高壓電纜附件安裝環(huán)境控制裝備研究及應(yīng)用

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司梅州供電局 劉文彬 郭希義 何 文 張國(guó)新 李君俞 黃 立 劉永興

據(jù)電纜業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，超過70%電纜缺陷都是由于電纜附件安裝質(zhì)量不達(dá)標(biāo)而引發(fā)的，其中電纜附件的安裝環(huán)境與條件的不合格是造成此事故的關(guān)鍵原因。尤其是在電纜隧道形式下，嚴(yán)重影響了高壓電纜運(yùn)行的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

1 高壓電纜附件安裝環(huán)境控制的必要性

近年來因附件安裝而引發(fā)的事故不斷發(fā)生，這些事故主要是由附件質(zhì)量不合格、附件安裝環(huán)境過差、施工人員技術(shù)水平過低等原因引起的。以施工環(huán)境為例，一般電纜附件安裝現(xiàn)場(chǎng)溫度變化小、濕度大、粉塵嚴(yán)重。尤其是在接頭安裝過程中如有水分和小雜質(zhì)附著在電纜絕緣表面，對(duì)電纜長(zhǎng)期運(yùn)行來說容易引起水樹枝和局部放電的發(fā)生，從而引發(fā)電纜故障。

我國(guó)高壓電纜附件安裝施工中隧道工程較多，在大部分地區(qū)的隧道形式的安裝環(huán)境，其搭建主要采用簡(jiǎn)易腳手架做支撐棚架，棚架周圍使用尼龍薄膜、帆布進(jìn)行圍蔽的形式進(jìn)行環(huán)境控制，搭建的環(huán)境溫度、濕度、潔凈度的控制都極其粗糙和簡(jiǎn)陋，對(duì)電纜附件安裝質(zhì)量造成很大的隱患。

一些地區(qū)在電纜溝和終端電纜附件的安裝環(huán)境中雖采用整體集裝箱的形式搭建，但該方法要求較高，受限于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)空間不足、交通不便的隧道形式不適用。一些地區(qū)采用在附件安裝區(qū)域布置塑料密封布，對(duì)隧道的形狀定制充氣膜的骨架來實(shí)現(xiàn)防塵的目的。但這種方式存在局限性，對(duì)運(yùn)行多年的電纜隧道錯(cuò)綜復(fù)雜的管線情況不適用。如何針對(duì)上述搭建棚子時(shí)間長(zhǎng)、搭棚不規(guī)范、現(xiàn)場(chǎng)溫濕度控制不好的問題，設(shè)計(jì)一款新型高壓電纜附件安裝環(huán)境控制裝備，已經(jīng)成為關(guān)注的焦點(diǎn)。

2 高壓電纜附件安裝環(huán)境控制要素分析

2.1 環(huán)境濕度

環(huán)境濕度是影響高壓電纜附件安裝效果的重要因素，若環(huán)境濕度不達(dá)標(biāo)，則很容易造成如下影響：

樹枝化劣化。對(duì)于濕度的要求，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求附件安裝時(shí)濕度不能大于70%，如濕度過大就會(huì)造成電纜附件面上或線芯內(nèi)部凝聚水氣，浸入的水分有時(shí)也會(huì)凝聚起來，形成水樹枝，從這部分開始，最終引起電樹枝導(dǎo)致?lián)舸?/p>

漏電痕跡劣化。絕緣體表面附著了含鹽類污穢物，再由于濕度大或者附著鹽水時(shí)絕緣體表面電阻下降、表面漏電流增加。在漏電流作用下局部被加熱。因此絕緣體表面部分變干，漏電流停止。這樣一來這部分分擔(dān)的電壓增加，將產(chǎn)生局部微小火花放電，該部分將進(jìn)行碳化。這種現(xiàn)象反復(fù)進(jìn)行，絕緣物在被腐蝕的同時(shí)將形成碳化導(dǎo)電通路。

化學(xué)反應(yīng)。線芯內(nèi)部的水氣會(huì)在電纜系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，由于安裝時(shí)候凝聚在表面的水分，受熱后形成水氣跑到電纜附件搪鉛部位，加劇過渡搪鉛部位的電化學(xué)反應(yīng)，最后使得電纜金屬護(hù)套接地不良、造成事故的產(chǎn)生。另外假使含有H2S 氣體則會(huì)腐蝕銅導(dǎo)體，在絕緣體內(nèi)形成黑色的繡樹狀枝。

2.2 安裝溫度

通過安裝的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，如溫度過低會(huì)使得電纜彎曲的半徑過大，容易對(duì)外護(hù)層造成損傷，另外還會(huì)加大絕緣填充劑粘稠度。絕緣帶及半導(dǎo)電帶施工時(shí)不能到達(dá)要求，材料延展性差容易斷裂、粘結(jié)不牢，使制作的水平下降，影響附件的安裝質(zhì)量。一般而言，高壓電纜附件安裝的過程中應(yīng)盡量控制溫度大于5℃即可。

2.3 潔凈度

本次研究過程中利用有限元法分析反應(yīng)器內(nèi)填充固體介電材料時(shí)，材料性質(zhì)對(duì)反應(yīng)器內(nèi)電場(chǎng)分布的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)：填充固體介電材料能顯著增強(qiáng)其介質(zhì)球接觸點(diǎn)處的電場(chǎng)，有效改善高場(chǎng)強(qiáng)區(qū)域在反應(yīng)器內(nèi)的分布；材料的介電常數(shù)和顆粒對(duì)電場(chǎng)分布有重要的影響。顆粒球徑不變時(shí)，接觸點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)隨著介電常數(shù)的增加先降低后增加；填充低介電常數(shù)材料（＜50）時(shí)，隨著顆粒的增加，顆粒球接觸點(diǎn)處場(chǎng)強(qiáng)先增強(qiáng)后降低；填充高介電常數(shù)材料（＞100）時(shí)，接觸點(diǎn)處場(chǎng)強(qiáng)隨著顆粒的增加大體上呈上升趨勢(shì)。

由此觀之，通?？諝庵械碾s質(zhì)較小且介電常數(shù)低（形成氣隙），甚至?xí)袔щ婎w粒的存在、形成空間電荷，直接影響產(chǎn)品的電場(chǎng)分布，畸變劣化電纜表面原有的電場(chǎng)分布。因此，高壓電纜附件安裝的過程中應(yīng)保證安裝現(xiàn)場(chǎng)沒有明顯的粉塵或腐蝕性的氣體存在，如果粉塵過大，就會(huì)讓雜質(zhì)散落在電纜絕緣表面，影響產(chǎn)品的正常運(yùn)行，如電纜溫升、產(chǎn)品的局部放電等。

3 高壓電纜附件安裝環(huán)境控制裝備的設(shè)計(jì)

3.1 關(guān)鍵指標(biāo)

高壓電纜附件安裝環(huán)境控制裝備應(yīng)操作簡(jiǎn)單、使用方便，為電纜附件安裝提供快速、安全可靠、舒適便利的環(huán)境，大大降低搭棚所需的時(shí)間，有效提高附件安裝的效率與質(zhì)量，極大提高電纜附件安裝質(zhì)量與現(xiàn)場(chǎng)規(guī)范，其關(guān)鍵指標(biāo)如下：溫度18～28℃，濕度≤60%，潔凈度為顆粒直徑≥1.0μm 的塵埃顆?！?000個(gè)/m3，配套安裝時(shí)間≤2小時(shí)。

除濕器可用于≤30m2施工環(huán)境，基本可覆蓋大部分電纜附件安裝環(huán)境所需尺寸。額定電壓220V，方便適用電源。除濕器質(zhì)量控制在≤60kg 內(nèi)，方便攜帶、搬運(yùn)。除濕器濕度控制采用可調(diào)節(jié)式，能將安裝環(huán)境內(nèi)濕度持續(xù)控制在≤60%；空調(diào)可用于≤30m2施工環(huán)境，基本可覆蓋大部分電纜附件安裝環(huán)境所需尺寸。額定電壓220V，方便適用電源。空調(diào)質(zhì)量控制在≤60kg 內(nèi)，方便攜帶、搬運(yùn)?？照{(diào)采用便攜式空調(diào)，能將溫度持續(xù)控制在18～28℃范圍內(nèi)；空氣凈化器可用于≤30m2施工環(huán)境，基本可覆蓋大部分電纜附件安裝環(huán)境所需尺寸。額定電壓220V，方便適用電源?？諝鈨艋髻|(zhì)量控制在≤30kg 內(nèi)，方便攜帶、搬運(yùn)?？諝鈨艋髂軐崈舳瓤刂品秶掷m(xù)保持在顆粒直徑≥1.0μm 的塵埃顆?！?000個(gè)/m3。

3.2 裝備設(shè)計(jì)

3.2.1 主體結(jié)構(gòu)

考慮到電纜隧道內(nèi)空間狹小、兩側(cè)又都留有支架等設(shè)施，主要形式有方形、圓形、半圓形，因此本次電纜隧道安裝將采用韌性好強(qiáng)度高的材料作為支架，以獲得隧道的曲面形狀，充分利用隧道的空間（圖1）。環(huán)境控制裝備的大小按照梅州地區(qū)典型的電纜隧道尺寸選擇，選擇為長(zhǎng)度10m、寬度3米、高度2.5米的形式，附件安裝區(qū)域面積按照≤30m2設(shè)計(jì)。

圖1 電纜隧道安裝環(huán)境控制裝備

3.2.2 材料設(shè)置

電纜隧道安裝環(huán)境控制裝備采用雙層結(jié)構(gòu)的篷布包裹，棚體四周及棚頂采用防靜電布料和專用的帳篷面料。雙層作為垂簾棚體進(jìn)行密封，使?jié)崈襞飪?nèi)部具有防靜電吸附灰塵、防污染的特點(diǎn)。

篷布面料采用涂層布進(jìn)行制作，其機(jī)械強(qiáng)度高、具有防火阻燃功能，達(dá)到B1/M2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；采用環(huán)保材料制作，有防水防滲功能，重量大約850g/m2。韌性好輕度高的支撐桿采用玻纖管或者炭纖維材料制作。兩端的進(jìn)出口采用磁吸式的門簾，電纜通過防塵袖的形式安裝。外篷主要作用為防水和隔熱，采用了分片式結(jié)構(gòu)。外篷主要材料為涂層布通用帳篷布，當(dāng)外部溫度較高時(shí)，內(nèi)部依舊可通過冷氣機(jī)控制在舒適的環(huán)境溫度（18～28℃）。篷體所有縫紉部位和接縫采用了在外表面刷防水膠，內(nèi)表面熱合熱熔膠條的防雨水滲漏處理。

3.3 性能檢驗(yàn)

為了電纜隧道安裝環(huán)境控制裝備與環(huán)境控制設(shè)備配合達(dá)到預(yù)期的功能目標(biāo)，盡可能找出裝備存在的缺陷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并將問題解決，避免問題積累，從而保證裝備的可靠、實(shí)用、高效、易推廣。本裝備性能檢驗(yàn)過程主要包括以下三部分：

密封空間功能測(cè)試。側(cè)重于通過在隧道內(nèi)搭建隧道安裝環(huán)境控制裝備，采用上述環(huán)境控制裝備的情況下，以實(shí)際測(cè)試研究隧道內(nèi)環(huán)境的空間適用性、密閉性。經(jīng)測(cè)試，電纜隧道附件安裝環(huán)境控制裝備的更衣風(fēng)淋室與進(jìn)口處能夠?qū)崿F(xiàn)無縫對(duì)接。

裝備搭建時(shí)間測(cè)試。通過對(duì)裝備搭建的人數(shù)、熟練度兩個(gè)維度的對(duì)比，比較電纜隧道電纜安裝環(huán)境控制系統(tǒng)裝備的搭建時(shí)間是否滿足安裝時(shí)間≤2小時(shí)，操作人數(shù)分別為4～7人時(shí)的第一次搭建時(shí)間與熟練后的搭建時(shí)間（h）分別為3/1、2.5/0.8、2.2/0.5、2/0.5（安裝環(huán)境的搭建至少需要4人，在人數(shù)超過6人之后操作用時(shí)無明顯縮短）。

環(huán)境控制指標(biāo)測(cè)試。主要包括并溫濕度測(cè)試、潔凈度測(cè)試、空氣處理時(shí)間測(cè)試等。采用上述環(huán)境控制裝備的情況下，經(jīng)過測(cè)試，環(huán)境控制設(shè)備將溫度控制在18～28℃，濕度控制范圍≤60%，潔凈度控制范圍為顆粒直徑≥1.0μm 的塵埃顆粒≤8000個(gè)/m3。

綜上，高壓電纜附件安裝環(huán)境控制裝備研究及應(yīng)用，能給電纜附件安裝需求的環(huán)境溫度、濕度、潔凈度提供可以控制的辦法，又能給施工人員一個(gè)舒適、干凈、安全的安裝環(huán)境。使用韌性好強(qiáng)度高的骨架，安裝環(huán)境控制裝備適應(yīng)性更廣泛，同時(shí)具有重復(fù)利用的特性，更加便捷、高效、易推廣。同時(shí)，高壓電纜附件安裝環(huán)境控制裝備研究及應(yīng)用為廣東地區(qū)建設(shè)高質(zhì)量電纜線路奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。