旁路電纜終端匹配轉(zhuǎn)換連接裝置的研制與應(yīng)用

楊正平何建軍蘇梓銘

（1.江蘇省電力公司常州供電公司，江蘇常州 213003；2.中國電力科學(xué)研究院，湖北武漢 430074）

旁路電纜終端匹配轉(zhuǎn)換連接裝置的研制與應(yīng)用

楊正平1何建軍1蘇梓銘2

（1.江蘇省電力公司常州供電公司，江蘇常州 213003；2.中國電力科學(xué)研究院，湖北武漢 430074）

在配網(wǎng)系統(tǒng)中推廣應(yīng)用旁路電纜作業(yè)技術(shù)，可以有效解決常規(guī)作業(yè)方法無法解決的技術(shù)難題，能夠在不停電或短暫停電的情況下完成應(yīng)急搶修、臨時供電等作業(yè)項目。在開展電纜旁路作業(yè)技術(shù)應(yīng)用研究時，常常需要普通電纜與旁路電纜實現(xiàn)復(fù)雜現(xiàn)場環(huán)境下的快速電氣連接，而現(xiàn)有的國內(nèi)、外旁路作業(yè)設(shè)備中，尚沒有這樣的專用接頭。因此，研發(fā)適用于旁路電纜作業(yè)用的新型電纜轉(zhuǎn)換接頭，可快速完成XLPE電力電纜與旁路柔性電力電纜在各種環(huán)境下的電氣連接，應(yīng)用于10kV旁路電纜綜合作業(yè)，可大幅減少旁路電纜敷設(shè)長度，降低旁路電纜作業(yè)工程量，節(jié)省作業(yè)時間，為在配電網(wǎng)系統(tǒng)中廣泛推廣旁路電纜作業(yè)技術(shù)提供了保障。

旁路電纜作業(yè) 電纜轉(zhuǎn)換接頭 快速電氣連接 電纜線路 環(huán)網(wǎng)柜檢修與更換

10kV配網(wǎng)電纜線路覆蓋面大、網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜、設(shè)備多樣、現(xiàn)場環(huán)境特殊，計劃檢修和故障搶修工作量大，不可避免的會造成用戶停電。以往國內(nèi)電網(wǎng)企業(yè)多采用“一拉一條線，一停一大片”的檢修做法，已不能滿足社會的用電需求。用戶對不間斷供電的期望越來越高，尤其是敏感負荷要求一刻都不能中斷。在這種情況下，提高供電可靠率成為供電企業(yè)的重要任務(wù)。目前國內(nèi)電網(wǎng)企業(yè)已經(jīng)開始重點推廣帶電作業(yè)、旁路電纜作業(yè)等方式對配網(wǎng)設(shè)備進行檢修工作，目的是逐步實現(xiàn)對用戶不間斷供電。

圖1 原來的作業(yè)方式原理示意圖

圖2 改進后的作業(yè)方式原理示意圖

旁路電纜作業(yè)技術(shù)是包含了常規(guī)帶電作業(yè)、旁路電纜作業(yè)、移動電源供電等多種作業(yè)技術(shù)。它利用柔性電力電纜、快速插拔式電纜連接器、旁路負荷開關(guān)、移動箱變車、移動環(huán)網(wǎng)柜車、自動放纜車等設(shè)備以積木組合方式搭建出不同的配電單元，跨越配網(wǎng)線路的檢修線路段，實現(xiàn)旁路供電，使配電作業(yè)人員可以在不間斷供電的狀態(tài)下，完成線路的計劃檢修工作；另外，對于較難處理的架空線路故障和電纜線路故障搶修，可采取該技術(shù)進行臨時供電，縮小停電范圍，減少對用戶的停電影響。

旁路電纜作業(yè)技術(shù)早期應(yīng)用于10kV架空線路檢修項目中，實現(xiàn)了對用戶不停電作業(yè)。然而，隨著國內(nèi)城市纜化程度提高，經(jīng)濟發(fā)達城市的配網(wǎng)系統(tǒng)主要以電纜線路為主。為了適應(yīng)配網(wǎng)建設(shè)發(fā)展的需要，必須大力拓展旁路作業(yè)技術(shù)應(yīng)用于電纜線路的探索與研究。

1 電纜轉(zhuǎn)換接頭的設(shè)計目的

圖3 螺栓緊固式T形電纜終端

圖4 自鎖定快速插拔式旁路電纜終端

電纜線路旁路電纜作業(yè)一般是利用旁路電纜及相關(guān)設(shè)備在現(xiàn)場快速搭接一條旁路供電線路，跨接待檢修或搶修電纜線路段或設(shè)備，通過倒閘使旁路線路代替原線路向用戶供電，同時，施工人員對處于停電狀態(tài)下的原電纜線路待檢修段或設(shè)備進行維護、檢修和更換。根據(jù)旁路電纜作業(yè)技術(shù)原理，使用原有的旁路作業(yè)設(shè)備更換環(huán)網(wǎng)柜，一般采用旁路電纜線路直接連接此環(huán)網(wǎng)柜進出線供電單元，這種跨接方式往往會因為進出線供電單元之間距離間隔太遠，而造成旁路電纜線路需要敷設(shè)很長的距離，施工工程量大，作業(yè)時間長，需要旁路電纜作業(yè)的設(shè)備數(shù)量多，并且安全隱患點多。作業(yè)原理圖見圖1。

圖5 自鎖定快速插拔式旁路電纜中間接頭

圖6 旁路電纜轉(zhuǎn)換接頭一端尺寸選擇

圖7 旁路電纜轉(zhuǎn)換接頭另一端結(jié)構(gòu)選擇

如果可以利用待更換環(huán)網(wǎng)柜原有進出電纜直接與旁路電纜設(shè)備進行連接，跨越此環(huán)網(wǎng)柜完成旁路作業(yè)則可大幅減少旁路電纜作業(yè)的使用設(shè)備數(shù)量，大幅提高整個工程作業(yè)效率。作業(yè)原理圖見圖2。

此種作業(yè)方式，需要通過電纜轉(zhuǎn)換接頭，實現(xiàn)原有進出電纜直接在現(xiàn)場各種復(fù)雜環(huán)境下，能夠快速完成與旁路電纜設(shè)備的電氣連接，并保持絕緣連續(xù)，共同組成臨時旁路電纜供電線路。

2 旁路電纜轉(zhuǎn)換接頭的設(shè)計原則

圖8 旁路電纜轉(zhuǎn)換接頭連接方式

圖9 旁路電纜轉(zhuǎn)換接頭絕緣結(jié)構(gòu)圖

圖10 旁路電纜轉(zhuǎn)換接頭實物照片

表1 三元乙丙橡膠材料物理性能

表2 過盈值的轉(zhuǎn)換

旁路電纜轉(zhuǎn)換接頭是將兩種結(jié)構(gòu)差異很大的電力電纜進行現(xiàn)場快速電氣連接，并保持絕緣連續(xù)的一種電纜直通中間接頭。國內(nèi)配網(wǎng)中壓10kV線路大多采用XLPE絕緣電力電纜，根據(jù)環(huán)網(wǎng)柜結(jié)構(gòu)一般安裝接線端子裸露的電纜戶內(nèi)終端或者接線端子封閉的T形電纜終端。隨著環(huán)網(wǎng)柜小型化設(shè)計的趨勢，全封閉的T形電纜終端逐步成為環(huán)網(wǎng)柜配套安裝電纜終端主流。T形電纜終端根據(jù)與環(huán)網(wǎng)柜連接方式分為螺栓緊固式和帶電插拔式。根據(jù)調(diào)查，滿足帶電插拔式的環(huán)網(wǎng)柜及其他設(shè)備在國內(nèi)應(yīng)用很少，所以電纜轉(zhuǎn)換接頭設(shè)計主要涉及螺栓緊固式T形電纜終端（圖3）。旁路電纜作業(yè)系統(tǒng)采用的是柔性電力電纜，末端安裝自鎖定快速插拔式旁路電纜終端（圖4）。本文涉及的旁路電纜轉(zhuǎn)換接頭設(shè)計，基本原則是將以上兩種電纜終端進行快速電氣連接，并保證絕緣連續(xù)。

表3 部分型式試驗項目及試驗結(jié)果

根據(jù)旁路電纜作業(yè)特點和作業(yè)現(xiàn)場施工條件，旁路電纜轉(zhuǎn)換接頭的設(shè)計要考慮以下幾個問題：

（1）作業(yè)場地狹小，不規(guī)范；原線路電纜預(yù)留長度不夠。所以旁路電纜轉(zhuǎn)換接頭的體積設(shè)計要盡量減小。

（2）XLPE電纜彎曲半徑大，與旁路電纜轉(zhuǎn)換接頭連接時，要考慮連接后接口處的橫向機械應(yīng)力盡量小。如果橫向機械應(yīng)力太大，會造成接口變形，引發(fā)事故，所以旁路電纜轉(zhuǎn)換接頭的形狀設(shè)計尤為關(guān)鍵。

（3）考慮現(xiàn)場運行環(huán)境復(fù)雜，可能纜線走廊積水，所以旁路電纜轉(zhuǎn)換接頭設(shè)計要考慮防水密封。

3 旁路電纜轉(zhuǎn)換接頭的設(shè)計方案

3.1 旁路電纜轉(zhuǎn)換接頭的外形結(jié)構(gòu)設(shè)計

依據(jù)設(shè)計原則，設(shè)計方案選擇了自鎖定快速插拔式旁路電纜中間接頭（圖5）的設(shè)計作為藍本。將自鎖定快速插拔式旁路電纜中間接頭的一端改造成能夠與螺栓緊固式T形電纜終端連接的絕緣套管，外形尺寸與國內(nèi)常用環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)單通套管尺寸一致（見圖6），滿足國內(nèi)大多數(shù)廠家生產(chǎn)的標配型螺栓緊固式T形電纜終端的安裝要求。另一端保持不變，仍然保留自鎖定快速插拔式連接方式（見圖7）。

考慮螺栓緊固式T形電纜終端外形及結(jié)構(gòu)，將旁路電纜轉(zhuǎn)換接頭設(shè)計成L形，可以保證XLPE電纜與旁路柔性電纜在轉(zhuǎn)接后能夠形成平行敷設(shè)（見圖8），不但可以減少旁路轉(zhuǎn)換接頭連接處XLPE電纜對接頭的橫向機械應(yīng)力，還可以節(jié)約安裝空間。

3.2 旁路電纜轉(zhuǎn)換接頭的絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于電纜中間接頭絕緣結(jié)構(gòu)以及復(fù)合材料的界面壓強對介質(zhì)界面沿面放電的電壓值變化的影響［1］［2］的研究結(jié)果，旁路電纜轉(zhuǎn)換接頭的絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計原則：（1）電纜轉(zhuǎn)接過程中，復(fù)合材料的界面始終保持足夠的正壓強；（2）界面彈性變形量必須控制在不改變電纜終端應(yīng)力錐有效幾何尺寸的范圍內(nèi)。

在電纜轉(zhuǎn)接過程中，兩種電纜終端和旁路電纜轉(zhuǎn)換接頭復(fù)合材料的界面始終保持合理的正壓強是絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計中的難題，通常采取過盈設(shè)計。快速插拔配合的過盈值△D（△D =DXLPE-DSR）應(yīng)通過試驗驗證的方法，在橡膠彈性范圍內(nèi)選擇。橡膠彈性由橡膠物理特性決定，經(jīng)過篩選，選擇陶氏4520三元乙丙橡膠（物理性能見表1）。過盈值的大小可轉(zhuǎn)換成變形的百分率，詳見表2。

依據(jù)表1材料特性和表2試驗結(jié)果，過盈值應(yīng)控制在1.7～2.6之間，此時產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力8～12kg/cm2可近似的看成旁路電纜轉(zhuǎn)換接頭絕緣界面受到的壓強。

經(jīng)過理論計算和試驗驗證，旁路電纜轉(zhuǎn)換接頭的絕緣結(jié)構(gòu)基本為：1）導(dǎo)體連接部分一端采用鈹青銅表帶型觸子結(jié)構(gòu)，另一端采用螺栓緊固式結(jié)構(gòu)；2）旁路電纜轉(zhuǎn)換接頭主絕緣層和半導(dǎo)電屏蔽層采用三元乙丙橡膠真空注橡成型；3）外屏蔽采用不銹鋼材料與鋁合金組成。同時，針對旁路供電電纜線路暴露在大氣環(huán)境、甚至在陰雨天中運行，且鄰近帶電作業(yè)人員和過往行人，為了防止旁路電纜終端和旁路電纜轉(zhuǎn)換接頭意外脫離，特殊設(shè)計了密封防水、對位自鎖定防脫裝置。絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計最終優(yōu)化方案如圖9所示，實物照片如圖10所示。

4 旁路電纜轉(zhuǎn)換接頭的電氣性能試驗

由XLPE電力電纜、旁路柔性電力電纜、自鎖定快速插拔式旁路電纜終端、螺栓緊固式T型電纜終端構(gòu)成組合試品。為了嚴格考核旁路電纜轉(zhuǎn)換接頭，電氣性能試驗依據(jù)IEC60502標準和GB/T12706標準完成型式試驗。部分試驗結(jié)果列入表3中。

表3試驗結(jié)果證實：旁路電纜轉(zhuǎn)換接頭電氣性能符合標準要求，能夠滿足現(xiàn)場長期安全可靠運行的需要。

5 結(jié)語

本文通過對配網(wǎng)旁路電纜作業(yè)技術(shù)的理論及應(yīng)用研究，提出了配網(wǎng)電纜線路旁路電纜作業(yè)技術(shù)新思路，介紹一種新型的旁路電纜轉(zhuǎn)換接頭的設(shè)計、研制及應(yīng)用。

（1）旁路電纜轉(zhuǎn)換接頭采用L形外觀設(shè)計，選用三元乙丙橡膠作主要絕緣材料，外屏蔽采用不銹鋼和鋁合金材料。一端設(shè)計成自鎖定快速插拔式連接接口，另一端設(shè)計成螺栓緊固式連接接口?？蓱?yīng)用于10kV旁路電纜作業(yè)中XLPE電力電纜與旁路柔性電力電纜的現(xiàn)場快速電氣連接，并保持絕緣連續(xù)。

（2）旁路電纜轉(zhuǎn)換接頭與螺栓緊固式T形電纜終端及自鎖定快速插拔式旁路電纜終端絕緣配合的過盈值、復(fù)合界面壓強值的理論計算和試驗驗證基本一致，保證了旁路電纜轉(zhuǎn)換接頭安裝后電氣性能安全可靠。

（3）旁路電纜轉(zhuǎn)換接頭在配網(wǎng)電纜線路旁路作業(yè)中應(yīng)用，大幅縮短了旁路電纜敷設(shè)距離，減少了旁路作業(yè)施工人員和工作量，提高了旁路作業(yè)施工效率。

（4）旁路電纜轉(zhuǎn)換接頭的成功應(yīng)用為旁路電纜作業(yè)技術(shù)在配網(wǎng)電纜線路計劃檢修和故障搶修項目中實施提供了新的思路，為國內(nèi)電網(wǎng)企業(yè)實現(xiàn)配網(wǎng)不停電作業(yè)奠定了基礎(chǔ)。