光伏发电电缆敷设优化设计

光伏发电电缆敷设优化设计

原永杰

国电四子王旗光伏发电有限公司内蒙古乌兰察布市012000

摘要：近年来，随着国家可再生能源扶持政策的不断推出、人们生态环保意识的逐渐提高，全国各地积极开展光伏等新能源发电项目的建设工程。我国光伏产业年增长速度超过30％，光伏产业的发展带动了与之相关的产业及产品的飞速发展，光伏专用电缆就是其一。在光伏发电系统当中，电缆的用量和费用是相关配套电气设备的基础，其用量超过了一般的发电系统，是影响整个系统的关键因素；加之光伏发电场内电缆敷设工程的费用较高，所以说电缆的合理选型和恰当的敷设方式就直接影响到建设的费用和经济效益，所以必须要在科学的环境下进行合理规划，正确选型，才能够确保电缆敷设的顺利完成。

关键词：光伏发电电缆敷设；优化设计；

前言：光伏发电具有清洁环保、无污染、利用价值高和光源充足等优点，是我国能源发展“十二五”规划中大力发展的一项光伏产业，得到了众多投资商的青睐。目前，光伏项目数量与日俱增，市场竞争激烈。因此，如何在合理的条件下控制项目造价成为关键。根据多年设计经验，光伏发电场内高低压电缆的造价约占总造价的６％，电缆的路径选择、规格选型及敷设方式的不同对项目的投资造价有较大的影响。由此看来，对光伏发电场内不同电压等级的交、直流电缆敷设方式进行系统的规划及考虑是相当必要的。

一、原则

在光伏发电场内进行电缆敷设，电缆的选型十分关键。这是确保电缆敷设成功的一个关键要素，所以电缆的选型需要遵循一定的原则。首先，必须要遵循电缆选择的一般要求，即在选择的过程中一定要按照系统的电压等级、绝缘性能、电缆导体的材料、电缆的芯数以及阻燃性能等方面进行选择，并且在选择的时候还需要结合电缆敷设的方式，确保选择的电缆能够满足长期工作允许的电流，并能够满足经济电流的密度和敷设的具体环境。除此之外，一般性的要求还应该包括在选择的时候需要按照短路动热稳定性、机械强度以及电压损失等因素进行选型校验。这样才能够确保选择的合理性和准确性。其次，电缆的选型需要结合具体的环境特征。通常来讲，光伏发电系统具有常在恶劣环境条件下使用的特点，例如高温、紫外线辐射、严寒以及水分迁移等环境。因此，在进行电缆的选型时，要结合这方面的环境特征，明确不同敷设方式下电缆对于温度要求、辐射要求以及水分迁移的要求，提供准确的依据和数据支持，才能够保证选择恰当的电缆进行敷设。最后，电缆选型的过程中还需要考虑到电缆载流量的要求。一般情况下，在电缆选择的过程中，需要确保所选择的电缆截面要满足线路工作电流大于或者等于电缆载流量的要求。因为光伏发电系统是断续工作或者是短时工作，所以在计算的时候需要将线路工作电流折算成为等效发热电流，并且要按照温升的方式选择电缆的截面。

二、光伏电缆设计和施工中存在的问题

光伏专用电缆是光伏发电项目中的一大“盲点”。无论是设计方还是施工方都缺乏对光伏专用电缆的重视。下面就存在问题进行论述。a）电缆走向方案不明确：由于单项工程中光伏专用电缆用量巨大，电缆敷设图纸只是示意电缆走向，施工单位即使依据该图纸敷设，由于现场地理情况约束，也可能会引起电缆部分走向有较大的偏差。b）施工人员资质：由于光伏场区施工工程量大、技术含量不高，故项目单位在选择施工单位及施工队伍时要求不高，往往有很多未经过专业培训或缺乏相关经验的施工人员混杂其中，导致施工对图纸的理解部分有偏差，甚至存在不按图施工、施工浪费的现象。c）野蛮施工：为加强供电可靠性，光伏专用电缆通常设计为全线穿PVC敷设，过路段穿钢管敷设，但是在施工现场，为加快施工进度、加大施工便利性，施工单位可能采取全线直埋敷设的方式，仅在电缆引上处穿PVC管保护。电缆直埋段即使施工单位采取穿PVC管保护的措施，也不一定会在两段PVC管之间用中间连接管固定，为光伏发电可靠性留下隐患。d）施工浪费：光伏专用电缆基数庞大如果每根电缆都有一定的误差，则一个光伏电站光伏专用电缆实际用量必定与设计用量有较大的出入。例如供应商的光伏专用电缆可能存在短尺（电缆外皮标称长度为1m的电缆实测长度为0.94m）的现象，致使实际到货的电缆数量短缺。

三、光伏发电电缆敷设优化设计

1.敷设形式下电缆载流量计算。在光伏系统中自由空气电缆敷设较少，主要考虑环境温度、是否有阳光照射及电缆敷设方式。载流量校正系数。敷设方式大致分为水平单层敷设、水平三角敷设和水平多层敷设3种形式，敷设方法分为直接接触和间距敷设2种。在水平多层敷设时校正系数较小，在工程设计时应避免2层及以上的敷设方法。综上，计算敷设在自由空气中的电缆载流量需包含温度校正系数、敷设方式校正系数和户外无遮阳校正系数。线路负荷工作电流除以上述系数之积，即为电缆选型载流量，可依据此载流量进行电缆选型。

2.电缆沟敷设。在光伏电站中电缆沟敷设方式主要分为室内电缆沟敷设和室外电缆沟敷设2种。因其建筑费用较高，施工相对复杂，在光伏电站中部分采用电缆沟敷设方式，主要分布在汇集线路主干道、分站房及配电室内。这种敷设方式下的载流量计算主要考虑环境温度和电缆敷设方式，其中电缆敷设方式分为水平单层敷设、三角敷设和多层敷设。(1)环境温度校正系数。室内电缆敷设时取最热月的每日最高温度平均值另加5℃作为室内电缆敷设时的环境温度；室外电缆敷设时取最热月的每日最高温度平均值作为室外电缆敷设时的环境温度，当敷设处环境温度不同于载流量数据所对应的温度数据时，载流量应乘以温度校正系数相同。(2)敷设方式校正系数。电缆沟敷设方式与自由空气敷设大致相同，主要分为单层敷设、三角敷设和多层敷设3种形式，敷设方法分为直接接触和间距敷设2种。在水平多层敷设时校正系数较小，在工程设计时应避免2层及以上的敷设方。综上，计算敷设在电缆沟内的电缆载流量需包含温度校正系数和敷设方式校正系数。线路负荷工作电流/上述系数之积，即为电缆选型载流量，可依据此载流量进行电缆选型。

3.由于光伏电站自身特性，许多设计人员偏向于采用经济电流法选择电缆截面，目前较常用的经济电流法分为经济电流范围选择法和经济电流密度曲线选择法。经济电流范围选择法是依据计算公式得出电缆截面下的经济电流范围，再根据线路负荷电流选取合适截面。经济电流密度曲线选择法主要采用查看相关经济电流密度曲线图选取合适截面，此算法精确度不高。一般情况下经济电流密度算法选取电缆截面比温升计算截面大，且经济电流密度算法考虑校正系数较多。对比可知经济电流密度法适合于中、低压电力电缆的计算，温升法适用性较广，建议在光伏系统设计时将经济电流密度修正参数值适当减小，并对比温升法计算值，两者取较大值可为设计提供更加可靠的理论支持。电气设备基础内宜设置电缆支架，固定电缆的路径，限制施工的随意性。采用组串式逆变器的工程，汇流箱至箱变交流电缆的价格大概是逆变器至汇流箱交流电缆的8~10倍，可将汇流箱靠箱变集中布置，尽量兼顾两种电缆在经济上达到最优度。

结束语：本文针对光伏专电缆敷设方式进行优化，为今后光伏专用电缆工程设计及施工提供借鉴。光伏专用电缆的敷设，应根据具体工程现场实际情况，综合各类敷设方式，以达到耗材最省，工程量最少的目的。设计院在设计时应充分考虑现场的实际情况，施工单位要加强施工管理。

参考文献：

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[2]代彦昌,石巍.光伏电站直流汇流电缆选型[J].电力建设,2018,35（2）：113-116.

[3]王辉,曾祖勤．太阳能光伏发电技术[M]．北京：化学工业出版社，2018.