一种低热阻回填砂400kV电缆沟布置方法与流程

一种低热阻回填砂400kv电缆沟布置方法
技术领域
1.本发明涉及一种低热阻回填砂400kv电缆沟布置方法，属于电缆沟布置技术领域。


背景技术：

2.当高压输电线路需要采用地下电缆输电方案时，一般会采用电缆隧道、电缆沟、直埋敷设方案。为减小项目投资，且提高电缆运行的可靠性，采用比电缆隧道断面小且施工方便的电缆沟来敷设电缆。常规电缆沟内电缆运行时热量通过沟内空气的辐射、传导和对流向沟壁、周围土壤层层传导，由于空气热阻系数高，严重制约了电缆的载流量，因此考虑回填低热阻系数的回填砂以替代空气，提高电缆散热性能和载流量。同时，回填砂可以防止电缆及其附件发生火灾后造成大面积火灾扩散的风险，减少由于火灾而造成的财产损失。
3.传统的电缆沟多设计于周围散热环境较好的区域，电缆载流量较高。沙漠地区土壤热阻大，同时电缆沟内空气阻隔热量散发，而由于光伏光热电站送出负载高，因此给沙漠地区电缆沟内电缆的载流量提出很大挑战，此外，常规电缆沟路径较短，型式单一，未结合穿越道路深埋等条件下对电缆布置进行优化设计。


技术实现要素：

4.本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种低热阻回填砂400kv电缆沟布置方法，能够提高电缆载流量，且针对电缆沟过道路时进行标高加深且断面加大设计，在满足输送容量的前提下，减小工程投资，提高电缆系统安全运行的可靠性。
5.本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种低热阻回填砂400kv电缆沟布置方法，包括电缆，其步骤为：
6.s1、收集外界环境资料，收集沙漠地区当地的环境温度、土壤热阻、回填砂热阻的资料；
7.s2、选用电缆，根据iec 60287电缆载流量计算标准初步选用合适的电缆参数；
8.s3、验证电缆的输送容量，对设计的电缆断面进行输送容量验证；
9.s4、设计电缆沟数据，根据电缆的回路数对电缆沟的尺寸和电缆在电缆沟内的布置进行详细设计；
10.s5、布置电缆，根据设计挖设电缆沟，之后将电缆埋设在电缆沟的内部。
11.优选的，上述步骤s2中电缆的额定载流量计算公式的具体方式为，当电缆缆芯通过电流并产生损耗以后，能量会以热的形式向外传递，通过绝缘层热阻t1，同时考虑绝缘层介质损耗，然后流过金属屏蔽层损耗，金属套上也有铠装损耗，内护层热阻t2，外护层热阻t3，土壤热阻t4与导线损耗由此得到额定载流量计算公式，公式如下：
12.优选的，上述步骤s4中常规电缆沟断面布置为：
13.s41、确定电缆沟尺寸，需要综合考虑沙漠地区环境温度和土壤热阻，并根据电缆的回路数和电缆的输送容量来确定电缆沟尺寸；
14.s42、电缆沟回填砂热阻的确定，采用沙子和水泥进行混合处理，可得到一定热阻
的回填砂，根据沙漠地区工程经验，回填材料要求热阻0.825k.m/w的技术经济；
15.s43、三相电缆的布置方式，电缆载流量需求较小时采用三相品字形敷设，当电缆载流量需求较大时，电缆需要采用散热较好的一字形敷设。
16.优选的，上述三相电缆的布置方式的具体要求为：
17.s431、当采用单回400kv、2500mm2电缆输送电能时，电缆n-1状态下额定输送电流为1500a；由于电缆输送容量较大，电缆采用一字形敷设，且各电缆之间距离按照500mm设计；
18.s432、采用三回400kv、630mm2电缆输送电能时，电缆n-1状态下额定输送电流为400a；由于电缆输送容量较小，电缆采用品字形敷设，且各回电缆之间距离按照750mm设计。
19.优选的，上述步骤s4中过路段电缆沟断面布置为：当电缆沟经过道路时，增加电缆沟的埋深，采用单回400kv、2500mm2电缆输送电能，电缆n-1状态下额定输送电流为1500a，电缆沟过路处盖板距离地面2米，把电缆沟断面净长度增加到4900mm，电缆采用一字形敷设，且各电缆之间距离按照2000mm设计。
20.本发明的有益效果是：提高电缆载流量，且针对电缆沟过道路时进行标高加深且断面加大设计，在满足输送容量的前提下，减小工程投资，提高电缆系统安全运行的可靠性。
附图说明
21.图1为本发明的整体流程图。
22.图2为本发明中的电缆一维稳态热路模型图。
23.图3为本发明的常规电缆沟断面布置图。
24.图4为本发明的过路段电缆沟断面布置图。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.请参阅图1-4所示，一种低热阻回填砂400kv电缆沟布置方法，包括电缆，其步骤为：
27.s1、收集外界环境资料，收集沙漠地区当地的环境温度、土壤热阻、回填砂热阻的资料。
28.s2、选用电缆，根据iec 60287电缆载流量计算标准初步选用合适的电缆参数。
29.s3、验证电缆的输送容量，对设计的电缆断面进行输送容量验证。
30.s4、设计电缆沟数据，根据电缆的回路数对电缆沟的尺寸和电缆在电缆沟内的布置进行详细设计。
31.s5、布置电缆，根据设计挖设电缆沟，之后将电缆埋设在电缆沟的内部。
32.如图1所示，上述步骤s2中电缆的额定载流量计算公式的具体方式为，当电缆缆芯通过电流并产生损耗以后，能量会以热的形式向外传递，通过绝缘层热阻t1，同时考虑绝缘
层介质损耗，然后流过金属屏蔽层损耗，金属套上也有铠装损耗，内护层热阻t2，外护层热阻t3，土壤热阻t4与导线损耗由此得到额定载流量计算公式，公式如下：
33.如图1所示，上述步骤s4中常规电缆沟断面布置为：
34.s41、确定电缆沟尺寸，需要综合考虑沙漠地区环境温度和土壤热阻，并根据电缆的回路数和电缆的输送容量来确定电缆沟尺寸。
35.s42、电缆沟回填砂热阻的确定，采用沙子和水泥进行混合处理，可得到一定热阻的回填砂，根据沙漠地区工程经验，回填材料要求热阻0.825k.m/w的技术经济。
36.s43、三相电缆的布置方式，电缆载流量需求较小时采用三相品字形敷设，当电缆载流量需求较大时，电缆需要采用散热较好的一字形敷设。
37.如图1所示，上述三相电缆的布置方式的具体要求为：
38.s431、当采用单回400kv、2500mm2电缆输送电能时，电缆n-1状态下额定输送电流为1500a。由于电缆输送容量较大，电缆采用一字形敷设，且各电缆之间距离按照500mm设计。
39.s432、采用三回400kv、630mm2电缆输送电能时，电缆n-1状态下额定输送电流为400a。由于电缆输送容量较小，电缆采用品字形敷设，且各回电缆之间距离按照750mm设计。
40.如图1所示，上述步骤s4中过路段电缆沟断面布置为：当电缆沟经过道路时，增加电缆沟的埋深，采用单回400kv、2500mm2电缆输送电能，电缆n-1状态下额定输送电流为1500a，电缆沟过路处盖板距离地面2米，把电缆沟断面净长度增加到4900mm，电缆采用一字形敷设，且各电缆之间距离按照2000mm设计。
41.本发明在使用时，需大力发展清洁能源来替代传统化石能源。太阳能具有安全、清洁和资源普遍性等优点，能够成为替代化石能源主要的可再生能源。沙漠地区地域广阔、太阳能资源较为丰富，具有较大的开发潜力，在光伏、光热等电源汇集送出时面临输电方式的选择和优化。
42.在沙漠地区建设架空输电线路，风沙等恶劣天气易造成线路污闪故障、绝缘子和导线的损伤。同时，沙漠地区人烟稀少，水资源匮乏，环境恶劣，不利于架空线路的检修。因此，在沙漠地区采用地下电缆输电亦可以作为一个优化比选的方案。当采用电缆隧道方式输电时，电缆隧道需要通风照明、环境监测等设备，投资较大。当采用直埋电缆敷设方案时，电缆易受沙丘移动等外部因素影响。本发明提出一种适用于沙漠地区的低热阻回填砂400kv电缆沟布置断面。
43.当高压输电线路需要采用地下电缆输电方案时，一般会采用电缆隧道、电缆沟、直埋敷设方案。敷设相同距离的电缆时，电缆隧道方案投资较大，但可供人员在隧道内进行检修，且隧道内装有环境监测设备，进一步提高电缆系统运行的可靠性，但隧道方案投资大，不适应于电缆输电线路路径长，且人员稀少的沙漠地区。由于沙漠地区沙土土质较为疏松，风沙较大，当采用直埋方案时，电缆易被外力损坏，虽然该方案投资较小，但也不适应于沙漠地区。
44.为减小项目投资，且提高电缆运行的可靠性，采用比电缆隧道断面小且施工方便的电缆沟来敷设电缆。常规电缆沟内电缆运行时热量通过沟内空气的辐射、传导和对流向沟壁、周围土壤层层传导，由于空气热阻系数高，严重制约了电缆的载流量，因此考虑回填低热阻系数的回填砂以替代空气，提高电缆散热性能和载流量。同时，回填砂可以防止电缆
及其附件发生火灾后造成大面积火灾扩散的风险，减少由于火灾而造成的财产损失。
45.目前国内对于低热阻系数材料提升电缆载流量的研究多限于理论分析，试验研究和实际应用很少，且未见110kv以上电压等级的电缆线路应用情况。
46.传统回填砂的电缆沟多设计于周围散热环境较好的环境，采用明挖方式，施工方便，且电缆载流量较高。但回填砂的电缆沟很少修建于环境恶劣，且土壤热阻较大的沙漠地区，更未针对400kv电压等级的电缆进行设计和使用，这给提高沙漠地区电缆沟内电缆的载流量提出很大挑战。
47.适应于“一种沙漠地区的低热阻回填砂400kv电缆沟布置断面”流程图参见图1所示。本发明首先要收集沙漠地区当地的环境温度、土壤热阻、回填砂热阻等资料，并根据iec 60287电缆载流量计算标准初步选用合适的电缆参数，iec 60287《电缆额定载流量计算方法》是国际电工委员会在n-m计算方法的基础上，于1982年提出来的电缆稳态载流量标准。在原理上，该标准将外部环境看作热物理温度场特性参数恒定的单一均匀介质，以一维稳态热路为基础，由环境温度推算电缆导体温度，进而确定电缆的额定载流量。
48.当电缆缆芯通过电流并产生损耗以后，能量会以热的形式向外传递，通过绝缘层热阻，同时考虑绝缘层介质损耗，然后流过金属屏蔽层，金属套上也有涡流损耗，内护层热阻，由此得到额定载流量计算公式，如下式。
[0049][0050]
然后根据电缆的回路数对电缆沟的尺寸和电缆在电缆沟内的布置进行详细设计。最后对设计的断面进行输送容量验证。当电缆沟需要经过道路时，需要优化设计电缆沟断面，以解决过路段电缆载流量的瓶颈问题。
[0051]
常规电缆沟断面布置，确定电缆沟尺寸：
[0052]
电缆沟的尺寸大小将会影响电缆的载流量。电缆沟尺寸过小，电缆的载流量将无法满足系统要求，电缆沟尺寸过大，将会增加项目投资，所以，需要综合考虑沙漠地区环境温度和土壤热阻，并根据电缆的回路数和电缆的输送容量来确定电缆沟尺寸。
[0053]
电缆沟回填砂热阻的确定：在沙漠地区，电缆沟的回填砂并不是采用普通的沙子进行回填，此时需要对回填砂进行处理。一般采用沙子和水泥进行混合处理，可得到一定热阻的回填砂。根据沙漠地区工程经验，回填材料要求热阻0.825k.m/w技术经济比较合理。
[0054]
三相电缆的布置方式：三相品字形敷设，能够有效节约空间，一个断面内可以敷设多回电缆，但是不利于散热，故电缆载流量需求较小时采用三相品字形敷设。当电缆载流量需求较大时，电缆需要采用散热较好的一字形敷设。
[0055]
三相电缆之间间距：三相电缆之间的间距影响电缆运行过程中产生热量的散热快慢，故会影响电缆的载流量。当三相电缆之间间距较大时，会使电缆沟的宽度增加，增加项目前期投资，故需要综合考虑电缆载流量大小和项目投资，来决定三相电缆之间的间距。
[0056]
根据以上步骤，当采用单回400kv、2500mm2电缆输送电能时，电缆n-1状态下额定输送电流为1500a。由于电缆输送容量较大，电缆采用一字形敷设，且各电缆之间距离按照500mm设计。
[0057]
当采用三回400kv、630mm2电缆输送电能时，电缆n-1状态下额定输送电流为400a。
由于电缆输送容量较小，电缆采用品字形敷设，且各回电缆之间距离按照750mm设计。
[0058]
过路段电缆沟断面布置，当电缆沟经过道路时，需要增加电缆沟的埋深。当电缆沟修建于沙漠地区时，土壤热阻较大，电缆沟埋深增加不利于电缆的散热，故需要增加电缆沟的尺寸。
[0059]
根据以上步骤，同样是采用单回400kv、2500mm2电缆输送电能，电缆n-1状态下额定输送电流为1500a。电缆沟过路处盖板需要距离地面2米，为了满足电缆载流量要求，需要把电缆沟断面净长度由1600mm增加到4900mm。电缆输送容量较大，电缆采用一字形敷设，且各电缆之间距离按照2000mm设计。与传统的电缆沟断面相比，本发明具备如下优点(或效果)：
[0060]
(1)本发明适应于高热阻土质沙漠地区的低热阻回填砂400kv电缆沟敷设方案，满足电缆输送容量要求的同时，优化电缆沟断面大小和电缆布置方案，减小工程投资。
[0061]
(2)本发明的电缆沟将根据实际敷设情况进行断面尺寸调整，例如当电缆沟过道路时，增加埋深，且增大电缆沟尺寸，满足电缆输送容量要求。
[0062]
根据电缆载流量计算公式和电缆热路模型图可知，环境热阻越大，电缆载流量越小。环境热阻越小，电缆载流量越大。普通电缆沟内为空气，通过对流、辐射和传导散热，整体热阻较大。同时建设在沙漠地区的电缆沟外沙土土壤热阻很高，进一步影响到电缆热量的散发，导致载流量产生瓶颈。电缆沟内低热阻的回填砂会降低热阻，通过高效率的热传导将热量及时散发到周围土壤中。同时电缆沟断面尺寸越大，散热截面越大，电缆周围的综合热阻越小，有利于电缆载流量的提升，但电缆沟尺寸增大也相应的会增加工程投资。本发明根据电缆的回路数和电缆输送容量确定采用低热阻回填砂填充电缆沟，同时合理确定电缆沟的尺寸，提出经济有效的电缆布置断面。
[0063]
另外，电缆采用品字形敷设时，由于三相电缆距离较近，不利于散热，从而电缆载流量较小，所以，本发明根据电缆输送容量和电缆回路数来确定电缆品字形和一字形布置方式，一方面能够满足电缆输送容量要求，另一方面，充分利用电缆沟的断面资源。
[0064]
当处在沙漠地区的电缆沟下穿过路时，需要增加埋深，由于沙漠地区土壤热阻较大，埋深后综合热阻提高，更加不利于电缆散热。因此，根据电缆沟埋深深度和电缆输送容量优化设计电缆沟断面尺寸，得以解决过路段电缆载流量的瓶颈问题，提高系统安全性。
[0065]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0066]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征：
1.一种低热阻回填砂400kv电缆沟布置方法，其特征在于：包括电缆，其步骤为：s1、收集外界环境资料，收集沙漠地区当地的环境温度、土壤热阻、回填砂热阻的资料；s2、选用电缆，根据iec60287电缆载流量计算标准初步选用合适的电缆参数；s3、验证电缆的输送容量，对设计的电缆断面进行输送容量验证；s4、设计电缆沟数据，根据电缆的回路数对电缆沟的尺寸和电缆在电缆沟内的布置进行详细设计；s5、布置电缆，根据设计挖设电缆沟，之后将电缆埋设在电缆沟的内部。2.根据权利要求1所述的一种低热阻回填砂400kv电缆沟布置方法，其特征在于：上述步骤s2中电缆的额定载流量计算公式的具体方式为，当电缆缆芯通过电流并产生损耗以后，能量会以热的形式向外传递，通过绝缘层热阻t1，同时考虑绝缘层介质损耗，然后流过金属屏蔽层损耗λ1，金属套上也有铠装损耗λ2，内护层热阻t2，外护层热阻t3，土壤热阻t4与导线损耗δθ由此得到额定载流量计算公式，公式如下：3.根据权利要求1所述的一种低热阻回填砂400kv电缆沟布置方法，其特征在于：上述步骤s4中常规电缆沟断面布置为：s41、确定电缆沟尺寸，需要综合考虑沙漠地区环境温度和土壤热阻，并根据电缆的回路数和电缆的输送容量来确定电缆沟尺寸；s42、电缆沟回填砂热阻的确定，采用沙子和水泥进行混合处理，可得到一定热阻的回填砂，根据沙漠地区工程经验，回填材料要求热阻0.825k.m/w的技术经济；s43、三相电缆的布置方式，电缆载流量需求较小时采用三相品字形敷设，当电缆载流量需求较大时，电缆需要采用散热较好的一字形敷设。4.根据权利要求1所述的一种低热阻回填砂400kv电缆沟布置方法，其特征在于：上述三相电缆的布置方式的具体要求为：s431、当采用单回400kv、2500mm2电缆输送电能时，电缆n-1状态下额定输送电流为1500a；由于电缆输送容量较大，电缆采用一字形敷设，且各电缆之间距离按照500mm设计；s432、采用三回400kv、630mm2电缆输送电能时，电缆n-1状态下额定输送电流为400a；由于电缆输送容量较小，电缆采用品字形敷设，且各回电缆之间距离按照750mm设计。5.根据权利要求1所述的一种低热阻回填砂400kv电缆沟布置方法，其特征在于：上述步骤s4中过路段电缆沟断面布置为：当电缆沟经过道路时，增加电缆沟的埋深，采用单回400kv、2500mm2电缆输送电能，电缆n-1状态下额定输送电流为1500a，电缆沟过路处盖板距离地面2米，把电缆沟断面净长度增加到4900mm，电缆采用一字形敷设，且各电缆之间距离按照2000mm设计。

技术总结
本发明涉及一种电缆沟布置方法，具体为一种低热阻回填砂400kV电缆沟布置方法，属于电缆沟布置技术领域，包括电缆，其步骤为：收集外界环境资料，收集沙漠地区当地的环境温度、土壤热阻、回填砂热阻的资料；选用电缆，根据IEC 60287电缆载流量计算标准初步选用合适的电缆参数；验证电缆的输送容量，对设计的电缆断面进行输送容量验证；设计电缆沟数据，根据电缆的回路数对电缆沟的尺寸和电缆在电缆沟内的布置进行详细设计；布置电缆，根据设计挖设电缆沟，之后将电缆埋设在电缆沟的内部，提高电缆载流量，且针对电缆沟过道路时进行标高加深且断面加大设计，在满足输送容量的前提下，减小工程投资，提高电缆系统安全运行的可靠性。提高电缆系统安全运行的可靠性。提高电缆系统安全运行的可靠性。


技术研发人员：韩赛赛 阴玮 杨帆 袁志磊 王子瑾
受保护的技术使用者：中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司
技术研发日：2023.06.08
技术公布日：2023/10/7