邱 揚(yáng)，溫俊強(qiáng)，李洪才

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司青島供電公司，山東 青島 266000）

隨著經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展，電纜在電能傳輸中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用[1-2]。在各大城市的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，由于地下空間資源較為緊張，許多建設(shè)工程緊鄰電力管線施工，容易造成電纜隧道被外力破壞、隧道坍塌等事件，且部分密集敷設(shè)隧道存在較高火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)[3]。傳統(tǒng)電纜故障搶修方式耗時(shí)較長(zhǎng)，為保證快速恢復(fù)電力供應(yīng)，研究高壓電纜故障快速恢復(fù)技術(shù)及相關(guān)裝備具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

在高壓輸電電纜線路的實(shí)際運(yùn)行中，對(duì)電纜安全運(yùn)行造成威脅的因素主要包括：（1）由于電纜本體缺陷而導(dǎo)致的絕緣擊穿；（2）由于路面塌方、隧道火災(zāi)、斷面喪失、自然災(zāi)害等外部原因造成電纜故障。目前電纜發(fā)生故障后最常用處置方案是運(yùn)維人員通過(guò)巡視和專用工具對(duì)電纜線路進(jìn)行檢測(cè)，定位出故障點(diǎn)，進(jìn)而在原線路上停電檢修以恢復(fù)供電。然而，受地形條件限制及測(cè)量人員經(jīng)驗(yàn)及技能影響，導(dǎo)致短時(shí)間內(nèi)無(wú)法對(duì)線路進(jìn)行故障定位和應(yīng)急搶修，電纜故障恢復(fù)時(shí)間往往較長(zhǎng)[4-5]。為有效應(yīng)對(duì)此類風(fēng)險(xiǎn)造成的隧道電力電纜故障，本文積極研究高壓電纜快速恢復(fù)技術(shù)，重點(diǎn)聚焦在110 kV電纜斷線故障發(fā)生后，如何用最短時(shí)間恢復(fù)臨時(shí)供電的應(yīng)急搶修技術(shù)及工程裝備研制。

電力電纜快速搶修恢復(fù)技術(shù)（即旁路轉(zhuǎn)電技術(shù)）于90年代后期在日本得到使用，主要應(yīng)用場(chǎng)景為6 kV城市配網(wǎng)系統(tǒng)架空線路故障不停電搶修。隨后，我國(guó)北京、云南、寧波、重慶等電力公司先后引進(jìn)了部分旁路轉(zhuǎn)電技術(shù)，當(dāng)時(shí)此項(xiàng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式耗費(fèi)材料過(guò)多，需大量特殊輔助器材以完成旁路轉(zhuǎn)電作業(yè)，并且要求參與操縱人員具備長(zhǎng)期專業(yè)性培訓(xùn)，故而限制了該技術(shù)在應(yīng)急方面的應(yīng)用[6-7]。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于旁路轉(zhuǎn)電技術(shù)的研究?jī)H僅停留在10 kV配網(wǎng)的低壓水平，針對(duì)高壓電纜（特別是110、220 kV電壓等級(jí)）旁路轉(zhuǎn)電技術(shù)中關(guān)于電纜與故障電纜的應(yīng)急搶修快速連接涉及較少，而通過(guò)調(diào)研所知，高壓電纜故障快速恢復(fù)搶修是電力運(yùn)檢、供電保電亟待突破的難點(diǎn)，高壓電纜快速恢復(fù)搶修技術(shù)的需求量大，目前大型城市都對(duì)其有需求，保障在電纜線路出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)快速恢復(fù)搶修技術(shù)及設(shè)備，盡可能地快速恢復(fù)臨時(shí)供電。因此，研究高壓電纜故障快速恢復(fù)搶修技術(shù)，開(kāi)發(fā)針對(duì)110 kV電壓等級(jí)的電纜適用的快速恢復(fù)技術(shù)及設(shè)備的前景廣闊。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出一種應(yīng)用于110 kV高壓電纜的快速恢復(fù)技術(shù)，首先研究了高壓電纜快速連接及分離技術(shù)，適用于連接不同截面電纜的工程需要。然后，基于電纜的雙向快速展放實(shí)現(xiàn)搶修電纜和原有電纜的快速對(duì)接。最后，研制了高壓電纜快速恢復(fù)集成裝置。試驗(yàn)表明，基于本原理的裝備能夠大幅度降低高壓電纜故障恢復(fù)時(shí)間，為城市電纜的應(yīng)急搶修提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

1 研究目標(biāo)

高壓電纜快速恢復(fù)技術(shù)主要研究的技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景主要包括以下幾種情況：應(yīng)用于各種原因?qū)е碌脑娎|線路故障且無(wú)法短時(shí)間內(nèi)快速?gòu)?fù)電的情況，提升快速搶修的響應(yīng)速度、作業(yè)效率和質(zhì)量，例如：高壓電纜線路直埋段或排管敷設(shè)段電纜發(fā)生故障，隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)、滅火時(shí)封堵了部分線路 ，部分電纜故障后進(jìn)水而又不具備處理?xiàng)l件 ，自然災(zāi)害等其他因素導(dǎo)致的無(wú)法快速?gòu)?fù)電的情況 ，直埋敷設(shè)電纜線路，故障點(diǎn)無(wú)法準(zhǔn)確定位、須開(kāi)挖某一段電纜 ，或者電纜線路采用排管敷設(shè)，排管某一段電纜出現(xiàn)故障需要整體更換，電纜線路運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障導(dǎo)致隧道起火、出現(xiàn)大面積燒毀的情況。

2 技術(shù)方案

為實(shí)現(xiàn)搶修電纜與現(xiàn)場(chǎng)原有電纜的快速連接，有效節(jié)省現(xiàn)場(chǎng)的搶修時(shí)間，本文對(duì)110 kV電壓等級(jí)高壓電纜的快速連接技術(shù)進(jìn)行了專題研究與攻關(guān)?？紤]到通常情況下，高壓電纜應(yīng)急搶修設(shè)備中的搶修電纜為固定的某一種截面，可能與現(xiàn)場(chǎng)原有線路的電纜截面不一致，甚至存在兩種電纜截面跨度較大的現(xiàn)象，所以在快速連接技術(shù)研究過(guò)程中需解決電纜異徑對(duì)接的問(wèn)題；此外，還需實(shí)現(xiàn)搶修電纜與現(xiàn)場(chǎng)原有電纜的快速連接分離，并可滿足多次、重復(fù)使用的工程要求。

2.1 高壓電纜快速連接及分離技術(shù)研究

基于高壓電力電纜插拔式快速接頭絕緣結(jié)構(gòu)和電場(chǎng)分布有限元數(shù)值分析[8-9]，以及復(fù)合材料的界面壓強(qiáng)對(duì)介質(zhì)界面沿面放電的電壓值變化的影響的研究結(jié)果，通過(guò)如下技術(shù)突破，針對(duì)應(yīng)急搶修的工況及需求，完成了快速接頭的絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

通過(guò)應(yīng)力錐結(jié)構(gòu)控制電場(chǎng)均勻分布。

在插拔的過(guò)程中，復(fù)合材料的界面始終保持足夠的正壓強(qiáng)。

控制界面彈性變形量，使之不改變應(yīng)力錐有效幾何尺寸的范圍內(nèi)。

在插拔過(guò)程中，采取措施自動(dòng)排除空氣，并且避免形成負(fù)壓。

通過(guò)對(duì)彈性變形的疲勞壽命進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，保證接頭的多次插拔可靠性。

在絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最為關(guān)鍵技術(shù)是電場(chǎng)控制應(yīng)力錐設(shè)計(jì)[10]，基于長(zhǎng)期的電纜絕緣技術(shù)研究經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)儲(chǔ)備，本文攻克了電纜應(yīng)急搶修快線接頭特制應(yīng)力錐的研制，插拔頭連接過(guò)程中電纜與中間接頭的界面壓強(qiáng)的研究設(shè)計(jì)，跨截面異徑對(duì)接等關(guān)鍵技術(shù)?？焖龠B接及分離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電纜快速插拔頭在電纜故障應(yīng)急搶修時(shí)，快速實(shí)現(xiàn)電纜的對(duì)接，并保證安全可靠的供電、保電，滿足防水、通流、耐壓、溫升和阻抗等各項(xiàng)電氣指標(biāo)的要求。

本文所研制的電纜應(yīng)急搶修快速接頭結(jié)構(gòu)如圖1所示，快速接頭連接，尾管與電纜護(hù)套絕緣采用壓封密封處理，既保證密封，又能夠方便拆卸；金具采用插拔式壓接金具，并在金具上設(shè)置牽引吊環(huán)，滿足電纜敷設(shè)時(shí)牽引用；在電纜兩端電纜插拔頭處設(shè)置密封保護(hù)罩，可充氮?dú)夥莱保⒃O(shè)置了觀測(cè)壓力表，對(duì)電纜快速接頭進(jìn)行保護(hù)。

圖1 電纜快速接頭結(jié)構(gòu)圖示意圖

2.2 電纜雙向快速展放和回收裝置技術(shù)研究

電纜雙向快速展放和回收裝置技術(shù)研究?jī)?nèi)容包括專用電纜盤結(jié)構(gòu)和展放裝置的研究，可在施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)搶修電纜的雙向快速展放，確保搶修電纜能快速敷設(shè)到預(yù)定位置，實(shí)現(xiàn)和現(xiàn)場(chǎng)原有電纜的快速對(duì)接；在線路恢復(fù)正常供電后，還可實(shí)現(xiàn)搶修電纜的雙向快速回收。

本節(jié)重點(diǎn)研究了搶修電纜的雙向快速展放和回收技術(shù)、專用電纜盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電纜盤驅(qū)動(dòng)及協(xié)調(diào)控制，成功設(shè)計(jì)研制了快速搶修專用電纜展放裝置，如圖2所示。

2.3 高壓電纜快速恢復(fù)集成裝置的技術(shù)研究

為了適應(yīng)電纜應(yīng)急搶修的快速響應(yīng)，提升搶修效率和質(zhì)量，高壓電纜快速恢復(fù)集成裝置是整個(gè)高壓電纜快速恢復(fù)應(yīng)急搶修技術(shù)的關(guān)鍵平臺(tái)。通過(guò)合作攻關(guān)，成功研制了110 kV電壓等級(jí)高壓電纜的快速恢復(fù)集成裝置，形成了集成高效的應(yīng)急搶修平臺(tái)，如圖3所示。

圖3 高壓電力電纜應(yīng)急搶修設(shè)備主要結(jié)構(gòu)示意

該集成裝置通過(guò)將專用電纜盤、快速接頭、專用工具、動(dòng)力系統(tǒng)、轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)等各部件高度集成與整合，實(shí)現(xiàn)高壓電纜快速恢復(fù)應(yīng)急搶修設(shè)備的靈活轉(zhuǎn)場(chǎng)和現(xiàn)場(chǎng)故障線路的快速應(yīng)急搶修作業(yè)，最終實(shí)現(xiàn)故障線路的快速恢復(fù)送電。

110 kV 高壓電力電纜應(yīng)急搶修設(shè)備為集成廂式結(jié)構(gòu)，其主要由發(fā)電機(jī)組艙、電纜及其展放裝置艙、工器具及配件艙組成。

3 研究成果

基于高壓電纜應(yīng)急搶修需求，對(duì)高壓電纜快速恢復(fù)技術(shù)應(yīng)用需求進(jìn)行分析，得出適合高壓電纜快速恢復(fù)應(yīng)急搶修關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)施方向，研究編制高壓電纜快速恢復(fù)應(yīng)急搶修關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)方案，研制設(shè)計(jì)高壓電纜快速恢復(fù)應(yīng)急搶修設(shè)備及快速恢復(fù)工藝，并對(duì)高壓電纜快速恢復(fù)應(yīng)急搶修設(shè)備的相關(guān)性能試驗(yàn)研究。

目前，高壓電纜快速恢復(fù)技術(shù)研究在國(guó)內(nèi)外研究成果較少。本文通過(guò)對(duì)搶修電纜的雙向快速展放和回收，搶修電纜與現(xiàn)場(chǎng)原有電纜的快速連接及分離技術(shù)等的研究，成功完成了國(guó)內(nèi)首套高度集成的110 kV高壓電纜快速搶修恢復(fù)設(shè)備的自主研發(fā)，該技術(shù)及裝備的應(yīng)用和推廣實(shí)現(xiàn)了電纜接頭搶修的效率提升和恢復(fù)時(shí)間縮短。

本文統(tǒng)計(jì)了青島地區(qū)110 kV電纜故障搶修的平均用時(shí)，對(duì)比了應(yīng)用本電纜應(yīng)急搶修解決方案的用時(shí)，得到結(jié)果如表1所示。傳統(tǒng)應(yīng)急搶修方法包含重新敷設(shè)電纜、加熱校直、制作中間接頭等過(guò)程，多個(gè)流程無(wú)法并行進(jìn)行[11-12]，耗時(shí)可達(dá)2～3 d。而本文方法通過(guò)電纜快速連接接頭及雙向展放技術(shù)，顯著降低高壓電力電纜快速搶修恢復(fù)供電所需時(shí)間至5～8 h，滿足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急搶修的快速性要求。

表1 本技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)耗時(shí)對(duì)比

目前，已通過(guò)一系列試驗(yàn)驗(yàn)證了110 kV高壓電纜快速搶修恢復(fù)設(shè)備的有效性和可靠性，并形成了電纜快速接頭搶修安裝的標(biāo)準(zhǔn)工藝流程，以此項(xiàng)技術(shù)為基礎(chǔ)，后續(xù)可優(yōu)化電纜隧道故障快速恢復(fù)應(yīng)急處置現(xiàn)場(chǎng)預(yù)案，為電網(wǎng)安全提供更加堅(jiān)強(qiáng)的保障。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)應(yīng)用應(yīng)急搶修快速恢復(fù)技術(shù)及成套裝備，采用電纜快速接頭的快速連接技術(shù)，可將110 kV中間接頭凈時(shí)間縮短至3 h，110 kV電纜臨時(shí)恢復(fù)時(shí)間縮短至5～8 h，有效解決了高壓電纜故障搶修時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，應(yīng)用前景廣闊，具有顯著社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。