发电厂电气电缆选型分析详解.docx

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发电厂电气电缆选型分析详解

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：

（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

油式电缆

油浸纸绝缘

塑料带或浸渍皱纹纸

油浸纸

自容式充油电缆

麻及绝缘护层

油

气体绝缘

充气电缆

绝缘材料

SF6或其它绝缘气体

干式电缆

聚（氯）乙烯电缆

聚（氯）乙烯

交联聚乙烯电缆

交联聚乙烯

其它特殊类型电缆

阻燃云母带包绕绝缘材料

绝缘材料

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

应用范围

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

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

特殊应用电缆

船用电缆

耐水性、抗震效果好

用于船上

矿用电缆

耐温性能较好，抗拖拉

矿山、煤矿等

特殊用途电缆

伴热电缆

接入电流发热

防冻保护

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

无

纤维绕包（麻被）

双钢带

聚氯乙稀护套

细圆钢丝

聚乙烯护套

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

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

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

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950oC～1000oC之下可工作1.5小时

应用于消防等逃生、救火时需要供电的场所

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750oC～800oC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

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：

序号

电缆型号YJ（L）V228.7/10kV

价格（元/公里）

差价

电缆型号ZRV（L）V22

0.6/1kV

价格（元/公里）

差价

铜

铝

铜

铝

3×25

101000

79600

78.8％

3×4

8694

5750

66.14%

3×35

115000

86500

75.2％

3×6

10710

6500

60.69%

3×50

136500

94700

69.4％

3×10

15750

9050

57.46%

3×70

159000

106000

66.7％

3×16

22470

11700

52.07%

3×95

195000

124000

63.6％

3×25

31185

15000

48.10%

3×120

224000

132000

58.9％

3×35

39480

18900

47.87%

3×150

260000

151500

58.3％

3×50

54495

22100

40.55%

3×185

303000

159000

52.5％

3×70

72975

27900

38.23%

3×240

365000

186800

51.2％

3×90

99435

37100

37.31%

3×300

428000

214000

50％

3×120

123310

44000

35.68%

3×150

156450

50300

32.15%

3×185

193860

64200

33.12%

3×240

255360

80400

31.48%

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

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

聚氯乙烯

导体长期运行温度70oC，短路时温度160oC，燃烧时盐雾有毒，比聚乙烯柔软、机械强度高、耐磨性好，软化温度较高，

高、低温场所不宜使用，防火有低毒性要求时，不宜使用，高压电缆不宜使用，除以上要求外，有着广泛应用

YJV

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

FF（FV）

氟塑料（聚氯乙稀）

氟塑料

电缆连续工作温度可达150oC

应用于高温场所

CEF

CEH

船用电缆

氯丁

氯磺

乙丙

船用电缆

矿物绝缘电缆

铜或合金

氧化镁

运行温度可达250oC

更高温场所

丁晴电缆

丁晴复合物

油污染环境

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

序号

电缆截面

阻燃交联聚乙烯电缆

阻燃聚氯乙稀电缆

备注

价格（元/km）

载流量（A）

价格（元/km）

载流量（A）

3×4＋1×2.5

13820

11600

3×6＋1×4

22050

18530

3×10＋1×6

27150

22780

3×16＋1×10

39000

30940

3×25＋1×16

60900

109

51170

3×35＋1×25

77850

132

65280

109

3×50＋1×25

108600

159

90100

132

3×70＋1×35

167450

195

121040

167

3×95＋1×50

205500

237

171700

213

3×120＋1×70

253500

273

212500

242

3×150＋1×70

312000

310

261800

282

3×185＋1×95

393000

355

329290

322

3×240＋1×120

502500

416

421600

385

平均价格

167947.7

139102.3

对比值

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30oC。

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

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

ZRC-YJV-8.7/10kV

阻燃交联聚乙烯电缆

厂用10kV动力电缆

变压器中性点低电阻接地

ZRC-YJV-6/6kV

阻燃交联聚乙烯电缆

厂用6kV动力电缆

ZRC-YJV-1.8/3kV

阻燃交联聚乙烯电缆

厂用3kV动力电缆

ZRC-VV-0.6/1kV

阻燃聚氯乙烯电缆

厂用低压动力电缆

NH-YJV-0.6/1kV

耐火聚氯乙烯电缆

直流、UPS、消防、保安电源系统

ZRC-KVVP-0.6/1kV

阻燃聚氯乙烯控制电缆

升压站控制电缆

ZRC-KVVP-450/750V

阻燃聚氯乙烯控制屏蔽电缆

主厂房控制电缆

ZRC-KVV-450/750V

阻燃聚氯乙烯控制电缆

辅助厂房控制电缆

NH-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

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-8.7/10kV

ZRC-YJV-6/6kV

3×25

135

46.2

2397

3×25

135

37.2

1836

3×35

160

49.0

2820

3×35

160

39.8

2225

3×50

195

52.0

3328

3×50

195

42.8

3089

3×70

245

56.1

4163

3×70

245

46.9

3493

3×95

300

59.7

5120

3×95

300

50.5

4388

3×120

345

63.0

6009

3×120

345

53.7

5264

3×150

395

66.6

7044

3×150

395

57.4

6226

3×185

455

70.3

8322

3×185

455

61.0

7387

3×240

540

75.4

10252

3×240

540

66.6

9260

ZRC-YJV-0.6/1kV

NH-YJV-0.6/1kV

3×4

12.2

234

3×4

12.8

189

3×6

13.4

307

3×6

13.8

241

3×10

16.1

465

3×10

17.0

364

3×16

18.4

665

3×16

19.1

506

3×25

109

22.1

1000

3×25

113

22.5

748

3×35

132

24.6

1315

3×35

135

24.8

971

3×50

159

27.9

1732

3×50

161

27.9

1268

3×70

195

32.8

2449

3×70

196

32.3

1765

3×90

237

37.1

3295

3×90

235

36.5

2372

3×120

273

41.2

4122

3×120

265

40.3

2955

3×150

310

45.8

5079

3×150

300

44.4

3611

3×185

355

50.9

6299

3×185

339

49.2

4473

3×240

416

58.3

8265

3×240

396

55.2

5790

ZRC-KVVP-0.6/1kV

ZRC-KVVP-450/750V

4×4

15.7

402

14.3

351

6×4

18.4

552

16.7

485

4×2.5

13.5

291

13.0

273

6×2.5

15.6

385

15.2

364

8×2.5

16.7

467

16.3

445

10×2.5

19.3

572

18.8

547

12×2.5

19.8

654

19.8

636

14×2.5

20.8

726

20.7

717

16×2.5

21.8

809

21.8

800

19×2.5

22.9

914

22.9

904

说明：

电力电缆敷设环境：

电缆导体长期工作温度90℃；环境工作温度40℃；仅考虑一根电缆在空气中敷设。

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