观，在板上行走平稳。
与其他几种形式盖板比较见表4。
表4电缆沟盖板综合性能比较
方案
指标
混凝土钢丝网
盖板
无机盖板
（PRC混凝土）
有机复合盖板
金属盖板
重量（kg/m2）
100
75
50
45
允许荷载
≥4kPa
≥4kPa
≥4kPa
≥4kPa
外观
灰色
灰色
多彩
面漆、多彩
使用寿命
≥30年
≥30年
≥15年
≥30年
市场价（元/m2）
180
260
220~380
300
使用情况
耐久性好，使用期基本无需维护
耐久性好，强度高，使用期无需维护
紫外线影响大，耐候性较差，易老化变脆
强度高，但易锈蚀，需定期维护
从上表可知，从耐久性和实际使用情况看，混凝土钢丝网盖板和PRC盖板性能相对较好，但PRC盖板相比混凝土钢丝网盖板价格要高40%左右，投资较高，因此本工程推荐采用混凝土钢丝网盖板。
5结论
本工程为智能变电站，在设计中采取了一系列集成优化措施，使得二次回路的光/电缆充分整合，光/电缆数量大大减少，电缆沟截面充分优化，结合优化后电缆通道布置和截面，综合考虑技术性能、工程造价和便于运行、维护及扩建等要素，本工程推荐站区光/电缆敷设采用如下方案：
二次电缆采用600mm×600mm和400mm×400mm两种截面形式的砖砌电缆沟，其中600mm×600mm电缆沟根据电缆数量变化进行变截面设计，末端沟道截面为600mm×400mm；10kV无功补偿装置区域和站用配电间室内采用1200mm×1000mm和800mm×1000mm两种截面形式的混凝土电缆沟；110kV配电装置区域电缆沟采用800mm×200mm地上式电缆槽盒。
过道路采用电缆埋管，电缆沟内安装镀锌角钢支架，沟盖板为角钢框混凝土钢丝网盖板。
该方案具有构造简单、施工技术成熟、光/电缆敷设、检修方便、电缆运行环境好、工程造价低的优点，与常规同规模220kV变电站相比节省投资58.5%。
全站二次电缆沟宽度大部分一致，并在满足工艺要求情况下，电缆沟根据电缆量的多少调整埋深，采用变截面设计，充分体现了智能化变电站“两型一化”的设计理念。
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