水電站220 kV倒置式套管終端安裝難點與質(zhì)量控制

摘要：為節(jié)省電纜布局空間和控制成本，順利安裝220 kV倒置式套管終端，結(jié)合鳳灘水電站和凌津灘水電站安裝220 kV倒置終端的安裝經(jīng)驗，論述了安裝難點和質(zhì)量控制措施，包括接線柱處采用玻璃絲帶與環(huán)氧膠結(jié)合方式，尾部用環(huán)氧泥包覆及補償油路中使用卡套式接頭加強密封，應(yīng)力錐罩底板開兩孔用于灌絕緣油和抽真空提高灌油效率，并由專人負責(zé)質(zhì)量把控。結(jié)合兩座水電站內(nèi)終端運行出現(xiàn)的問題，提出數(shù)據(jù)化管控電纜絕緣表面處理質(zhì)量的方法，以及將補償油路中卡套式接頭連接改為焊接或其他更可靠的連接方法，為此類產(chǎn)品的后續(xù)安裝提供經(jīng)驗參考。

關(guān)鍵詞：220kV； 倒置式； 套管終端； 安裝難點； 質(zhì)量控制

中圖法分類號：TM722文獻標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.S2.015

文章編號：1006-0081（2024）S2-0051-06

0引言

隨著企業(yè)、居民等對供電各方面需求的不斷提高，電力電纜輸電系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用日益廣泛［1-3］。高壓電纜套管終端是電力系統(tǒng)的重要組成部分，將電纜與電氣設(shè)備直接相連，其運行狀況直接影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性［4-5］。

目前，常規(guī)的高壓戶外套管終端主要有瓷套終端、復(fù)合套管終端等，大都采取在內(nèi)部填充液體絕緣劑來增強絕緣效果，其常規(guī)安裝方式都是電纜自下而上布置，終端豎直朝上［6］?？紤]到熱脹冷縮，絕緣劑不需要填滿整個終端（一般套管終端內(nèi)絕緣劑的液面基本控制在鉛筆頭端面以下），但在某些特殊的應(yīng)用場所，如水電站內(nèi)電纜敷設(shè)線路空間受限、安全凈距不足等，電纜會自上而下布置，終端需要倒置安裝，見圖1，絕緣劑會填滿整個終端［7］。

典型高壓電纜套管終端結(jié)構(gòu)由上端、主體、下端組成，包括套管、應(yīng)力錐、屏蔽罩、尾管、密封圈、支撐絕緣子等［8］。倒置終端與典型高壓套管終端結(jié)構(gòu)組成相同，設(shè)計兩者的套管雨裙、絕緣子傘裙朝向相反，避免因終端倒置安裝而雨裙、絕緣子傘裙的作用失效。

鳳灘水電站和凌津灘水電站位于湖南省內(nèi)長江水系沅水的支流和干流上，安裝倒置終端的室內(nèi)高度約12 m。本文結(jié)合兩座水電站內(nèi)倒置終端的安裝經(jīng)驗，以及并網(wǎng)運行中出現(xiàn)或易發(fā)生的問題，對高壓倒裝式終端安裝的難點及對應(yīng)的解決措施進行了分析。

1安裝難點

220 kV倒置式復(fù)合套管終端的安裝環(huán)節(jié)包括電纜定位、電纜處理、末端屏蔽處理、套入零部件、套裝應(yīng)力錐、壓接接線柱、吊裝套管和應(yīng)力錐罩、安裝應(yīng)力錐罩和錐托等零部件、尾部處理和灌油，關(guān)鍵流程見圖2。

由于安裝場所的空間限制，為節(jié)省電纜鋪設(shè)空間及控制建設(shè)生產(chǎn)成本，終端需倒置安裝。與常規(guī)終端安裝相比，其核心問題是套管內(nèi)絕緣油的熱脹冷縮、電纜和套管內(nèi)部絕緣油的隔離，大幅增加了安裝質(zhì)量風(fēng)險，主要表現(xiàn)在倒置終端的套管密封處理、油位補償管路安裝、灌油效率問題和其余安裝細節(jié)的質(zhì)量控制。

1.1倒置終端密封處理

電纜終端密封不到位，是引起漏油和溫差的根本原因［9］。220 kV倒置終端的主要密封包括套管內(nèi)部接線柱與導(dǎo)體壓接處的密封、尾管與金屬護套間的密封和油管與終端、補償油桶以及油管間的連接處密封，密封處理的優(yōu)劣事關(guān)復(fù)合套管終端是否會漏油、運行是否會出現(xiàn)異常［10］。

常規(guī)終端的油位面一般在接線柱與導(dǎo)體壓接處以下，故該處的處理只需要繞包半導(dǎo)電帶、絕緣帶、PVC帶做簡單密封，如圖3所示。而倒置終端內(nèi)的絕緣劑會填滿整個終端，在套管內(nèi)的接線柱部分完全浸在絕緣油內(nèi)，為避免絕緣油進入導(dǎo)體內(nèi)及滲出，此時需要考慮特殊的密封處理。

在水電站更換終端的2個案例中，采用的電纜金屬護套結(jié)構(gòu)都為鉛護套加銅絲屏蔽，常規(guī)的封鉛密封工藝將不再適用。

油位補償裝置與終端的連接管是多根銅管相連或?qū)⒐芡ㄟ^掰彎機彎曲直接連接，管與補償裝置和終端的連接處密封尤其重要。此前，兩座水電站內(nèi)的倒置終端運行過程中均出現(xiàn)漏油問題，且都發(fā)生在油位補償管路的連接處，見圖4。

補償油桶與套管終端間銅管通過卡套式接頭連接，接頭中卡環(huán)安裝時易變形，見圖5，使密封失效，或接頭零配件結(jié)構(gòu)和尺寸達不到標(biāo)準(zhǔn)、硬度低及長久受到流動的絕緣油所施加的力，引發(fā)接頭處漏油現(xiàn)象。

1.2倒置終端油位補償問題

電纜終端內(nèi)部需要灌注絕緣油作為增強絕緣?？紤]到熱脹冷縮，常規(guī)終端內(nèi)部絕緣油不會灌滿，根據(jù)環(huán)境溫度，可在頂部預(yù)留一定空間作為熱脹冷縮的補償。通過電場仿真（圖6）可知，套管終端的尾部為電場控制部位，尾部絕緣油是重要的增強絕緣。

電纜終端熱膨脹過程中，不同材料界面處的熱應(yīng)力會發(fā)生扭曲，導(dǎo)致絕緣失效［11］。電纜終端良好的熱性能和絕緣性能可有效提高電能傳輸?shù)目煽啃院徒?jīng)濟性［12］。倒置終端內(nèi)的絕緣劑需一直填滿整個終端，故需要考慮在外部設(shè)計一個油位補償裝置。

1.3倒置終端灌油效率問題

常規(guī)終端結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊，外形大多為錐形，每臺約灌絕緣油156 kg，減少了灌油量，且套管頂部開口較大，灌注方便，可同時灌入多桶絕緣油。倒置終端根據(jù)設(shè)計準(zhǔn)則，設(shè)計成直筒形狀，大大增加了絕緣油的用量，每臺倒置終端約灌絕緣油183 kg，且灌注點在終端尾部，只能單桶灌裝，灌油效率需要著重考慮。

1.4倒置終端安裝質(zhì)量控制問題

只有少數(shù)安裝人員有220 kV倒裝式復(fù)合套管終端的安裝經(jīng)驗。雖然220 kV倒裝式復(fù)合套管終端的安裝工序與正裝的產(chǎn)品大致相同，但一些關(guān)鍵尺寸和關(guān)鍵部位的操作存在差異，如絕緣屏蔽層斷口尺寸、接線柱與絕緣間隙的處理、尾部處理等。與電纜主體相比，電纜終端結(jié)構(gòu)復(fù)雜，絕緣性能相對較弱［13］。絕緣屏蔽層斷口不齊整，存在凹陷、尖端或毛刺，會引起局部放電或局部場強增加，侵蝕電纜絕緣，電纜運行后尖端處出現(xiàn)黃斑，見圖7，最終可能絕緣失效或出現(xiàn)擊穿故障［14-15］。因此，絕緣表面處理、應(yīng)力錐與電纜絕緣屏蔽層搭接等不當(dāng)都可能導(dǎo)致產(chǎn)品交接試驗或運行中出現(xiàn)擊穿、漏油等情況。

水電站內(nèi)套管與應(yīng)力錐罩吊裝時，行車、吊車不能進入，易受其下方設(shè)備磕碰。應(yīng)力錐罩起絕緣和隔離絕緣油的作用，若錐罩表面磕傷，可能影響電場分布，引起終端故障。

2解決措施

2.1倒置終端密封處理的措施

接線柱與導(dǎo)體壓接處的密封主要起堵油作用，保證終端內(nèi)部的絕緣油不會滲透到電纜導(dǎo)體內(nèi)部。依據(jù)以往的運行經(jīng)驗，將該處由繞包半導(dǎo)電帶、絕緣帶、PVC帶改為繞包半導(dǎo)電帶、玻璃絲帶、環(huán)氧膠、PVC帶。每繞包一層玻璃絲帶時涂一層環(huán)氧膠，靜置約12 h后再進行下道工序，增強密封性能，如圖8所示。

針對鉛護套加銅絲屏蔽結(jié)構(gòu)的電纜尾部金屬護套與尾管的密封，可采用環(huán)氧泥密封工藝進行密封和電氣連通。具體操作方法：將銅絲屏蔽焊接在尾管上，然后在尾管與鉛護套上均勻抹上環(huán)氧泥，避免因鉛護套厚度小而長時間焊接損傷電纜內(nèi)部，要求包裹嚴(yán)實。最后再繞包防水帶、PVC帶、熱縮管等，如圖9所示。環(huán)氧泥本身不會腐蝕尾管和電纜金屬護套，但其包繞時需完全固化，否則潮氣和水分進入可能造成尾部腐蝕，進而引起終端故障［16］。對于鋁波紋管金屬護套的電纜，尾部可直接封鉛，然后包繞防水帶、PVC帶、熱縮管等。

補償油桶與套管終端之間的銅管通過卡套式接頭連接，需要細致處理，避免損壞接頭內(nèi)卡環(huán)而引發(fā)漏油，或改為其他壓接方式，如承插式連接或焊接，保證連接處的密封性能。

2.2對倒置終端油位補償?shù)脑O(shè)計

從電氣性能來說，終端尾部需要有滿載的絕緣油作為增強絕緣，若只是單純將終端內(nèi)的油位灌滿，隨著熱脹冷縮和重力的影響，在低溫下終端尾部會出現(xiàn)油位下降的情況，這將直接影響終端的電氣性能，最終導(dǎo)致終端故障。

綜合考慮上述情況后，在終端外部設(shè)計一套油位補償裝置。通過在倒置終端的上端設(shè)置一個油箱，油箱與倒置終端套管油管進行連通，如圖10所示。油箱不需要灌滿，頂部預(yù)留一定空余。油箱與倒置終端保持等氣壓，終端內(nèi)部油位熱脹冷縮時，油箱可對倒置終端的油位進行補償，使得倒置終端內(nèi)部的油位始終是滿載狀態(tài)。

運行過程中，需注意定期觀測補償油桶液位計高度，并定期對油箱頂部自封閥進行開閉處理，見圖11，保證油箱內(nèi)外氣壓平衡。

2.3倒置終端灌油效率的提升措施

針對倒置終端套管體積大，終端尾部灌油不便，使用常規(guī)灌的方式存在絕緣油流動慢的情況。首先從設(shè)計的源頭入手，在終端的尾部金屬板（應(yīng)力錐罩底部金屬板）上設(shè)計兩個孔，一個用于灌油，另外一個用于抽真空?？椎拇笮∈芟抻诮K端結(jié)構(gòu)，故可以在灌油孔外設(shè)計一個合適的變徑漏斗，便于灌油。真空泵動作以后，可以使得終端內(nèi)外形成壓力差，加快絕緣油的灌注速度，如圖12所示。另外，在灌注絕緣油前，可以采取對絕緣油加熱的方式來增加絕緣油的流動性。通過以上措施，灌滿一臺倒置終端的時間約為90 min，滿足整體施工進度要求。

2.4倒置終端安裝質(zhì)量的控制措施

關(guān)于上述可能引發(fā)倒置終端故障的絕緣屏蔽層處理不當(dāng)、吊裝防護不當(dāng)致產(chǎn)品損傷等細節(jié)問題，實行項目責(zé)任制與專人監(jiān)管，把控好各環(huán)節(jié)的安裝質(zhì)量。針對發(fā)現(xiàn)的問題，及時整改，不留可預(yù)見的質(zhì)量隱患。

（1） 根據(jù)220 kV倒裝式復(fù)合套管終端的安裝工藝，安裝負責(zé)人每日對班組進行技術(shù)交底，說明具體的安裝要求，并指派專人安裝、檢查，提高人員的質(zhì)量控制意識。

（2） 安裝時必須嚴(yán)格控制施工現(xiàn)場的溫度、濕度及清潔度，溫度宜控制在0～35 ℃，相對濕度宜控制在70%以下，當(dāng)溫度、濕度超出允許范圍時，應(yīng)采取適當(dāng)措施，一般應(yīng)搭建工棚，并采取相關(guān)措施凈化施工環(huán)境。

（3） 通過粗糙度儀對電纜絕緣表面處理的質(zhì)量進行數(shù)據(jù)化管控，并用木尺檢測絕緣表面的平整度，增強絕緣表面與應(yīng)力錐間界面性能的可靠性，見圖13。

（4） 吊裝時，使用電動葫蘆吊裝，專人指揮，降低吊裝速度，注意防護。

（5） 強化工程管理職責(zé)，安裝人員作為現(xiàn)場工程質(zhì)量的第一責(zé)任人，應(yīng)認真履行好工程質(zhì)量把關(guān)的職責(zé)、嚴(yán)格按照制度要求進行現(xiàn)場質(zhì)量檢查和過程控制工作，同時，按照制度要求開展過程控制檢查工作，控制質(zhì)量風(fēng)險，使得安裝質(zhì)量滿足DL/T 344-2010 《額定電壓66～220 V交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜戶外終端安裝規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)要求。

3結(jié)語

本文所述220 kV倒置式復(fù)合套管終端，成功在湖南鳳灘和凌津灘水電站安裝并運行，為后續(xù)因空間受限需安裝倒置終端的項目積累了經(jīng)驗，相關(guān)經(jīng)驗、質(zhì)量控制總結(jié)如下。

（1） 倒置終端的密封需加強處理，如接線柱、尾部等密封，尤其是補償油路的管道連接處，長期受壓可能發(fā)生泄漏。

（2） 設(shè)置補償油桶，避免倒置終端內(nèi)絕緣油熱脹冷縮影響終端尾部絕緣。運行時需注意定期觀測補償油桶液面的變化，并定期對油箱頂部自封閥進行開閉處理。

（3） 提升灌油效率，在應(yīng)力錐罩底板處直接灌油，同時抽真空。

（4） 管控安裝質(zhì)量，從精確控制電纜處理尺寸、檢測儀檢測絕緣表面處理粗糙度、木尺測量絕緣平整度等方面把控。

220 kV倒置式復(fù)合套管終端安裝難度大，安裝周期長，需要多方協(xié)同、注重細節(jié)處理，運行時需注意觀測補償油桶的液面變化并定期開閉補償油桶頂部自封閥，維持內(nèi)外氣壓平衡。

參考文獻：

［1］袁建軍，歐陽本紅，夏榮，等.高壓電纜局部放電在線監(jiān)測裝置有效性測評方法研究及現(xiàn)場應(yīng)用［J］.高電壓技術(shù)，2023，49（增1）：17-23.

［2］曹京滎，查顯光，陳杰，等.220 kV電纜線路終端故障及仿真分析［J］.電力工程技術(shù)，2018，37（6）：151-155.

［3］ZHANG D Q，LI S B，CAO B L，et al.Review of defect inspection method of cable terminals［C］∥2022 the 3rd International Conference on Advanced Electrical and Energy Systems （AEES）.Lanzhou：IEEE，2022.

［4］LI L，SONG P，ZHOU F，et al.Dynamic solidification process of silicone oil within outdoor cable terminals under cold conditions［C］∥22nd International Symposium on High Voltage Engineering （ISH 2021）.Xi′an：ISH，2021.

［5］PRISCA P C，AVITI T M.Comparison of on-line partial discharge detection techniques for high voltage power cable joints and terminations［J］.Tanzania Journal of Engineering and Technology，2023，42（1）：146-154.

［6］連鴻松，鄭東升，劉慧鑫，等.高壓電纜終端絕緣油的選用方法與準(zhǔn)則［J］.高壓電器，2022，58（12）：169-176.

［7］彭勇，周海，劉正，等.一種高壓倒置式戶外套管終端：CN219041367U［P］.2023-05-16.

［8］YEH Y，F(xiàn)ECHNER T，LEI X Z，et al.Review on HVDC cable terminations［J］.High Voltage，2018，3（2）：79-89.

［9］吳佳馨.高壓電纜終端電磁-熱特性及其缺陷影響研究［D］.重慶：重慶郵電大學(xué)，2022.

［10］宋偉.基于紅外圖像的充油式高壓電纜終端油位異常檢測技術(shù)研究［D］.重慶：重慶大學(xué)，2022.

［11］HED X，ZHANG Q J，LI J D，et al.Warning method for ultimate thermal stress of cable terminal based on tailpipe temperature monitoring［J］.Jounal of Electrical Engineering amp; Technology，2023（18）：3961-3969.

［12］LIUX M，GU Y，LI L，et al.Numerical and experimental research on electromagnetic-thermal and leakage defects characteristics of the High Voltage Cable Terminal［J］.Results in Physics，2023（9）：261115552.

［13］LIS B，CAO B L，LI J，et al.Review of condition monitoring and defect inspection methods for composited cable terminals［J］.High Voltage，2023，8（3）：431-444.

［14］SHAHTA J，F(xiàn)ULIN F，BRIAN G S.Modelling of electric field distributions on cable termination defects under DC plus ripples［C］∥2023 IEEE Electrical Insulation Conference （EIC）.Quebec：IEEE，2023.

［15］XIND L，WU G N，CHEN K，et al.Research on the evolution characteristics of interfacial defect inside the vehicle-mounted high-voltage cable termination for high-speed trains［J］.CSEE Journal of Power and Energy Systems，2023（3）：1-13.

［16］蔣曉娟，楊娟娟，孫利，等.高壓電纜終端環(huán)氧泥密封鋁尾管的腐蝕［J］.腐蝕與防護，2023，44（8）：95-101.

（編輯：張爽）