關于風電機組電力電纜載流量的研究

文| 陳林，王寶歸，喻勇
　　電力電纜的實際載流量因受敷設方式、運行條件和周圍環境等因素的影響而不易確定。電纜的載流量偏大，會造成纜芯工作溫度超過允許值，絕緣的壽命就會比預期值縮短；載流量偏小，則電纜芯銅材或鋁材就不能得到充分的利用，導致不必要成本上升和資源浪費。隨著風力發電技術的進一步發展，風電機組越來越被應用于更加惡劣的環境中（高嚴寒、高輻射、高腐蝕、高海拔等環境），環境條件的變化必然會影響到電力電纜的載流量。一個科學、準確的電力電纜載流量計算，才能既保證風電機組電氣系統安全可靠運行，又節約成本。
　　電力電纜載流量的理論計算
　　目前風電行業電力電纜載流量的確定主要基于理論計算方法，并充分考慮實際應用環境因素影響。理論計算主要基于IEC標準，國際電工委員會(IEC)標準在1957年在McGrath論文的基礎上，結合1957年之后載流量的算法改進，于1982年提出了電纜額定載流量(100%負荷因數)計算標準IEC60287(國內相對應的標準是JB/T10181—2000)。目前各國電纜產品及其載流量大都已向IEC靠攏。表1為根據該標準計算所得風電行業常用的幾種單芯橡膠絕緣電纜的標準載流量值。 　　風電機組電力電纜載流量影響因素分析
　　目前風電機組電力電纜的敷設環境非常復雜，本文將從幾個影響風電機組電力電纜載流量的主要因素進行詳細分析，得出不同敷設環境對電力電纜載流量的影響，為風電機組電氣系統的設計和電力電纜的選型提供重要的理論指導。
　　一、環境溫度的影響
　　環境溫度是影響電纜載流量的一個重要因素。環境溫度主要是指電纜敷設區域的空氣溫度?？諝鉁囟鹊母叩蛯﹄娎|產生熱量散發能力具有直接影響?？諝鉁囟仍礁?，則它與電纜的對流換熱速度就越慢，不利于電纜產生熱量的散發，使得載流量變小，相反，當空氣溫度越低時，電纜產生的熱量散發越快，載流量就越大。風電機組中電纜選型設計中，需要充分考慮發電機、齒輪箱的部件發熱，塔筒的熱效應等對電纜實際運行環境的影響。（見表2） 　　二、電纜敷設方式的影響
　　電纜排列方式包括電纜敷設橋架形式、電纜之間的敷設距離等因素。這些因素通過不同方式影響電纜區域的溫度場分布，從而對電纜載流量產生影響。表3是不同敷設方式電纜載流量的修正系數表。風電機組的電纜敷設往往是幾種方式的組合。在機艙中一般是水平三角形敷設，塔筒扭纜處為垂直接觸式敷設，塔筒內為垂直三角形敷設。
　　三、海拔高度的影響
　　海拔升高、空氣密度降低、散熱的對流作用減弱，對于敷設在塔筒內部電纜，以空氣為冷卻介質，其溫升就會隨之升高，載流量會下降，影響電力電纜的使用壽命。海拔每升高100m，電力電纜的溫升增加0.1－0.5（一般在0.4以下），而氣溫隨海拔高度的升高而降低，直減率為海拔每升高100m氣溫約降低0.6，可以部分補償由海拔高度升高對電力電纜溫升的影響。因此海拔升高對電力電纜溫升的影響不大。一般情況下，海拔高度與電力電纜載流量的修正系數關系見表4：
　　此外，高海拔地區輻射強度比較強烈，使空氣容易電離而導致外絕緣強度和電暈起始電壓降低。同時，隨著海拔的升高，絕對濕度與介電強度的降低都會導致絕緣強度的降低。因此需要考慮風電機組電力電纜的絕緣強度。
　　四、其它因素的影響
　　在風電機組電力電纜載流量的估算中，風電機組電力系統的電流諧波含量、功率因素以及電纜不均流性的大小，是影響電力電纜實際載流量的重要因素，這些因素都會使電纜的實際載流量高于風電機組的額定電流。