變電站二次電纜頭密封工具的研究及應(yīng)用

中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司百色局 馮寒雨 黃云河 譚 敏

變電站二次回路安全措施是防范變電站內(nèi)工作風(fēng)險(xiǎn)，保障變電站內(nèi)檢修工作安全的重要措施。對裸露二次電纜的密封是二次回路安全措施的重要內(nèi)容。但在當(dāng)前的變電檢修工作中，對檢修作業(yè)因工作需要而拆出的二次回路電纜均采用絕緣膠帶直接進(jìn)行封貼，對工作中的誤短接風(fēng)險(xiǎn)把控不到位，容易造成設(shè)備誤動(dòng)[1]。2017年某換流站在平抗冷卻器空開故障處理中，由于作業(yè)人員對線纜頭絕緣包扎不當(dāng)，致使交流電源串入110V低壓直流系統(tǒng)，相關(guān)跳閘出口繼電器動(dòng)作，造成站內(nèi)直流發(fā)生雙極閉鎖。

2018年某變電站在500kV #2主變停電檢修工作中，開展#2主變低壓側(cè)3023刀閘輔助開關(guān)更換時(shí)，因拆除的端子絕緣包扎不當(dāng)、絕緣膠布脫落，更換過程中導(dǎo)致拆除端子金屬部分接觸，引起交流電源串入低壓直流系統(tǒng)。因交流電系統(tǒng)是一個(gè)接地的電源系統(tǒng)，會(huì)通過直流系統(tǒng)的對地電容以及電纜與直流負(fù)極之間的元件構(gòu)成回路，導(dǎo)致500kV #3主變保護(hù)屏3中壓側(cè)開關(guān)操作箱第二組跳圈勵(lì)磁，跳開#3自耦變220kV 側(cè)開關(guān)2203三相。

網(wǎng)內(nèi)出現(xiàn)的多起變電站交流電源串入110V 低壓直流系統(tǒng)，造成相關(guān)跳閘出口繼電器動(dòng)作，構(gòu)成有人為責(zé)任的電力安全事件，而事故原因主要集中在現(xiàn)場檢修工作開展中，檢修人員對線纜頭包扎不當(dāng)、工藝不良等問題，故本文對變電站內(nèi)的電纜絕緣密封進(jìn)行研究。

1 變電站二次電纜密封現(xiàn)場問題分析

變電站內(nèi)的電纜封貼工作主要集中在設(shè)備改造及定檢過程中，現(xiàn)場遇到的問題主要集中在四方面：現(xiàn)場箱體空間狹小，使用絕緣膠帶進(jìn)行包扎時(shí)操作困難，且不易觀察到作業(yè)執(zhí)行情況；包扎工藝欠缺管控，部分人員在包扎后仍留有隱蔽的裸露金屬部分，從而造成拆接的電纜接地或相互短接，造成設(shè)備跳閘；在進(jìn)行保護(hù)改造等工作時(shí)二次線路拆接量大，存在大量的裸露線端需要進(jìn)行包扎，密封工作耗時(shí)長，且由于改造工作持續(xù)時(shí)間較長存在過程中絕緣膠帶脫落的情況，增加檢修風(fēng)險(xiǎn)[2]；工作現(xiàn)場試用的絕緣封貼膠帶均為消耗品，造成大量不可回收垃圾，不易清理，對環(huán)境造成較大危害。

通過對網(wǎng)內(nèi)多起變電站檢修作業(yè)中線纜包扎絕緣脫落原因進(jìn)行分析，繪制問題分析魚骨圖，將問題原因總結(jié)為絕緣膠帶粘性不足（膠帶存放時(shí)間過長損壞、膠帶存放環(huán)境潮濕、膠帶材料不適合絕緣包扎、膠帶產(chǎn)品質(zhì)量較差）、線纜絕緣包扎工藝落后（膠帶截?cái)鄷r(shí)拉扯變形、膠帶對折粘貼線纜接觸不緊）、作業(yè)人員工作狀態(tài)不佳（包扎線纜多，重復(fù)作業(yè)注意力不集中，任務(wù)時(shí)間緊、作業(yè)人員貪圖進(jìn)度作業(yè)質(zhì)量不高）、現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境較差（作業(yè)環(huán)境問題，作業(yè)空間狹小不易包扎；包扎后環(huán)境問題，現(xiàn)場工作中觸碰線纜）四大方面。由于絕緣膠帶在絕緣包扎過程中存在明顯不足，在包扎工藝和絕緣膠帶自身的性質(zhì)上提升空間不大，尋找設(shè)計(jì)一種新的密封工作是解決當(dāng)前問題的第一選擇。

2 變電站二次電纜密封工具方案分析

針對當(dāng)期工作中存在的問題，設(shè)計(jì)一種方便、快捷、可靠的二次電纜頭密封工具是解決當(dāng)前問題的最佳選擇。為保證設(shè)計(jì)的工具能夠切實(shí)改善現(xiàn)場作業(yè)，針對實(shí)際作業(yè)場景，執(zhí)行時(shí)三個(gè)方面的定量分析評價(jià)尺度：絕緣密封質(zhì)量、操作效率、耗材成本[3]。操作質(zhì)量可通過絕緣密封的抗擾動(dòng)程度、密封的絕緣程度等方面進(jìn)行反應(yīng)，操作效率可通過現(xiàn)場作業(yè)人員的平均操作時(shí)間進(jìn)行測量；耗材成本可通過材料的制作成本、耐用時(shí)間等方面進(jìn)行定量分析。

2.1 電纜密封工具的設(shè)計(jì)

當(dāng)前工作中存在的最主要問題是絕緣膠帶的粘性問題。若增強(qiáng)材料的粘性將會(huì)讓膠帶在使用過程中難以撕裂，同時(shí)讓膠帶拆除也變得更加困難。此外，由于膠帶需粘貼在裸露的金屬線上，若粘性太強(qiáng)將導(dǎo)致裸露的電纜芯上出現(xiàn)膠質(zhì)附著物，影響電纜本身的導(dǎo)電性能，將造成更大的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。因此只改變粘性并不是解決該問題的有效手段，問題的關(guān)鍵也就在于尋求另外的一種密封方式對粘貼的方式進(jìn)行替代。經(jīng)過現(xiàn)場整理分析，使用壓簧結(jié)構(gòu)、利用彈簧彈力作為密封措施的壓力來源替代膠帶的粘性便能讓密封材料固定牢靠，同時(shí)也兼顧了操作的方便性。

設(shè)計(jì)出的密封工具采用塑料材質(zhì)，一側(cè)有線纜進(jìn)口、另一側(cè)密封完全，確保線纜裸露金屬頭不與外部接觸。線纜進(jìn)口處設(shè)置壓簧結(jié)構(gòu)卡扣，保證線纜不脫出。線纜進(jìn)口口徑根據(jù)現(xiàn)場電纜型號(hào)設(shè)計(jì)出1.5mm2、2.5mm2等型號(hào)，封帽尾部長度根據(jù)變電站現(xiàn)場接線標(biāo)準(zhǔn)及現(xiàn)場實(shí)際，設(shè)定為3cm。

圖1 新型線纜封帽初步設(shè)計(jì)

2.2 電纜密封工具的制作及現(xiàn)場試用

為保證密封工具能夠快速應(yīng)用于現(xiàn)場，新的密封工具制作采用3D 打印技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)制作。3D 打印技術(shù)作為一種“增材制造”的生產(chǎn)工藝，針對具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的產(chǎn)品，3D 打印技術(shù)能夠有效極大的降低生產(chǎn)成本，同時(shí)產(chǎn)品制作需要的不需要復(fù)雜技能要求、材料組合方便、無副產(chǎn)品產(chǎn)生，作為針對小批量、創(chuàng)新性產(chǎn)品的生產(chǎn)制作具有顯著的優(yōu)勢。

3D 打印技術(shù)一般分為熱熔積和光固化兩種類型。由于密封工具對結(jié)構(gòu)精度要求較高，故采用光固化打印技術(shù)，使用SLA（光敏樹脂選擇性固化）工藝。光敏樹脂本身具有良好的絕緣性，制作成型的密封工具絕緣特性良好，同時(shí)該制作工藝產(chǎn)品易調(diào)整、成型快、成本低的特點(diǎn)讓密封工具的制作更為便捷、靈活，能根據(jù)現(xiàn)場的試用情況及時(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整和適應(yīng)，加快產(chǎn)品迭代速度。

3 密封工具方案現(xiàn)場試用效果

在現(xiàn)場試用過程中線纜密封工作的三個(gè)關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)均提升明顯，其中最突出是操作效率的提升。新的電纜封帽在使用中僅需簡單的套裝、松開按鈕兩步即可完成，耗時(shí)不超過5秒時(shí)間，相對于絕緣膠帶的密封方案，從撕扯膠帶到密封完全整個(gè)過程的平均耗時(shí)在30秒以上，效率上得到極大的提升。

在操作質(zhì)量上的提升也十分明顯。新的電纜封帽的在現(xiàn)場工作中，結(jié)合套頭的位置有效壓緊，在外部擾動(dòng)和長時(shí)間使用兩個(gè)方面內(nèi)的測試中均能夠穩(wěn)定使用，封帽本身使用的塑料類材料絕緣性能良好，因此整體密封質(zhì)量得到有效提升。

在耗材成本上，新的電纜封帽可以重復(fù)使用，使用期限在五年以上，大批量的制作成本在單價(jià)10元以下，且不會(huì)造成環(huán)境的污染和材料的浪費(fèi)，綜合效益分析，新的電纜封帽比絕緣膠帶成本更低。

圖2 新型線纜封帽的現(xiàn)場使用測試

綜上，新的密封工具在工作現(xiàn)場的使用過程中操作簡便、密封牢固，成本低廉、不產(chǎn)生廢料污染，有效解決目前涉及拆接線的包扎不牢固，作業(yè)習(xí)慣不良導(dǎo)致裸露的電纜芯誤碰而引起設(shè)備跳閘的問題，為作業(yè)過程更加安全可靠提供安全保障和技術(shù)支持，得到現(xiàn)場作業(yè)人員和生產(chǎn)管理人員的廣泛認(rèn)可，具有良好的使用成效和推廣價(jià)值。