干式高壓電纜終端頭登塔裝置的設(shè)計與應(yīng)用

張建榮

（上海電力設(shè)計院有限公司，上海 200025）

0 引言

目前使用的高壓電纜終端頭，大多為充油瓷套管，即在交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣上，套裝應(yīng)力錐后再裝瓷套，密封后充滿硅油或其他絕緣介質(zhì)。這種電纜終端頭存在諸多弊端，例如：發(fā)生漏油不利于防火和防爆，污穢條件下容易閃絡(luò)；又如：設(shè)備體積大、重量重、價格貴，不利于運輸和安裝。

我國于20世紀90年代開發(fā)出一種采用有機絕緣材料的干式穿墻套管。該套管的特點是剝?nèi)VC外護套、接地屏蔽層、半導(dǎo)體屏蔽層后，將兩端露出的導(dǎo)芯壓在接線端子中，然后在電纜絕緣表面，用絕緣材料沿電纜軸向固定若干個金屬電容屏，構(gòu)成沿表面均壓結(jié)構(gòu)，并用多相聚合物交聯(lián)熱收縮材料做成外護套及傘裙。但是，采用該原理制作的電纜終端頭，仍舊存在加工和施工不便等問題，例如：電纜終端頭只能在現(xiàn)場施工，因為穿墻套管大多為水平配置，而電纜終端頭卻要垂直安置，還有不少終端頭要安裝在塔上和鋼管桿上，十分不方便。

隨著建設(shè)上海智慧城市電網(wǎng)的不斷推進，城市電網(wǎng)線路改造的不斷深化，110kV架空、電纜混合線路在市區(qū)道路旁的使用越來越多，如何解決征地和電纜登塔難題，加快割接工程的進度，被提上議事日程。

1 設(shè)計原理和結(jié)構(gòu)特征

1.1 設(shè)計原理

一般高壓電纜終端頭的電極由導(dǎo)芯和法蘭構(gòu)成，屬于帶有強垂直分量的極不均勻電場。因此，沿套管表面各處流過的電流是不均勻的。當達到一定的沿面電位梯度并存在較高的電壓變化速率時，在法蘭處首先發(fā)生電暈，繼而刷狀放電、滑閃放電，最后形成閃絡(luò)［1］。

GDZ型干式高壓電纜終端由接線端子、等位帶、導(dǎo)芯、電纜絕緣層、電容屏層、接地聯(lián)接層、外護套、傘裙、接地及測量引線構(gòu)成，如圖1（a）所示。設(shè)計原理是沿電纜絕緣表面，從導(dǎo)電端到接地端，沿軸向間斷地附設(shè)n個圓筒狀電極屏，構(gòu)成n個串聯(lián)電容，強迫電纜終端表面電壓分布均勻，其等值電路如圖1（b）所示。

圖1 GDZ型高壓電纜終端頭

圖1 （a）中：C0、C1、…Cn為第n個電容屏與第n－1個屏之間的電容；K0、K1、…Kn為第n個電容屏與導(dǎo)芯之間的電容。

按圖1結(jié)構(gòu)可以精心設(shè)計每個電容屏，使得每2個電容屏之間的電壓降相等以及沿面電壓分布均勻，從而大幅度提高起暈電壓和滑閃電壓，限制放電的發(fā)生和發(fā)展，提高電纜終端的閃絡(luò)電壓和擊穿電壓。

1.2 結(jié)構(gòu)特征

由圖1可以看出，接線端子視其載流量大小選定，并與電纜導(dǎo)芯截面配套，在現(xiàn)有產(chǎn)品中選擇；等位帶是聯(lián)接導(dǎo)芯與第一個電容屏的金屬帶，它的一端被壓入接線端子，另一端與第一個電容屏焊接；電容屏層是強制電纜終端表面電位分布均勻的重要結(jié)構(gòu)，在接線端子到被剝?nèi)サ陌雽?dǎo)電層的邊緣的電纜絕緣表面上，沿軸向均勻地布置N個電容屏，即用絕緣材料固定若干個相互絕緣的金屬屏，從第一屏到末屏相互疊套，屏長逐漸加長。從倒數(shù)第二屏引出測量引線，從末屏上引出接地引線；聯(lián)接末屏與半導(dǎo)電屏蔽層及接地屏蔽層的接地聯(lián)接層用導(dǎo)電材料包繞而成，起到機械固定和電氣聯(lián)接的作用；用多相聚合物交聯(lián)輻射熱收縮材料制成的熱縮管緊緊固定在電容屏層及接地聯(lián)接層之外，起到外護套作用。為了達到一定的泄漏比距的要求，外護套粘了一定數(shù)量的傘裙；測量引線是為了帶電或停電時測試所用，不用時與接地線聯(lián)接并與設(shè)備一起接到接地網(wǎng)上。

GDZ型干式高壓電纜終端頭的局部放電性能和介質(zhì)損耗特性十分突出，沿面電壓分布均勻，污閃電壓高，具有無油、無瓷、防火、防爆、體積小、質(zhì)量輕、免維護、施工方便等特點，而且價格約為進口終端頭的1／2。

2 登塔（桿）裝置的設(shè)計

2.1 設(shè)計方案

從地下排管引出110kV電纜，分別沿電纜登桿桿身兩側(cè)（每側(cè)3根單芯電纜）安裝的單芯鋁合金電纜夾頭，敷設(shè)至上、中、下三相導(dǎo)線橫擔(dān)（在固定電纜終端頭的導(dǎo)線橫擔(dān)上設(shè)置有供電纜安裝人員使用的安裝踏板），電纜由橫擔(dān)鋁合金夾頭固定，經(jīng)GDZ型干式高壓電纜終端頭引出線，與導(dǎo)線橫擔(dān)間對拉導(dǎo)線絕緣子和避雷器連接，實現(xiàn)電纜與架空導(dǎo)線的連接。該接線方式簡潔明了、安全可靠，完全滿足電氣間距，如圖2所示。圖2中①為單聯(lián)耐張絕緣子串裝置；②為雙聯(lián)可調(diào)耐張絕緣子串裝置；③為避雷器；④為110kV戶外終端頭；⑤為電纜終端頭固定板；⑥為T型線夾；⑦⑧為設(shè)備線夾；⑨為碗頭掛板。

圖2 電纜與架空導(dǎo)線搭接

2.2 方案比較

如圖3（a）所示，在傳統(tǒng)110kV電纜登塔（鐵塔總高為26.5m，呼稱高為16.0m）中，大多采用充油瓷套管電纜終端頭。考慮到電纜終端頭重量較重、需要定期維護，因此在電纜登塔時需要安裝1個距地面7m以上的平臺（110kV單回路的平臺尺寸為8.0m×3.2m；110kV雙回路的平臺尺寸為2個6.2m×4.6m），這給檢修工作帶來不便，而且在城市景觀道路旁由于征地困難而難以實施。

圖3 電纜登塔方案比較

如圖3（b）所示，110kV電纜GDZ -110干式高壓電纜終端頭安裝在110kV電纜登桿上，利用干式電纜終端頭的諸多優(yōu)點，取消了電纜登塔時的安裝平臺以及較為繁瑣的導(dǎo)線連接方式，直接利用鋼管桿上的橫擔(dān)作為固定電纜點，再利用干式電纜終端頭重量輕的特點，直接將其固定在電纜上。該110kV雙回路電纜登桿總高為35.5m，呼稱高為19.0m，地線橫擔(dān)與導(dǎo)線上橫擔(dān)距離為4.5m，桿身上共設(shè)置4層導(dǎo)線橫擔(dān)，間距均為4.0m。

2.3 效益比較

在變電站進線工程中采用GDZ -110kV干式高壓電纜終端頭登桿后，運行單位對GDZ-110kV干式高壓電纜終端頭裝置的維護及運行狀況非常滿意，體現(xiàn)了GDZ -110kV干式高壓電纜終端頭的無油、無瓷、防火、防爆、體積小、質(zhì)量輕、免維護、污閃電壓高等諸多優(yōu)點，同時也為在道路兩側(cè)架空線轉(zhuǎn)換電纜提供了既美觀又實用的裝置。

110kV干式電纜頭登塔裝置與110kV雙回路電纜登塔裝置相比，明顯減少了設(shè)備費用，同時也節(jié)省了征地費用，如表1所示。

表1 兩種方案經(jīng)濟費用比較

由表1可知，電纜登桿高度（呼稱高）19m，高于電纜登塔高度16m，若基于相同高度比較，經(jīng)濟費用效益更為顯著。

3 結(jié)論

基于GDZ型干式高壓電纜終端頭設(shè)計的新型登塔裝置，在110kV架空、電纜混合線路工程中的應(yīng)用，不僅克服了充油瓷套管電纜終端頭的漏油、易燃、易爆、維護工作量大的缺點，同時節(jié)省了電纜登塔占地面積，美化了道路兩側(cè)的景觀，實現(xiàn)了電纜終端頭的免維護，因此具有良好的應(yīng)用前景。