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?yàn)┧娬景惭b220 kV倒置終端的安裝經(jīng)驗(yàn)，論述了安裝難點(diǎn)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(bǔ)償油路中使用卡套式接頭加強(qiáng)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(fù)責(zé)質(zhì)量把控。結(jié)合兩座水電站內(nèi)終端運(yùn)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(bǔ)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(yàn)參考。

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

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

文章編號(hào)：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(yùn)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(qiáng)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］。考慮到熱脹冷縮，絕緣劑不需要填滿整個(gè)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(huì)自上而下布置，終端需要倒置安裝，見圖1，絕緣劑會(huì)填滿整個(gè)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(jì)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?yàn)┧娬疚挥诤鲜?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(yàn)，以及并網(wǎng)運(yùn)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(diǎn)及對應(yīng)的解決措施進(jìn)行了分析。

1安裝難點(diǎn)

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(xiǎn)，主要表現(xiàn)在倒置終端的套管密封處理、油位補(bǔ)償管路安裝、灌油效率問題和其余安裝細(xì)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(hù)套間的密封和油管與終端、補(bǔ)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(huì)漏油、運(yùn)行是否會(huì)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(huì)填滿整個(gè)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(jìn)入導(dǎo)體內(nèi)及滲出，此時(shí)需要考慮特殊的密封處理。

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

油位補(bǔ)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(jī)彎曲直接連接，管與補(bǔ)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(yùn)行過程中均出現(xiàn)漏油問題，且都發(fā)生在油位補(bǔ)償管路的連接處，見圖4。

補(bǔ)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(shí)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(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)、硬度低及長久受到流動(dòng)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(bǔ)償問題

電纜終端內(nèi)部需要灌注絕緣油作為增強(qiáng)絕緣?？紤]到熱脹冷縮，常規(guī)終端內(nèi)部絕緣油不會(huì)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(bǔ)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(qiáng)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(huì)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(jì)性［12］。倒置終端內(nèi)的絕緣劑需一直填滿整個(gè)終端，故需要考慮在外部設(shè)計(jì)一個(gè)油位補(bǔ)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(jì)緊湊，外形大多為錐形，每臺(tái)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(shí)灌入多桶絕緣油。倒置終端根據(jù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，設(shè)計(jì)成直筒形狀，大大增加了絕緣油的用量，每臺(tái)倒置終端約灌絕緣油183 kg，且灌注點(diǎn)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(yàn)。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(huì)引起局部放電或局部場強(qiáng)增加，侵蝕電纜絕緣，電纜運(yùn)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(yàn)或運(yùn)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(shí)，行車、吊車不能進(jìn)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(huì)滲透到電纜導(dǎo)體內(nèi)部。依據(jù)以往的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，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(shí)涂一層環(huán)氧膠，靜置約12 h后再進(jìn)行下道工序，增強(qiáng)密封性能，如圖8所示。

針對鉛護(hù)套加銅絲屏蔽結(jié)構(gòu)的電纜尾部金屬護(hù)套與尾管的密封，可采用環(huán)氧泥密封工藝進(jìn)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(hù)套上均勻抹上環(huán)氧泥，避免因鉛護(hù)套厚度小而長時(shí)間焊接損傷電纜內(nèi)部，要求包裹嚴(yán)實(shí)。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(huì)腐蝕尾管和電纜金屬護(hù)套，但其包繞時(shí)需完全固化，否則潮氣和水分進(jìn)入可能造成尾部腐蝕，進(jìn)而引起終端故障［16］。對于鋁波紋管金屬護(hù)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(bǔ)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(xì)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(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)

從電氣性能來說，終端尾部需要有滿載的絕緣油作為增強(qiáng)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(huì)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(jì)一套油位補(bǔ)償裝置。通過在倒置終端的上端設(shè)置一個(gè)油箱，油箱與倒置終端套管油管進(jìn)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(shí)，油箱可對倒置終端的油位進(jìn)行補(bǔ)償，使得倒置終端內(nèi)部的油位始終是滿載狀態(tài)。

運(yùn)行過程中，需注意定期觀測補(bǔ)償油桶液位計(jì)高度，并定期對油箱頂部自封閥進(jìn)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(dòng)慢的情況。首先從設(shè)計(jì)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(jì)兩個(gè)孔，一個(gè)用于灌油，另外一個(gè)用于抽真空。孔的大小受限于終端結(jié)構(gòu)，故可以在灌油孔外設(shè)計(jì)一個(gè)合適的變徑漏斗，便于灌油。真空泵動(dòng)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(dòng)性。通過以上措施，灌滿一臺(tái)倒置終端的時(shí)間約為90 min，滿足整體施工進(jìn)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(hù)不當(dāng)致產(chǎn)品損傷等細(xì)節(jié)問題，實(shí)行項(xiàng)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(shí)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(fù)責(zé)人每日對班組進(jìn)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(shí)。

（2） 安裝時(shí)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(shí)，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(jìn)行數(shù)據(jù)化管控，并用木尺檢測絕緣表面的平整度，增強(qiáng)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(shí)，使用電動(dòng)葫蘆吊裝，專人指揮，降低吊裝速度，注意防護(hù)。

（5） 強(qiáng)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(rèn)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(jìn)行現(xiàn)場質(zhì)量檢查和過程控制工作，同時(shí)，按照制度要求開展過程控制檢查工作，控制質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，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?yàn)┧娬景惭b并運(yùn)行，為后續(xù)因空間受限需安裝倒置終端的項(xiàng)目積累了經(jīng)驗(yàn)，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)、質(zhì)量控制總結(jié)如下。

（1） 倒置終端的密封需加強(qiáng)處理，如接線柱、尾部等密封，尤其是補(bǔ)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(bǔ)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(yùn)行時(shí)需注意定期觀測補(bǔ)償油桶液面的變化，并定期對油箱頂部自封閥進(jìn)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(shí)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(xì)節(jié)處理，運(yùn)行時(shí)需注意觀測補(bǔ)償油桶的液面變化并定期開閉補(bǔ)償油桶頂部自封閥，維持內(nèi)外氣壓平衡。

參考文獻(xiàn)：

［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(hù)，2023，44（8）：95-101.

（編輯：張爽）