电力系统发展的优化设计

　　这篇电力工程师论文发表了电力系统发展的优化设计，电缆输电工程的设计应用日益广泛，但是由于设计水平良莠不齐，导致在施工中会出现瑕疵和变更的情况，一个工程项目建设的质量取决与设计水平的高低，论文从电气和结构两个方面总结了一系列优化方法。

　　[关键词]电力工程师论文,高压电缆,工程实例,三维建模

　　随着电力系统的发展，大截面高压电缆在输电领域的应用日益广泛，电缆输电工程的设计也越来越多，但是设计水平良莠不齐，造成施工时有瑕疵和变更情况，影响了工程的质量和投资。设计的科学、合理，直接影响项目的质量和项目的成本。因此，如何优化设计，变得越来越重要。以下，从电气和结构两方面，分析了一些存在的问题，提出了一些可以优化的方面和方法。

　　1电气方面

　　1.1电缆截面选择

　　电缆截面的选择主要是根据载流量来选择同时满足系统短路电流要求。敷设环境不同，电缆载流量值有时有很大差别。因此，需要做好现场实际勘察，采用合适的敷设条件，综合考虑，以期获得技术和经济值较优的方案。对于露天敷设的电缆，可以采取设置遮阳棚等方式。对于有些不需要经常巡检，线路负荷不大，线路不长的电缆，可以采用直埋的方式。

　　1.2电缆线路设计

　　1.2.1电缆相关布置设计电气设备、电缆及附件等在电缆沟、电缆廊道、电缆隧道中实际布置状态如何，是否合理，是否整齐美观，是否便于安装与维护，这对工程设计提出了一个问题。往往有些项目，设计时没有考虑，施工时费时费力，后期巡检、维护也颇困难，甚至无法检修，给电网也造成了隐患。可借助BIM等现代技术，输入产品信息，构建实体运行环境，在三维空间中实现了终端、接头、电缆、支架、接地等的优化设计，使之形象化、可度量化，可检查干涉、合理性、美观性，并可检验电缆的弯曲半径等。

　　1.2.2相位复核设计我们知道，一般1个回路电缆分A相、B相、C相，分别接于设备终端处，设计时需考虑电缆两端相位匹配，不可错相，电缆路径中电缆避免交叉。可借助于BIM设计，复核电缆相位，以便电缆两端设备优化布置，亦可排除影响电缆走线的土建设计问题，实现电气和土建相协调。特别适合于在综合管廊内部布置多回高压电缆的情况。

　　1.3接地设计

　　电缆金属护层的接地方式，常用的有一端保护接地+一端直接接地和交叉互联接地。前者，在水电和火电送出线路中，较为常见。后者，在城市输电电缆工程中较为常见。当电缆较长时，由于感应电压较高，容易对人造成伤害，故需要设计成交叉互联接地方式。交叉互联又分两种形式，一种指电缆金属护套的交叉互联。另一种指电缆线芯换位的交叉互联。电缆线芯不换位，仅金属护套交叉互联时，由于电缆排列不对称，故每相护套上会有几安培或稍大的电流。而电缆线芯换位交叉互联，可消除电缆布置不对称带来的影响，降低感应电压，使循环电流为零。

　　1.4过电压保护设计

　　电缆正常运行时金属护层上产生的感应电压很小，当系统出现雷电过电压或操作过电压时，就会耦合到电缆金属护层上。当系统出现短路时，在极端情况下电缆金属护层上可能出现成千上万伏工频过电压，主要由电缆长度和短路电流的大小决定。因此，科学设计，合理控制每段电缆的长度，选择合适的保护器或避雷器，是减低过电压对电缆线路影响的有效手段。氧化锌避雷器选择的原则是，当过电压出现时首先由避雷器进行电压消减，残压应小于电缆外护层的绝缘水平。利用氧化锌的非线性自恢复特性，可以再次防御过电压的侵害。根据工程特性选择的安全裕度系数KS为1.5。

　　2结构方面

　　1.5土建设计土建设计应考虑电缆通风、散热、防火。设计时，应进行通风量的设计计算，若不理想，可以采用机械强排风进行。在电缆路径方向，每隔一定距离可以设置防火墙，进行区间防火;在相邻回路电缆之间亦可设置防火隔板进行层间防火。土建设计应考虑电缆路径转弯处的弯曲半径。水电高压电缆送出方式一般采用隧道结构方式，必须在电缆路径中的转弯处设置成大于20D的圆弧构造，便于电缆敷设安装。圆弧基面一般采用旋喷混凝土方式浇筑而成，强度应满足大截面高压电缆的敷设安装，应考虑施工荷载对隧道壁的影响，往往施工荷载比电缆静载大得多。土建设计应考虑长距离电缆沟人孔和工作井的合理设置，便于后期维护。

　　1.6支架设计机械强度应能满足电缆、附件荷重以及施工附加荷重的要求，并留有足够的裕度。

　　金属质的电缆支架采取防腐措施。表面光滑、无尖脚和毛刺。放置于单侧的多根电缆，应优先选择F型的电缆支架。优点有：避免形成闭合磁路，引起的涡流和磁滞损耗导致电缆局部发热;便于敷设安装电缆;能够合理利用钢材的性能，减少材料浪费。为使支架结构合理，可利用ANSYS、ABAQUS有限元对其优化设计。

　　3结论

　　综上所述，做好电缆输电工程中电气和结构方面的优化设计，能有助于提高电缆输电工程的设计质量，减少施工问题，节约工程造价，有效保障电力网的可靠性。

　　参考文献

　　[1]GB50217-2016《电力工程电缆设计规范》.

　　[2]DL/T5221-2016《城市电力电缆线路设计技术规定》.

　　[3]DL/T5228-2005《水力发电厂交流110kV~500kV电力电缆工程设计规范》.

　　作者：戌文俊 单位：江苏天合储能有限公司

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文章名称： 电力系统发展的优化设计

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