國網(wǎng)浙江慈溪市供電有限公司 應(yīng)永靈

從當(dāng)前電力行業(yè)的發(fā)展階段來看，電力系統(tǒng)中10kV電纜線路作業(yè)非常重要，且應(yīng)用的十分廣泛。10kV電纜線路作業(yè)決定著整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，如果電纜一旦出現(xiàn)故障，必然會(huì)導(dǎo)致人們的生活與生產(chǎn)無法正常運(yùn)行。在電纜發(fā)生故障時(shí)必然會(huì)導(dǎo)致快速接頭出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，且這一現(xiàn)象非常常見。因此，快速接頭轉(zhuǎn)接箱在10kV電纜線路中具有重要的作用與意義，相關(guān)電力部門必須要高度重視電纜快速接頭的設(shè)計(jì)與運(yùn)用。本文主要針對(duì)10kV電纜出現(xiàn)接頭故障的原因，設(shè)計(jì)一個(gè)新型的快速接頭轉(zhuǎn)接箱，從而確保10kV電纜可以穩(wěn)定運(yùn)行。

1 10kV電纜線路作業(yè)快速接頭故障分析

在10kV電纜線路作業(yè)中，快速接頭容易出現(xiàn)故障主要是因?yàn)槭┕べ|(zhì)量不合格導(dǎo)致的，具體原因有三點(diǎn)：

一是電纜線路作業(yè)質(zhì)量不合格。在10kV電纜作業(yè)中，基本都是由多個(gè)施工隊(duì)伍進(jìn)行共同完成整個(gè)作業(yè)，這必然會(huì)出現(xiàn)專業(yè)水平不平衡的現(xiàn)象。同時(shí)有部分施工人員缺乏一定的責(zé)任意識(shí)，不知道電纜施工會(huì)給整個(gè)線路運(yùn)行帶來嚴(yán)重的影響。同時(shí)責(zé)任意識(shí)的缺失則嚴(yán)重導(dǎo)致整體施工質(zhì)量較差，主要體現(xiàn)在：施工安裝沒有嚴(yán)格依照施工圖紙進(jìn)行，且存在較大的偏差；施工人員沒有完全理解圖紙的具體內(nèi)容，導(dǎo)致很多冷縮管沒有發(fā)揮出實(shí)效來；電纜線路不夠整齊，線路之間的距離設(shè)置存在不合理；很多電纜出現(xiàn)了尖端放電的情況；在施工過程中缺乏對(duì)質(zhì)量的監(jiān)管人員；在多人同時(shí)作業(yè)時(shí)，出現(xiàn)了工序混亂現(xiàn)象。

二是一些附件的質(zhì)量沒有達(dá)標(biāo)。很多電力企業(yè)為了拿下競(jìng)標(biāo)項(xiàng)目，嚴(yán)格控制施工成本，缺乏對(duì)工藝水平的管控和規(guī)劃，從而導(dǎo)致很多電纜作業(yè)是沒有完全達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。具體質(zhì)量問題體現(xiàn)在：冷縮管的抗壓性能較差，有漏氣現(xiàn)象發(fā)生；應(yīng)力錐設(shè)計(jì)的不合理；恒力卡簧的材質(zhì)有問題，很容易被氧化，抗腐蝕性較差等。

三是絕緣體出現(xiàn)老化現(xiàn)象。在電纜外觀都有一層絕緣物質(zhì)，在經(jīng)過長期的運(yùn)行下必然會(huì)導(dǎo)致電纜出現(xiàn)物理性的變化。例如，隨著介質(zhì)的損耗程度逐漸增大，其具備的絕緣強(qiáng)度也會(huì)隨之下降，進(jìn)而出現(xiàn)老化現(xiàn)象的發(fā)生。發(fā)生老化的原因主要是因?yàn)?0kV電纜線路處于超負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)，長期工作必然會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)線過熱進(jìn)而就會(huì)使絕緣物質(zhì)受熱，導(dǎo)致老化速度變快。

通過研究表明，接頭出現(xiàn)故障主要是因?yàn)榭焖俳宇^本身質(zhì)量沒有達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，主要體現(xiàn)在施工人員缺乏較高的技術(shù)水平、電力企業(yè)的管理部門沒有制定嚴(yán)格的監(jiān)督機(jī)制和責(zé)任追究機(jī)制。

此外，很多電纜快速接頭的制作還存在一些師傅帶徒弟的問題，所以施工人員很多都是初學(xué)者，缺乏一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而就會(huì)嚴(yán)重導(dǎo)致電纜接頭出現(xiàn)質(zhì)量問題。如果電纜快速接頭在供需平衡發(fā)展的狀態(tài)下，則可以有效保證接頭的制作質(zhì)量，而一旦出現(xiàn)了需大于供的情況下，就會(huì)很多生產(chǎn)快速接頭的供應(yīng)商從中做假，讓一些缺乏經(jīng)驗(yàn)的施工人員也參與到接頭的制作中去，這就會(huì)出現(xiàn)快速接頭的開始下降現(xiàn)象。

所以有很多電力公司應(yīng)該安排旁站監(jiān)督人員，全面監(jiān)管、審核快速接頭的制作質(zhì)量，但是很多旁站人員的專業(yè)能力不高，無法發(fā)揮有效監(jiān)管力度，由此就會(huì)使監(jiān)督工作只是存在于表面，無法有效保障電纜快速接頭的制作質(zhì)量，從而為整個(gè)電纜作業(yè)帶來了一定的安全隱患問題。

2 10kV電纜線路作業(yè)快速接頭轉(zhuǎn)接箱簡介

供電公司在開展10kV電纜線路作業(yè)中，為了確保供電的可靠性，則需要想盡一切辦法和手段確保作業(yè)中可以進(jìn)一步提高供電的可靠性。為了避免在10kV電纜線路作業(yè)中需要停電，進(jìn)而對(duì)供電的可靠性帶來很多負(fù)面影響，本文則對(duì)移動(dòng)開關(guān)站進(jìn)行深入研究。

如圖1所示，移動(dòng)開關(guān)站對(duì)10kV電纜線路作業(yè)有著非常重要的作用，且移動(dòng)開關(guān)站的關(guān)鍵技術(shù)很容易受到施工環(huán)境的影響。由于一些成本問題，以及施工勞動(dòng)強(qiáng)度需要全面考慮，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)新的快速接頭轉(zhuǎn)接箱，對(duì)電纜進(jìn)行重新配置，從而有效實(shí)現(xiàn)10kV電纜線路作業(yè)中快速連接技術(shù)。

圖1 移動(dòng)開關(guān)站應(yīng)用圖

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)相關(guān)研究者研究出很多不同類型的電纜快速接頭，且都是屬于10kV應(yīng)用級(jí)，額定電流在200A左右，而200A以上的電纜則直接用物理方式完成對(duì)接工作，由此就需要消耗太多的人力和時(shí)間。

在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，目前我國還沒有10kV630A的快速插拔式接頭，本文研究的產(chǎn)品可被廣泛應(yīng)用于各種大負(fù)荷的搶修設(shè)備之中，且這款快速插拔式接頭具備很好的穩(wěn)定性和安全性，連接操作方便，對(duì)提升城市配電網(wǎng)的可靠性具有重要的意義與作用。

3 電纜快速接頭轉(zhuǎn)接箱的原理及結(jié)構(gòu)說明

3.1 快速插接頭整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由圖2可知，電纜快速插頭是直接安裝在電纜上面，在安裝過程中需要滿足各項(xiàng)指標(biāo)，如防水、耐壓、抗阻等電氣指標(biāo)。在快速接頭轉(zhuǎn)接箱與中間接頭完成匹配和連接工作后，則可以進(jìn)一步提升電流的穩(wěn)定性。

圖2 快速插拔式電纜終端頭與中間接頭連接圖

3.2 導(dǎo)體的設(shè)計(jì)

依據(jù)T2銅導(dǎo)體的導(dǎo)電率對(duì)導(dǎo)體截面積Smin值進(jìn)行計(jì)算，并推算出導(dǎo)電芯直徑Dmin值，計(jì)算公式為S=TD×D/4，S為導(dǎo)體的截面積，D為導(dǎo)電芯直徑。由于觸子的電流流通能力只有400A，則無法滿足電流630A的要求，所以可在中間接頭的一端設(shè)置兩個(gè)表帶觸子，具體設(shè)計(jì)情況如圖3、圖4。

圖3 表帶觸子結(jié)構(gòu)圖

圖4 中間接頭結(jié)構(gòu)圖

3.3 絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)10kV電纜插拔式快速終端、中間接頭絕緣結(jié)構(gòu)、電場(chǎng)分布有限元數(shù)值進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在復(fù)合材料的界面壓強(qiáng)下，介質(zhì)界面的放電電壓值出現(xiàn)了一定的變化情況，由此在對(duì)絕緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需遵循以下原則：在控制電場(chǎng)均勻分布時(shí)應(yīng)該采用力錐結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)；快速接頭在插拔過程中需始終保持復(fù)合材料具備充足的正壓強(qiáng)；在應(yīng)力錐的有效幾何尺寸的范圍內(nèi)合理控制界面彈性的變形量；在對(duì)快速接頭進(jìn)行插拔時(shí)，絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)容可以自動(dòng)完成排除空氣的作用，從而減小負(fù)壓現(xiàn)象的發(fā)生；適當(dāng)延長彈性變形的使用壽命，要確保壽命的最低值在1000次。

在絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，電場(chǎng)控制應(yīng)力錐設(shè)計(jì)是最關(guān)鍵的部位，需借助電纜主絕緣表面平均切向電場(chǎng)分量Exx理論進(jìn)行有效計(jì)算，本次設(shè)計(jì)的電纜主絕緣剝切長度為L，應(yīng)力錐夾角為25°、錐長為38mm時(shí)計(jì)算結(jié)果如表1。

表1 電纜主絕緣表面平均切向電場(chǎng)分量計(jì)算值

經(jīng)理論計(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證，終端和接頭的絕緣基本結(jié)構(gòu)為：導(dǎo)體連接部分的表帶型觸子結(jié)構(gòu)得到材料選用是皮金銅；在電場(chǎng)應(yīng)力控制錐、主絕緣層和半導(dǎo)電屏蔽層這三個(gè)結(jié)構(gòu)由三元乙丙橡膠通過真空注橡的方式進(jìn)行成型；外部屏蔽材料選用不銹鋼材料；由于旁路供電電纜長時(shí)間暴露在大氣環(huán)境和陰雨天氣中，為了表面電纜中間接頭出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，則需要設(shè)計(jì)一個(gè)密封防水裝置。插拔式快速終端和中間接頭借助應(yīng)力錐絕緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，絕緣材料可以選用三元乙丙橡膠，確保界面有足夠的正壓強(qiáng)。由于插拔式快速終端和中間接頭的結(jié)構(gòu)非常緊湊，所以快速接頭的體積和重量占據(jù)整個(gè)急轉(zhuǎn)箱裝置的50%左右。外屏蔽材料選用的是不銹鋼材料，防水密封結(jié)構(gòu)和對(duì)位的自鎖裝置進(jìn)行了特殊化的設(shè)計(jì)，方便了快速接頭的安裝，使整個(gè)10kV電纜線路可以安全穩(wěn)定運(yùn)行。

經(jīng)試驗(yàn)表明，插拔式快速接頭與中間接頭的配合度非常高，試驗(yàn)的結(jié)果與預(yù)期基本一致，該接頭的安全使用壽命最低可以達(dá)到1000次。由此可見，由插拔式快速終端、中間接頭構(gòu)成的組合試品，較好的通過了嚴(yán)格的試驗(yàn)，且完全達(dá)到了電氣性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求，并在現(xiàn)場(chǎng)電纜線路作業(yè)中滿足了長期運(yùn)行的需求。

4 結(jié)語

本文針對(duì)10kV電纜線路的快速接頭容易出現(xiàn)的故障問題進(jìn)行詳細(xì)分析，并設(shè)計(jì)出10kV電纜快速接頭轉(zhuǎn)接箱，該裝置在實(shí)際應(yīng)用中具備很好的安全穩(wěn)定性，且絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著一定的靈巧性，操作簡單方便，在很大程度上縮短了電流電纜的接續(xù)時(shí)間。與此同時(shí)，電纜的配置長度具有靈活多變特點(diǎn)，且該裝置有效減少了施工成本以及工作人員的施工強(qiáng)度，并在實(shí)際配網(wǎng)檢修工作中得到很好的推廣，具備良好的應(yīng)用前景。