一种330kV地下电力电缆的环保设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力工程技术领域，具体地说，设及一种330kV地下电力电缆的环保 设计方法。
【背景技术】
[0002] 几十年来，世界各国针对一般变电站、输电线路的电磁场进行了大量的研究，虽然 研究方法和研究内容不同，但大部分问题已得到比较一致的看法。对于城市中日益广泛运 行的地下高压电缆，由于在外面有金属屏蔽层和链装层，一端直接接地，一端通过保护接 地，电荷分布在巧线和金属护套层之间，接地封闭的导电层和金属错装层，它们可屏蔽掉 由带电导线向外福射的电场，即电场屏蔽。将工频电场近似为静电场来处理，由静电屏蔽 原理可知，此时电缆外部的电场不受电缆内部电荷的影响，在电缆的外部，不可能有高的电 场。电缆周围的工频电场很低，不可能产生健康影响问题和干扰问题，因此，下文330kV电 缆设计模型对环境影响将W磁场分析为主。对于不同地面高度上的工频磁场值，电力电缆 不同于架空线路越靠近地面处越小，而是越靠近地面处越大。由于尚无专口针对地下电缆 电磁场评价的有关方法和限值，其评价可参照架空线路执行，而我国架空线路空间电磁场 的评价已有确定的指标，即距离地面1.5m处的电磁场值，如地下电缆评价也从严考虑，下 文所有对于330kV地下电缆分析将W0. 5m处的磁场强度为主。对于电磁场公众人体暴露 限值本文采用电磁环境控制限值（GB8702-2014)，设备干扰限值国际电工委员会（IEC)电 磁兼容系列标准中的IEC61000-4-8 ;1993，"工频磁场抗扰度试验"中的抗扰度试验要求，即 IEC推荐的设备应当具备的抗扰度。
[0003] 综上，依据国内外专口针对电缆设计及W上电磁场的标准、规范，构造不同设计 参数配置下的地下电缆模型，运用国外先进软件，考虑电缆屏蔽层、大地及电缆隧道、其他 市政管线等因素的影响，模拟、分析、比较不同参数组合下330kV地下电缆周围电磁场的分 布，从而确定西北地区特有的330kV地下电缆最优设计的研究，尚无先例。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有电缆设计方法中可能造成地面磁场增大的缺陷，本发明提出了一种 330kV地下电力电缆的环保设计方法，根据唯一变量原则，先后确定对地面电磁环境影响较 大的六个因素一一电缆排列方式、S相相间距、双回相序、双回布置方式、电缆隧道宽度、埋 深。其他电缆及设计参数根据《GB50217-2007电力工程电缆设计规范》、《GB/T3956-2008 电缆的导体》及500kV、220kV地下电缆案例，同时为对地面上的工频磁场分布作保守预测， 在选择典型设计参数及电缆额定工况时，均考虑使电缆周围可能出现最大磁场的情况。其 技术方案如下：
[000引一种330kV地下电力电缆的环保设计方法，包括W下步骤：
[0006] 步骤1、单回电缆排列方式的优化
[0007] 选择正S角排列方式；
[000引步骤2、电缆正S角排列方式相间距的优化
[0009] 选择尽量小的相间距；
[0010] 步骤3、双回电缆相序的优化
[0011] 选择S相投影顺序为ABC，BCA的相序；
[0012] 步骤4、双回电缆S相布置方式的确定
[0013] 选择双回水平排列方式；
[0014] 步骤5、电缆隧道宽度的优化
[0015] 选择尽量窄的隧道宽度；
[0016] 步骤6、电缆埋深的选择
[0017] 根据工程成本及隧道地面环境选择电缆埋深，电缆隧道两侧设及IEC61000-4-8 工频磁场抗扰度要求等级最高的1类敏感电子设备，在采用双回优化布置后，电缆埋深也 只需大于2. 5m，如不能满足W上电缆埋深要求，此时需考虑的措施为；.尽可能避开高压电 缆，如提高设备使用高度到1. 5mW上或根据实际埋设及仪器使用高度，将设备远离隧道中 屯、3 ~3. 5m。
[001引优选地，步骤6中所述1类敏感电子设备是基于CRT原理工作的显示器及电子显 微镜。
[0019]W上步骤仿真计算使用的试验平台为德国先进电磁场仿真计算软件EFC-400,该 软件专口用于是计算导体中的低频电磁场，磁场计算基于毕奥-萨伐尔定律。计算对导体 在=维空间内的分布没有要求。因此任何低频的准稳系统都是可解的。同时，计算过程中使 用该软件模型库中专口用于编辑电缆计算的电缆管理器（C油leManager),结合电缆电磁 场传播特点，将电磁场传播路径中的电缆绝缘层、屏蔽层、护套层、支架、隧道钢结构、市政 管道等构筑物分别编辑进入计算模型中，从而在仿真计算中，将各类实际构筑物引起的电 缆低频磁场屏蔽衰减、祸流等影响纳入最终结果中，从而较为精确得模拟电缆（隧道、沟） 周围磁场的分布。
[0020] 为了使电缆磁场仿真计算结果更接近实际，构造电缆计算模型过程中遵循W下原 则；
[0021] i.严格按照电缆各参数，包括导体、屏蔽层、外径等尺寸及材料信息编辑电缆模 型。如电缆外套中的金属屏蔽层，链装层等金属结构对电缆产生磁场是有屏蔽作用的，根据 金属种类，计入计算模型；而绝缘层，防火封包等对磁场没有屏蔽作用的非金属结构，则可 忽略不计。
[002引ii.隧道中的金属结构，特别在电力电缆附近区域，由于存在电缆金属支架的祸流 效应，磁场会比较复杂。隧道壁中的互相连接的钢筋等，对工频磁场也都有屏蔽作用。由于 屏蔽作用与不考虑屏蔽作用的计算值相比330kV电缆通道内部空间（场源区）的磁场会有 所增大，而电缆通道外部空间（屏蔽区）的磁场有所减小。该些使磁场减小的因素均计入 仿真计算模型中。
[0023]iii.参考坐标的选取；X轴为地平面并与电缆铺设方向垂直的方向，右侧为正方 向；Y轴平行于地面并与电缆铺设方向平行，向里为正方向；Z轴垂直于地面，向上为正方 向。为计算方便起见，单回为S相电缆几何中屯、延长线与X轴交点；双回选在隧道垂向中屯、 线与X轴交点。
[0024] 本发明的有益效果为：
[0025] 1.本发明可在工程前期优化330kV地下电缆设计，可将地面电磁场水平降低 65 %~75 %，从源头杜绝电缆工程投运后，因地下电缆引起地面电磁场可能的超标对周围 公众工作、生活环境造成的危害，而发生的环保纠纷的可能性，避免了因纠纷带来的不必要 经济赔偿和重新选线、改路径造成的巨大经济损失。
[0026] 2.因明挖法、浅埋暗挖法及盾构法等电力隧道施工方法各异且造价不同，本发明 可在保证环境安全性的同时，通过优化参数配置，确定合理的电缆隧道埋深及宽度后，选择 合理的施工方法，最大可能得节省工程成本。
【附图说明】
[0027] 图1为四种典型排列方式下电缆在隧道内的布置示意图，其中图la为正S角排 列，图化为等腰直角S角排列，图Ic为垂直排列，图Id为水平排列；
[0028] 图2为单回电缆不同排列方式距离地面0. 5m高的磁感应强度；
[0029] 图3为单回电缆不同排列方式距离地面Im高的磁感应强度；
[0030] 图4为单回电缆不同排列方式距离地面1. 5m高的磁感应强度；
[0031] 图5为不同相间距单回正S角排列电缆在隧道内的布置示意图；
[0032] 图6为单回正S角排列电缆不同相间距距离地面0. 5m高的磁感应强度；
[003引图7为单回正S角排列电缆不同相间距距离地面1.Om高的磁感应强度；
[0034] 图8为单回正S角排列电缆不同相间距距离地面1. 5m高的磁感应强度；
[0035]图9为双回正S角紧凑横向对称排列电缆在隧道内的布置示意图；
[0036] 图10为双回正S角紧凑纵向单侧排列电缆在隧道内的布置示意图；
[0037] 图11为横向对称排列在地面上方0. 5m高处6种不同相序的工频磁场分布；
[0038] 图12为横向对称排列在地面上方Im高处6种不同相序的工频磁场分布；
[0039] 图13为横向对称排列在地面上方1. 5m高处6种不同相序的工频磁场分布；
[0040] 图14为单侧纵向排列在地面上方0. 5m高处6种不同相序的工频磁场分布；
[0041] 图15为单侧纵向排列在地面上方Im高处6种不同相序的工频磁场分布；
[0042] 图16为单侧纵向排列在地面上方1. 5m高处6种不同相序的工频磁场分布；
[0043]图17为双回正S角紧凑横向对称排列电缆在隧道内的布置示意图；
[0044] 图18为双回正S角紧凑纵向单侧排列电缆在隧道内的布置示意