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金风 GW121/130/140/150-3.0 V30R03C100 机组 网侧动力电缆选型计算报告 （变流器至箱变部分） 共 17 页 2 / 13 目 次 前 言 .3 1 范围 .4 2 规范性引用文件 .4 3 网侧电缆选型基本技术要求 .4 4 选型结果 .8 5 电压损失校验 .9 6 汇流排至箱变接地间保护导 体 PE 线选择 11 7 热损耗计算 .12 8 综合结论 .12 参考文献 .13 表 1 金风 GW121/130/140/150-3.0 V30R03C100 机组电网侧电气量额定值 .5 表 2 地下温度不同于 20℃的校正系数（用于埋地管槽中的电缆的载流量） 6 表 3 多回路直埋电缆的降低系数6 表 4 敷设在埋地单路管槽内的多导体多回路电缆的降低系数6 表 5 土壤热阻系数修正值7 表 6 多回路电缆并联敷设时单根电缆额定载流量7 表 7 XLPE 或 EPR 绝缘铜导体地 下 20℃土壤管槽敷设某厂家电缆载流量对应表 .8 表 8 XLPE 或 EPR 绝缘铝合金导体地 下 20℃土壤管槽敷设某厂家电缆载流量对应表 .8 表 9 网侧铜导体动力电缆选型8 表 10 网侧铝合金导体动力电缆选型9 表 11 单芯或多芯电缆用第 2 种绞合导体 20℃最大直流电阻值 9 表 12 导体电阻值的温度校正系数 kt 10 表 13 单芯或多芯电缆用第 2 种绞合导体 40m 90℃时测量电阻值 10 表 14 断路器开断速度与短路电流最小持续时间关系11 版本B 编号GW-14SS.0431 4 / 13 金 风 GW121/130/140/150-3.0 V30R03C100机 组 网 侧 动 力 电 缆 选 型 计 算 报 告 （ 变 流 器 至 箱 变 部 分 ） 1 范围 本文件给出了金风 GW121/130/140/150-3.0 V30R03C100 机组变流器至箱变低压侧部分动力电缆的选 型依据。 本 文 件 适 用 于 金 风 GW121/130/140/150-3.0 V30R03C100 机 组 网 侧 动 力 电 缆 采 用 多 导 体 电 缆 地 下 25℃ 直埋敷设方式下的铜导体、铝合金导体的选型方案。 2 规范性引用文件 下 列 文 件 对 于 本 文 件 的 应 用 是 必 不 可 少 的 。 凡 是 注 日 期 的 引 用 文 件 ， 仅 所 注 日 期 的 版 本 适 用 于 本 文 件 。 凡 是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 156-2017 标准电压IEC 60038-2002,MOD GB/T 3956-2008 电缆的导体IEC 60228-2004,IDT GB/T 12706.1-2008 额 定 电 压 1kVUm1.2kV到 35kVUm40.5kV挤 包 绝 缘 电 力 电 缆 及 附 件 第 1 部 分 额 定 电 压 1kVUm1.2kV和 3kVUm3.6kV电缆IEC 60502-1-1998,MOD GB/T 12706.2-2008 额 定 电 压 1kVUm1.2kV到 35kVUm40.5kV挤 包 绝 缘 电 力 电 缆 及 附 件 第 2 部 分 额定电压 6kVUm7.2kV到 30kVUm36kV电缆IEC 60502-2-2005,MOD GB/T 14315-2008 电力电缆导体用压接型铜、铝接线端子和连接管 GB/T 16895.6-2014 低 压 电 气 装 置 第 5-52 部 分 电 气 设 备 的 选 择 和 安 装 布 线 系 统 IEC 60364-5-52-2009,IDT GB/T 30552-2014 电缆导体用铝合金线 GB 50217-2018 电力工程电缆设计规范 NB/T 42051-2015 额定电压 0.6/1kV 铝合金导体交联聚乙烯绝缘电缆 Q/GW 201085.4-2014 风 力 发 电 机 组 电 缆 技 术 要 求 第 4 部 分 额 定 电 压 1.8/3kV 橡 皮 绝 缘 耐 扭 曲 软 电 缆 Q/GW 201085.5-2015 风 力 发 电 机 组 电 缆 技 术 要 求 第 5 部 分 额 定 电 压 1.8/3kV 垂 直 固 定 敷 设 用 铝 合 金电缆 3 网侧电缆选型基本技术要求 3.1 电缆选型基本性能要求 根据GB 50217-2018，要求电缆具有防水性能，为了保证金属屏蔽的充分接触，在绝缘外面绕包单导 电阻水带，金属屏蔽外层不再绕阻水带，视防水性能要求的高低，填充可采用普通填充或阻水填充。电 版本B 编号GW-14SS.0431 缆纵向阻水性能要满足GB/T 12706.1-2008，GB/T 12706.2-2008附录D（标准性目录）透水试验要求。电 缆径向阻水性能通过检查金属护套或非金属护套是否有缺陷来判定。 a导 体 类 型 选 择 铜 导 体 或 铝 合 金 导 体 ， 根 据 GB/T 3956-2008， GB/T 30552-2014， NB/T 42051-2015； b导体导体数选择三导体电缆，PE线单配； c导体绝缘选择交联聚乙烯绝缘XLPE； d导体护套选择聚氯乙烯护套PVC，埋管情况下需要铠装； e电缆电压等级0.6/1kV，根据GB/T 156-2017； f网侧电缆敷设方式每相采用多根电缆并联形式，地下直埋或地下穿管敷设。 3.2 计算说明 本 文 件 根 据 GB/T 16895.6-2014 电 气 设 备 的 选 择 和 安 装 布 线 系 统 （IEC 60364-5-52-2009,IDT）规定 和国内某电缆厂提供的电缆载流量数据进行计算和校验。GB/T 16895.6-2014 规 定 了 电 缆 载 流 量 的 最 低 要 求 ， 一 般 电 缆 厂 生 产 的 电 缆 载 流 量 大 于 国 标 参 考 值 ， 但 是 也 存 在 低 于 国 标 参 考 值 的 情 况 ； 所 以 推 荐 选 用 电 缆 厂 家 提 供 的 电 缆 参 数 进 行 选 型 ， 如 表 7。 注本文件的选型计算与结论仅供参考，最终以设计院的选型设计结果为准，电缆参数和根数应保证与基础预埋管的 型号和数量匹配。 3.3 GW121/130/140/150-3.0 V30R03C100 机组并网电气参数 电网侧额定输出参数，见表1所示。 表 1 金 风 GW121/130/140/150-3.0 V30R03C100 机 组 电 网 侧 电 气 量 额 定 值 参数名称 电网侧电气量额定值 单位 额定 U n（线电压有效值） 0.69 kV 额定有功功率 P n 3.0 MW 网侧计算电流 I n 2789 A 额定频率 f n 50 Hz 默认功率因数 1.0 - 电压波动范围 90 110 - 3.4 电缆的载流量校正相关系数 电缆载流量校验公式为 KIa1 ≥ Imax 1 式中 K校正系数K K1K2K3； K 1 环境温度校正系数； K 2为 敷设方式降低系数； K 3为热 阻系数； Ia1为标准敷设条件下的额定载流量。 其中，地下温度按 25℃校验，环境温度校验系数K 1 0.96。通过计算单核算，按照校验最小载流量 原则，故参照埋管敷设方式。 为人类奉献白云蓝天，给未来创造更多资源 Preserving Blue Skies and White Clouds for the Future 5 / 13 版本B 编号GW-14SS.0431 6 / 13 3.4.1 XLPE 或 EPR 绝 缘 电 缆 温 度 校 正 系 数 根 据 GB/T 16895.6-2014，适 用 于 敷 设 在 埋 地 管 槽 中 的 电 缆 的 载 流 量 ， 地 下 温 度 不 同 于 20℃的 校 正 系 数 如 下 表 2 所 示 。 表 2 地 下 温 度 不 同 于 20℃ 的 校 正 系 数 （ 用 于 埋 地 管 槽 中 的 电 缆 的 载 流 量 ） 地下温度℃ 10 15 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 XLPE/EPR 1.07 1.04 0.96 0.93 0.89 0.85 0.80 0.76 0.71 0.65 0.60 0.53 3.4.2 多导体电缆敷设方式降低系数 为了满足正常工作条件下电缆导体和绝缘的合理寿命，以电流持续期间产生的热效应为条件，导体 允 许 的 载 流 量 应 根 据 电 缆 的 敷 设 方 式 进 行 校 正 。 风 机 网 侧 电 缆 常 用 敷 设 方 式 为 ， 经 基 础 埋 管 （非 磁 性 材 料 导管）穿管敷设后，再由风机基础出口到塔外箱变低压侧为地下直埋敷设。 依 据 GB/T 16895.6-2014，多 回 路 直 埋 电 缆 、 埋 地 单 路 管 槽 内 多 导 体 多 回 路 电 缆 敷 设 的 降 低 系 数 分 别 如 下 表 3、4 所 示 。 当 沿 敷 设 路 径 各 部 分 的 散 热 条 件 各 不 相 同 时 ， 电 缆 载 流 量 的 确 定 应 适 合 路 径 中 散 热 条 件 最 不 利 的 部 分 ， 由 表 中 对 应 系 数 比 较 可 得 ， 选 择 多 回 路 直 埋 电 缆 的 降 低 系 数 作 为 敷 设 方 式 降 低 系 数 K₂ 。 表 3 多 回 路 直 埋 电 缆 的 降 低 系 数 电缆间的间距 a 回路数 无 间 距 （相互接触） 一根电缆直径 0.125m 0.25m 0.5m 4 0.60 0.60 0.70 0.75 0.80 5 0.55 0.55 0.65 0.70 0.80 6 0.50 0.55 0.60 0.70 0.80 7 0.45 0.51 0.59 0.67 0.76 8 0.43 0.48 0.57 0.65 0.75 9 0.41 0.46 0.55 0.63 0.74 12 0.36 0.42 0.51 0.59 0.71 16 0.32 0.38 0.47 0.56 0.68 a 多 导 体 电 缆 表 4 敷 设 在 埋 地 单 路 管 槽 内 的 多 导 体 多 回 路 电 缆 的 降 低 系 数 管槽间的距离 a 回路数 无间距（相互接触） 0.25m 0.5m 1.0m 4 0.70 0.80 0.85 0.90 5 0.65 0.80 0.85 0.90 6 0.60 0.80 0.80 0.90 版本B 编号GW-14SS.0431 7 / 13 表 4 敷设在埋地单路管槽内的多导体多回路电缆的降低系数（续） 7 0.57 0.76 0.80 0.88 8 0.54 0.74 0.78 0.88 9 0.52 0.73 0.77 0.87 10 0.49 0.72 0.76 0.86 11 0.47 0.70 0.75 0.86 12 0.45 0.69 0.74 0.85 a 多导体电缆 3.4.3 多导体电缆热阻修正系数 电缆的埋管是在水泥基础内，根据GB/T 16895.6-2014，埋管电缆热阻系数K 3取1.05；见表5。 表 5 土 壤 热 阻 系 数 修 正 值 土壤热阻系数不同于 2.5K﹒m/W 时用于直埋或埋地管槽中电缆的载流量的校正系数 热阻系数/（K﹒ m/W） 0.5 0.7 1 1.5 2 2.5 3 埋管地槽中电缆 的矫正系数 1.28 1.2 1.18 1.1 1.05 1 0.96 直埋电缆的矫正 系数 1.88 1.62 1.5 1.28 1.12 1 0.9 注砖石的热阻不超过 2K﹒m/W，“砖石墙”包括砖、混凝土、砂浆和类似物质（而非绝热材料）。 3.4.4 并联埋管敷设的单根电缆需要的载流量值计算 若每相采用多根电缆并联埋管敷设，根据公式（1）计算可得单根电缆载流量最小值见表6所列。 表 6 多 回 路 电 缆 并 联 敷 设 时 单 根 电 缆 额 定 载 流 量 额定载流量A 并 联 电 缆 数 （根） 无 间 距 （相互接触） 间隔 0.15m 间隔 0.25m 间隔 0.5m 8 5124/8640 4257/8532 3739/8467 3547/8443 9 5321/9591 4323/9480 3790/9421 3593/9399 10 5647/10565 4463/10446 3843/10384 3641/10364 版本B 编号GW-14SS.0431 8 / 13 3.4.5 电缆按长期发热条件校验 依据企标Q/GW 201085.4-2014，Q/GW 201085.5-2015，参照某电缆厂家三芯电缆技术参数，导体最高 允许工作温度90℃，20℃地下直埋敷设铜导体和铝合金导体电缆载流量分别如表7和表8所示 表 7 XLPE 或 EPR 绝 缘 铜 导 体 地 下 20℃ 土 壤 管 槽 敷 设 某 厂 家 电 缆 载 流 量 对 应 表 带负荷导体截面 （mm 2） 20℃土壤管槽敷设载流量（A） 3185 310 3240 365 3300 415 3400 480 表 8 XLPE 或 EPR 绝 缘 铝 合 金 导 体 地 下 20℃ 土 壤 管 槽 敷 设 某 厂 家 电 缆 载 流 量 对 应 表 带负荷导体截面 （mm 2） 20℃土壤管槽敷设载流量（A） 3185 240 3240 285 3300 325 3400 380 4 选型结果 4.1 GW121/130/140/150-3.0 V30R03C100 机组网侧铜导体电缆选型结果 GW121/130/140/150-3.0 V30R03C100 机组网侧铜导体动力电缆选型详见表 9 所示。 表 9 网 侧 铜 导 体 动 力 电 缆 选 型 敷设间距 敷设根数 无间距（相互接触） 间隔 0.15m 间隔 0.25m 单根铜导体电缆计算载流量 565 A 446A 384 A 10 根铜导体 3185mm 2载流量310A 不符合 不符合 不符合 10 根铜导体 3240mm 2载流量365A 不符合 不符合 不符合 10 根铜导体 3300mm 2载流量415A 不符合 不符合 符合 10 根铜导体 3400mm 2载流量480A 不符合 符合 符合 版本B 编号GW-14SS.0431 9 / 13 L 根 据 上 表 9 可 以 看 出 ， 选 用 10 根 0.6/1kV 3300mm2 铜 导 体 电 缆 间 隔 0.25m 穿 管 埋 地 敷 设 ， 实 际 敷 设 条件和电缆载流量满足要求。 4.2 GW121/130/140/150-3.0 V30R03C100 机组网侧铝合金导体电缆选型结果 GW121/130/140/150-3.0 V30R03C100 机组网侧铝合金导体动力电缆选型详见表 10 所示。 表 10 网侧铝合金导体动力电缆选型 敷设间距 敷设根数 无间距（相互接触） 间隔 0.15m 间隔 0.25m 间隔 0.5m 单根铝合金导体 电缆计算载流量 565 A 446A 384 A 364 A 10 根铝合金导体 3240mm 2 载流量285A 不符合 不符合 不符合 不符合 10 根铝合金导体 3300mm 2 载流量325A 不符合 不符合 不符合 不符合 10 根铝合金导体 3400mm 2 载流量380A 不符合 不符合 不符合 符合 根 据 上 表 10 可 以 看 出 ， 选 用 10 根 0.6/1kV 3400mm2 铝 合 金 导 体 电 缆 间 隔 0.5m 穿 管 埋 地 敷 设 ， 实 际 敷设条件和电缆载流量满足要求。 5 电压损失校验 根 据 GB/T 3956-2008 电 缆 的 导 体 可 得 ， 单 芯 或 多 芯 电 缆 用 第 2 种 绞 合 导 体 20℃时最大电阻值如下表 11 所示 表 11 单芯或多芯电缆用第 2 种绞合导体 20℃ 最大直流电阻值 20℃时导体最大电阻（Ω/km） 退火铜导体标称截面积/mm 2 不镀金属单线 镀金属单线 铝或铝合金导体 185 0.0991 0.1000 0.1640 240 0.0754 0.0762 0.1250 300 0.0601 0.0607 0.1000 400 0.0470 0.0475 0.0778 由于铜导体或铝合金导体最高允许工作温度为90℃，故铜导体或铝合金导体的电压损失校验选择校正 到90℃时的导体电阻值，参照表11所示导体电阻值温度校正系数。 将电阻值修正到20℃时，1km电缆长度的电阻值如下公式 R 20 Rt kt 1000 2 版本B 编号GW-14SS.0431 10 / 13 t 式中 kt表20提供的温度校正系数； R 2020℃时导体电阻，Ω/km ； Rt导体测量电阻值，Ω； L 电缆长度，m。 校正系数k t的计算根据GB/T 3956-2008附录B计算可得，如下表12所示 表 12 导体电阻值的温度校正系数 kt 测量时导体温度t/℃ 不镀金属或镀金属退火铜导体 校正系数k t 铝合金导体校正系数k t 50 0.894 0.892 90 0.784 0.780 GW150-2.8 V30R03C100 网 侧 电 缆 电 压 损 失 校 验 按 L40m 电 缆 长 度 计 算 ， 铜 或 铝 合 金 导 体 校 正 到 90℃ 时的测量电阻值，计算如下 R R20L 3 1000k t 代入R 20，k t和L，可得90℃时导体测量电阻值如表 13所示 表 13 单芯或多芯电缆用第 2 种绞合导体 40m 90℃ 时测量电阻值 90℃时40m导体测量电阻值/Ω 退火铜导体标称截面积/mm 2 不镀金属单线 镀金属单线 铝或铝合金导体 185 0.0051 0.0051 0.0084 240 0.0038 0.0038 0.0064 300 0.0031 0.0031 0.0051 400 0.0024 0.0024 0.0040 按照电缆线路电压损失需满足小于 5的要求进行校验，计算得出最大允许电压降ΔU max 5 69034.5V；电缆线路的实际电压降公式为 U RI .（4） 式中 R ρL⁄S （5） R电缆直流电阻，此处 R 采用表 21 中导体测量电阻值； I计算电流； ρ 导体电阻率； L电缆长度； S 导体截面积。 根据公式（4） （5）可以得出 版本B 编号GW-14SS.0431 11 / 13 a）GW121/130/140/150-3.0 V30R03C100机组铜导体电缆300mm2最大载流量下线路计算电压降为 ΔUcu0.00312789A/9 0.86V； b） GW121/130/140/150-3.0 V30R03C100机组铝合金导体电缆400mm 2最大载流量下线路计算电压降为 ΔU AL0.00402789A/10 1.12V； 由 上 述 计 算 结 果 可 得 ， 实 际 敷 设 电 缆 长 度 不 超 过 40m， 因 此 线 路 电 压 降 损 失 远 远 小 于 5。 另 外 ， 以 上 计算忽略了电缆的感性阻抗和容性阻抗。 6 汇 流 排 至 箱 变 接 地 间 保 护 导 体 PE 线 选 择 根据IEC 60364、GB 16895、GB 50054等标准，对于PE线和PEN线截面积的确定都采用以下规定 a 满足电气系统间接接触保护自动切断电源的条件，且能承受预期的接地故障电流或短路电流； bPE线和PEN线 的 最 小 截 面 积 ， 按 照 下 面 公 式 进 行 通 过 接 地 故 障 电 流 时 的 热 稳 定 性 校 验 ， 计 算 结 果 如果不是常用截面积，应取临近的高一级截面积。 式（6）中 I接地故障电流，单位A； S ≥ 𝐼𝐼√𝑡𝑡￿￿ 6 t保护电器自动切断故障电流的时间，单位s； K由导体、绝缘、其他部分材料以及初始温度、最终温度等确定的系数。 对 于 风 机 ， 变 流 器 和 变 压 器 之 间 为 三 相 690V， 往 往 通 过 电 缆 连 接 ； 变 压 器 中 性 点 接 地 后 引 出 了 PE线 与 变 流 器 所 在 的 接 地 系 统 连 接 ， 在 变 流 器 内 部 出 现 接 地 故 障 时 ， 相 当 于 变 压 器 低 压 侧 相 对 地 短 路 故 障 ， 所 以 PE线的截面积确定需要用相对地短路故障电流进行校验。 参 考 工 业 与 民 用 配 电 设 计 手 册 ， 短 路 电 流 持 续 时 间 由 断 路 器 开 断 速 度 决 定 ； 公 式 （ 6） 中的t可 以 参 考表14进行选取。 表 14 断路器开断速度与短路电流最小持续时间关系 断路器开断速度 断路器开断时间（s） 短路电流最小持续时间（s） 高速 0.12 0.2 下面以GW140-3.0 V30R03C100机组为例，进行保护导体PE线的截面积计算。 按 额 定 功 率 的 1.1倍 ， 取 并 网 变 压 器 容 量 SN3300kVA，阻抗电压6 -8， 额 定 电 压 UN690V。 对 于 变 压 器 和变流器之间电缆连接情况下，相对地的接地故障电流即相对地短路故障电流。 参考工业与民用配电设计手册，当电网短路容量大于100MVA后，变压器低压侧三相短路电流与单 相 短 路 电 流 非 常 接 近 ， 特 别 是 按 照 无 穷 大 电 网 考 虑 时 ， 两 者 一 致 。 因 此 从 保 守 的 角 度 考 虑 ， 短 路 电 流 按 照 无 穷大短路容量考虑，断路器开断速度按照中速和低速两种情况进行计算，过程如下 3300 𝐼𝐼 𝑆𝑆 𝐼𝐼N 0.691.732 46.02𝑘𝑘𝑘𝑘7 式中 𝐼𝐼𝑆𝑆短路电流； ￿￿ ￿￿ 0.06 版本B 编号GW-14SS.0431 𝐼𝐼𝑁𝑁额定电流； 𝑢𝑢d阻 抗 电 压 值 。 对于风电网侧常用的90℃橡胶绝缘铜电缆，根据工业与民用配电设计手册14章表14.3-5, K值取 143。 按照中速断路器开断速度考虑时，t0.15，将￿￿ ￿￿ ，K和t代入式（6）得 S ≥ 46.021000√0.15125mm2143 按照低速断路器开断速度考虑时，t0.2，将￿￿ ￿￿ ，K和t代入式（6）得 S ≥ 46.021000√0.2144mm2143 由 上 述 计 算 可 知 ， 保 护 导 体 PE线截面积取S185 mm 2即可。 根据上述计算实例，GW121/130/140/150-3.0 V30R03C100机组汇流排至箱变接地间保护导体PE线 选 择 结论如下 a） 对于箱变外置的机组，采用1根 2185 mm2的铜PE线 ； 同 网 侧 3相电缆一起穿管敷设，接到变流器 附近的690V PE母排作为保护导体（按照计算1根1185 mm 2的即可，采用2芯是考虑穿管埋地敷设后期运 维更换困难进行的备份设计）。 b） 对 于 箱 变 内 置 的 情 况 ， 采 用 1根 1185 mm2的铜PE线 ； 同 网 侧 3相 电 缆 一 起 桥 架 敷 设 ， 接 到 变 流 器 附近的690V PE母排作为保护导体即可。 7 热损耗计算 按 敷 设 电 缆 长 度 为 40m计算，根据计算公式3，导体平均运行温度50℃ 时，3300mm 2铜导体电阻为 0.0027Ω；3400mm 2铝合金导体电阻为 0.0035Ω； 电缆热损耗计算结果如下 ΔP 10 3𝐼𝐼2R 10 3 � 铝合金电缆热损耗计算结果如下 2789 2 10 � 0.002710−3 6.301𝑘𝑘𝑊𝑊 ΔP 10 3𝐼𝐼2R 10 3 � 2789� 10 0.003510 −3 8.1671𝑘𝑘𝑊𝑊 8 综合结论 8.1 铜导体电力电缆选型结论 GW121/130/140/150-3.0 V30R03C100机 组 网 侧 电 缆 选 用 10根0.6/1kV 3300mm2铜 导 体 电 力 电 缆 间 隔 0.25m并联穿管埋地敷设；采用1根2185 mm 2的铜缆作为PE线，同路径敷设至箱变PE母排。 8.2 铝合金导体电力电缆选型结论 GW121/130/140/150-3.0 V30R03C100机 组 选 用 10根0.6/1kV 3400mm2 铝 合 金 导 体 电 力 电 缆 间 隔 0.5m 穿管埋地敷设；本方案铝电缆间距可以减小，通过拟合埋管间距0.25至0.5米的敷设系数实现；采用1根2 185 mm2的铜缆作为PE线，同路径敷设至箱变PE母排。 为人类奉献白云蓝天，给未来创造更多资源 Preserving Blue Skies and White Clouds for the Future 12 / 13 2 版本B 编号GW-14SS.0431 参 考 文 献 [1] 工业与民用配电设计手册第四版。 13 / 13
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