安徽电缆股份有限公司安徽省天长市239300
摘要：人们生活水平的提高，用电需求的不断增多，促进了我国电力产业的不断发展。预制式附件是电缆附件家族中一个比较年轻的成员,它是由工厂事先将部件预制好、然后运到现场直接组装而成,它以性能稳定可靠,安装省时省力而深受广大用户的欢迎。本文就高压XLPE电缆预制式附件的设计、制造和安装展开探讨。
关键词：预制式附件；高压交联聚乙烯电力电缆；设计；制造；安装
引言
近几年国内连续发生几起影响极大的输电线路运行事故,而且大部分故障发生在电缆的预制式附件上。因此,有必要对电缆的预制式附件设计及优化、生产和实际现场安装等方面进行深入研究和分析,以便减少线路进行故障,提高电力输电线路的安全性和可靠性。
1高压预制式电缆附件的分类
预制式电缆附件根据机械行业标准《额定电压26/35kv及以下电缆附件型号编制方法》的规定分为两种:一种是预制件装配式电缆附件,就是在安装现场将橡胶预制件(包括接头套管、终端套管、应力锥和雨罩)套装在经过处理的电缆上而形成的电缆接头和终端。另一种是可分离连接器,它用橡胶预制件(包括接头和终端部件)先套装在经过处理的电缆上,然后再插人或拧人电气设备或另一根经过处理的电缆,形成电缆接头和终端。其中电接触由滑动件构成的为插人式可分离连接器(又称预制件插人式电缆附件);电接触由螺栓构成的为螺栓式可分离连接器(又称预制件螺栓式电缆附件)。
2高压XPLE电缆预制式附件的设计和优化
高压电缆每一相线芯外均有一接地(金属)屏蔽层,导电线芯与屏蔽层之间形成了均匀分布的径向电场,而不存在沿着电缆轴向分布的轴向电场(或称切向电场)。但是,由于电缆的端头及其终端的特殊结构,电场往往会发生畸变,电场集中于靠近金属护套的边缘,并且有很大的轴向分量。电缆中间接头相当于两个终端的对接,其电场分布与电缆终端有所不同。它是将两导电线芯连接,金属护套也电性相连并形成线外屏蔽,其电场分布基本上保持原有电缆中的分布。但是,在接头制作中,剥去了屏蔽层,改变了原有的电场分布,将产生对绝缘极为不利的切向电场(电力线沿导线轴向分布),在剥去屏蔽层芯线的电力线向屏蔽层断口处集中,成为电缆最容易击穿的部位。另外,电缆末端的绝缘切断处也会产生电场畸变,因此,在连接头中需对这两处进行特殊处理,通常用附加结构来强制接头电场均匀分布,在接头中间采用增加绝缘厚度,外屏蔽切断处采用应力锥(几何型)和应力控制层(参数型)等两种方法来进行处理。应力锥是改善和均衡电场的一种常见的方法,从电气角度上来看也是最可靠、最有效的方法。应力锥通过在绝缘屏蔽层的切断处延伸,使零电位形成喇叭状,改善了绝缘屏蔽切断处的电场分布,降低了电晕产生的可能性,保证了电缆的运行寿命。在实际设计中,预制式中间接头主要考虑应力锥的形状、加强绝缘的厚度及内半导电层的设计。而预制式终端则主要考虑应力锥和内外绝缘及它们的配合。在应力锥和绝缘的设计中,应力锥曲线则根据预制应力锥与XLPE电缆绝缘界面切向电场梯度相等作为电场设计的优化条件。因为该界面不仅是预制件的关键部位,而且是电气绝缘的薄弱环节。按这优化条件设计的应力锥锥面曲线由下式确定:
式中,U为导体对屏蔽或地之间工作电压(kV);Et为橡胶应力锥与电缆界面设计切向电场梯度(kVmm);R为电缆绝缘半径(mm);r为电缆导体屏蔽半径(mm);ε1为橡胶应力锥绝缘材料介电常数;ε2为电缆绝缘介电常数;x、y为橡胶应力锥锥面曲线坐标(mm)。x、y也是按上式设计的橡胶应力锥预制附件电场分布的对应值,可利用计算机按有限元方法(FEM)校验,表明界面切向电场梯度分布均匀,并且应力锥曲线上电场梯度模值均不超过应力锥根部电场梯度值,即小于XLPE电缆绝缘表面电场梯度值,这时才说明设计正确和合理。该应力锥锥面曲线,即为橡胶应力锥绝缘橡胶与半导电橡胶的锥形界面。
3预制式绝缘头安装困难的处理要点
为保证绝缘界面所需的正压力,预制附件绝缘头必须与电缆芯线绝缘外径适配。对于绝缘头因配套错误等原因安装较松,通常在安装时不被发现或不留意,由此造成的影响也因附件应用时间短而未显露;对于绝缘头安装困难或安装不上的情况较为多见。因此使用前应特别注意核对附件标识的电压等级、规格型号是否与所用电缆相同,以便能事先发现可能的错误对配套或供货错误。首先,附件核对型号无误开箱后,应认真核对附件种类、数量与装箱单是否相符,工艺说明书有否错误,并实测绝缘头各部分直径与电缆芯线绝缘直径是否相差过多。对配套差异不太大或其它原因造成的安装困难,可在执行工艺时采取措施加以解决:(l)电缆芯绝缘切断处打磨成半径1一2~圆角是必要的,这样做可减小安装阻力,也可避免划伤绝缘头内壁形成质量。(2)剥除半导电屏蔽层后的芯绝缘表面,应用砂布沿径向自半导电剥切处向导体端均匀打磨(一来可去除残留的一导电颗粒,使清洁工作更加彻底。二来可减小绝缘表面的光洁度,使界面在安装过程中始终保留适量硅脂,减小安装阻力)。(3)安装前用试管刷在绝缘头内壁涂抹硅脂(一可避免因为只在芯绝缘表面涂抹,安装时绝缘头裹覆力大,将芯线端部的硅脂推向屏蔽端而造成安装困难)。
4高压XLPE电缆预制式附件的安装
预制附件内部结构致密,并不存在绝缘的界面,只有在附件安装后,其与电缆绝缘结合处存在着一个界面,只要将界面的切向电场控制在一个安全值范围内,就能保证附件的安全运行,而这个安全值与电缆附件的绝缘和电缆绝缘两者之间接触表面紧密程度密切相关。接触表面的紧密度直接影响了附件绝缘特性的稳定性和可靠性。例如局部放电、瞬时击穿强度和长期击穿强度等。因此,工程技术人员是根据以往的运行和设计经验,首先要选用具有一定弹性的材料来制作预制件,然后要使其具有一定的内径,并经预扩径处理后套在电缆的绝缘上,这样就可以在电缆绝缘上形成了一层加强绝缘(即应力锥),并依靠橡胶自身的收缩力产生附加的压力,保证两者之间的界面紧密和可靠地结合在一起,即使在运行过程中也不会因环境温度或运行电流变化而引起的热胀冷缩而导致电缆内界面分离并引起爬电击穿现象,有效地解决了电缆端部的电场应力集中问题。在预制附件的安装过程中,大部分的精力花在接触表面的处理上,剥切绝缘、表面打磨和过渡面的处理,这些过程都是为电缆附件的紧密接触和电场平稳过渡打基础,因而在实际操作中,应严格把好这一关。
5预制件的套装
预制件套装前应将电缆末端用塑料带或者橡胶带包缠起来,防止套装时将预制件擦伤。预制件应套到预定位置,确保应力锥内半导电层与电缆外半导电层有良好的电气接触,以及保证绝缘界面有一定的压力,防止沿面闪络,提高电气绝缘性能。注意:套装时应尽量一次到位,若需停顿,间隔时间不宜过长,否则难以再套人。
结语
（1）电缆附件设计时,要做到附件结构合理和简易,安装要简便,尽可能减少人为的因素。（2）电缆附件的安装必须有附件公司专职的安装技术人员现场指导,安装施工人员必须持有上岗证书,由专业人员进行安装施工。只有这样才能使电缆附件正确、合理、可靠地安装在电缆线路上,以能保证线路长期运行中安全和可靠。
参考文献
[1]刘子玉.电气绝缘结构与设计(上册)[M].机械工业出版社,2015.
[2]户谷敦.XLPE电力电缆中间接头复合介质沿面放电研究[J].电气现场技术,2015(10).