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摘 要 本文介绍了110kV电缆附件安装需要注意的要点及质量控制关键点,通过对电缆附件安装过程中的各个分解动作的分析,给出了电缆附件安装过程中的电缆预处理、安装环境控制、电缆屏蔽层处理、电缆绝缘层处理、电缆附件组件等的安装要点,对各种安装方式进行了对比分析,并简要说明了各种电缆附件组件的作用。同时提出电缆附件安装过程中的质量控制的方法和途径,保证电缆附件安装后能够安全稳定运行,达到设计标准要求。
关键词 电缆附件;安装要点;质量控制
中图分类号TM91 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2013)98-0153-03
0 引言
由于交联聚乙烯电缆具有工作温度高,传输容量大,电气性能优良,结构轻便,安装敷设方便,尤其是没有漏油引起火灾危险等诸多优点,因此广泛地受到用户的欢迎,目前已基本取代了传统的油浸纸绝缘电缆,成为高压电力电缆的主导产品,成为大容量电能传输进入城市负荷中心的地下输电系统的首选产品。
随着我国电力工业的快速发展和城市电网改造的进行,对110kV交联电缆的用量正在以超常的速度急剧增加,1999年110kV交联电缆的用量只有800km左右,但2007年的用量就突破了10000km,大大超出行业规划预测的用量,2007年110kV高压电缆附件(包括终端和中间接头)用量超过35000套,年增长达到20%以上。目前,随着国民经济进一步发展和人民生活、用电水平的不断提高,我国电力工业将继续保持较高速度发展。根据国家电网公司"十一五"规划,本期31个省会级城市和计划单列市城网建设改造计划投资额超过4000亿元,南方电网投资额将占到国家电网的1/4左右,两者相加总投资规模约有5000亿元,年均投资额超过1000亿元.大城市电网建设,需要数万公里110kV及以上高压交联电缆,十一五"期间,国家电网公司的发展重点包括:一要加快建设1000kV交流试验示范工程,不失时机地开工建设±800kV直流输电工程;二要加快跨区电网建设,进一步强化全国联网结构;三要继续加强区域电网,省级电网500kV(330kV)主网架建设,加快形成西750kV网架;四要加强重点城市电网的建设,抓好其他地市城市和县城电网建设改造,完善农村电网,提高农村电气化水平;五要大力推进先进适用输配电技术应用。输变电设备的升级换代,大容量输电线路的建设改造,城乡电网进一步改造等将给输变电企业带来巨大的商机。作为电网建设中最重要的配套产品,电线电缆及其附件特别是110kV及以上高压交联电缆和附件市场巨大。110kV变电站将进一步新建、改扩建,各大中城市双环网供电及电缆化率逐年提高,未来市场前景十分广阔。
电缆运行过程中的稳定性是保障电力输送的关键环节,而电缆敷设及电缆附件的质量是保证电缆稳定运行的关键。电缆附件的质量可以分为两部分,一是产品设计、制造质量,二是现场安装质量。经过多年的研究和实践,110kV电缆附件产品技术已经成熟,现场安装是质量系统中存在变量的因素,控制好安装过程中的质量,即可保证电缆附件的安全稳定运行。
电缆附件的安装要点按照安装顺序大体可以分为:电缆预处理及安装环境、电缆屏蔽层剥除及电缆绝缘测光处理、电缆附件组件安装三个部分。
1 电缆预处理及安装环境
在电缆安装前必须对电缆进行电压和绝缘电阻试验;也应进行加热校直以释放电缆在生产、运输、敷设过程中产生的应力,避免电缆在运行过程中热效应下产生位移而致使电缆附件安装尺寸变化;电缆附件安装环境必须满足要求,否则安装后的电缆附件容易引入杂质、潮气等,给电缆运行带来隐患。
1.1电缆附件安装前,电缆必须经过护层电压及绝缘电阻试验。
按照电缆护层验收试验电缆护层应经受10kV直流电压1min不击穿。试验时电缆两端的护层外部的半导电层应去除200mm左右,防止发生闪络。
电缆护层电压及绝缘电阻试验用于检验电缆在敷设过程中是否遭受损伤,护层有无破损、划伤、受潮、浸水等情况。如果有损伤应及时查找并妥善处理。电缆护层绝缘电阻三相不平衡度应不大于15%。
1.2电缆加热校直
电缆在出厂后是盘在电缆盘上,电缆盘直径一般在3米左右,这样在电缆上容易出现弯曲;同时电缆在敷设过程中受到机械拉伸,容易在电缆上产生应力。因此,在加热前对电缆进行机械校直,然后在再进行附件安装前的加热校直。
1.2.1电缆加热
1)剥除铝护套
机械校直后,按照设计尺寸将电缆金属护层剥除(剥除金属护套时应注意不得损伤电缆绝缘本体),电缆铝护套剥除后立即将电缆上铝护套断口用合适的工具向外扳,形成喇叭口状,并将喇叭口外沿用锉刀磨圆整,避免后续操作时损伤电缆。
2)剥除铝护套后将加热带缠绕在电缆半导电带上,加热的温度及时间依据环境温度设定,一般加热温度控制在80±5℃,时间在2个小时左右,当环境温度较低时应延长加热时间、提高加热温度,反之当环境温度较高时应适当降低加热温度、减少加热时间。
电缆在加热过程中应时刻注意加热带与电缆的抱紧程度,抱紧程度过松加热效果不好、降低加热带的使用寿命;抱紧程度过紧则容易因绝缘软化而勒伤电缆。
1.2.2电缆加热后的校直
电缆加热后,将电缆固定在合适的校直工具(一般使用铝合金角钢)上,在自然温度下冷却2h~3h。待电缆完全冷却后方可进行下一步操作。
1.2.3电缆外护套半导电层刮除
从电缆外护套向下200mm~300mm的距离内,应使用玻璃片对外半导电层进行刮除,保证外护套绝缘距离。
1.3电缆定位及环境要求
1.3.1电缆定位
按照施工设计要求,对电缆进行固定。
1)安装干式户外终端等需要在电缆固定架下安装后吊装的附件时,电缆应在敷设后的平面进行附件安装的施工,施工时电缆应确保处于自由状态,便于安装过程中的电缆处理;
2)瓷套式户外终端、复合套管式户外终端等固定敷设的电缆附件安装时,应按照设计尺寸要求进行电缆的固定,以便于电缆附件的安装;
3)GIS及变压器油浸终端安装时,应保持电缆安装端呈现自由状态,安装后电缆应及时固定,避免因电缆位移引起电缆附件质量事故。
1.3.2环境要求
电缆附件在安装过程中的环境非常重要,一般要求一下几点:
环境温度不低于5℃,温度过低易造成电缆弯曲半径过大、外护套容易损伤,温度过低还容易使绝缘填充剂粘度增大,在填充过程中产生气泡等;
环境湿度不大于80%,湿度过大容易使电缆绝缘及电缆附件表面产生湿气甚至露珠,给附件带来隐患;
安装现场无明显粉尘及腐蚀性气体,安装现场粉尘过大容易在附件组装过程中引入杂质,在其后的试验和运行中带来隐患;腐蚀性气体容易腐蚀电缆金属护层及电缆附件的组件;
2 电缆屏蔽层剥除及电缆绝缘层处理
按照设计尺寸对电缆屏蔽层进行初步剥除,初步剥除时可以使用合适的工具进行,剥除后的电缆绝缘直径根据设计要求预留打磨余量,并在距离设计半导电断口尺寸100mm左右时应停止剥除,改用玻璃片进行剥除。剥除时应注意不得损伤电缆绝缘本体!
电缆屏蔽层剥除后,用合适的工具对电缆绝缘表面进行打磨,打磨光洁度对电缆附件安装后的运行稳定性起到决定性作用。
2.1电缆屏蔽层断口处理
电缆屏蔽层断口要使用玻璃片进行剥除,玻璃片与电缆呈10°~15°的夹角,在屏蔽层断口处形成成长约40mm左右的锥面,锥面应平整、均匀。屏蔽层断口所在的平面应与电缆轴向垂直。
2.2电缆绝缘层的打磨处理
1)电缆绝缘层的打磨应该选用合适的工具进行,如电动砂带机。砂带的目数应从低向高选取,一般粗磨选用240目,精磨选用400目以上的砂带。用砂带机打磨时,砂带应包绕在电缆绝缘层表面,砂带机沿着电缆轴向均匀的往复运动,避免在同一个位置长时间打磨造成电缆绝缘出现椭圆情况。打磨后的电缆绝缘表面应圆整、光滑,不得有凹痕、划伤、杂质、白点等缺陷。在打磨电缆绝缘时严禁得打磨到半导电层;
2)电缆绝缘层在经过砂带机打磨后,用清洗剂进行清洗,清洗干净后再用400目以上的砂布对电缆绝缘层进行二次精磨,二次精磨后用再次用清洗剂进行清洗,然后用电热风枪对电缆绝缘表面进行烘烤。烘烤有三个目的,一是检查电缆绝缘层打磨是否符合要求,二是可以将打磨后产生的毛刺去除,三是可以去除电缆绝缘表面的潮气。
2.3电缆屏蔽层打磨
1)电缆屏蔽层的打磨应该先使用240目砂布进行粗磨,然后用400目以上砂布进行精磨,打磨时应保持砂布在电缆屏蔽层上快速移动,避免电缆屏蔽层产生焦烧;
2)打磨后的电缆屏蔽层应圆整、光滑,锥面应保持平整、均匀;
3)在处理电缆屏蔽层时应注意不得损伤电缆屏蔽层的其他位置,也不得打磨到电缆绝缘层。
2.4电缆绝缘层及电缆屏蔽层打磨后的清洗
打磨后的电缆表面需要再次进行清洗,清洗的顺序从电缆绝缘末端向电缆屏蔽层一侧进行清洗,严禁反向清洗。清洗后用风机吹干,并用保鲜膜包覆,防止下一步安装时被污染和损伤。
3 电缆附件组件的安装
电缆附件组件的安装是电缆附件安装过程中最重要的一个环节,电缆附件能否安全、稳定持续运行都依靠电缆附件组件起作用。安装过程主要分为:应力控制件安装、密封件安装、连接金具安装、封铅及接地安装等。
3.1应力控制件安装
3.1.1应力控制件作用及过盈量控制
电缆附件应力控制件主要由硅橡胶、三元乙丙橡胶等原料制成,通过预制成型技术将应力锥、绝缘增强层等复合成为一个整体,对电缆屏蔽断口场强集中起到疏散和缓解作用。
在安装应力控制件件前应仔细复核应力控制件内径及电缆绝缘层外径,确保应力控制件的内径和电缆绝缘层外径相匹配并有合适的过盈量。
合适的过盈量使应力控制件对电缆绝缘表面产生一定压力,该压力在一定范围内与击穿场强成正比,即在一定范围内压力越大击穿场强越大,附件的可靠性越大,界面压力控制在0.1MPa~0.3MPa⑴,相应的过盈量控制在6mm~12mm左右。
在正常运行时电缆发热容易造成电缆绝缘软化,如果过盈量太大时、界面压力过大,容易使电缆产生竹节状,且过盈量太大时造成安装困难。
3.1.2应力控制件安装
110kV电缆附件的应力控制件安装时有三种方式:预制式;现场扩张型式;工厂扩张型式。
预制式应力控制件安装:在电缆表面及应力控制件内表面均匀涂抹一层高压电力硅脂(或高粘度硅油等与电缆及应力控制件不相容的剂),采用高压清洁的氮气作为安装动力,使用高压氮气安装时会在电缆及应力控制件界面上形成气膜,减少安装过程中的摩擦阻力,应力控制件在安装过程中不会损伤;
现场扩张型式应力控制件安装:在安装现场使用专用工装对应力控制件进行扩张,扩张后套装在电缆上,抽出扩张工装,应力控制件自动复位安装在电缆上,使用现场扩张的好处是应力控制件与电缆绝缘表面不产生摩擦,安装过程中不会对电缆及应力控制件造成损伤,缺点是工装及扩张工艺复杂;
工厂扩张型式应力控制件安装:应力控制件在工厂扩张后用合适的支撑物进行支撑,在现场安装时抽出支撑物后支撑物自动复位安装在电缆上,安装方便快捷,缺点是支撑物一般为支撑条制成的支撑管,容易在应力控制件内表面产生压痕,由于扩张后到安装时间间隔较长、压痕在很长一段时间内难以完全复位,容易在界面产生气泡。
3.2密封件安装
110kV电缆附件的密封件主要由密封圈、密封金具、紧固螺栓组成,密封圈应符合GB/T3452.1规定,密封金具在出厂前应进行密封试验,紧固螺栓应保证能够紧密地禁锢在密封金具上,紧固后不得出现松动现象。
1)终端的密封件分为油密封(充油终端)、出线端部密封、底部密封三种,其中,油密封只适合充油终端。安装前应对密封件进行清洁并烘干。
油密封应选用不与所充绝缘油相容的密封材料进行密封,防止密封带材在绝缘油中溶胀、脱落而引起漏油事故发生。一般选用氟基胶带等带材作为密封材料,在氟基胶带才外侧严禁缠绕其他不耐绝缘油溶胀的其他任何带材。
出线端部密封包括套管密封及出线端子密封,密封圈必须保证是未使用过的、完好的,必要时在密封槽内涂抹适当的密封胶,增强密封效果。在安装过程中保证密封圈始终在密封槽内,不得有溢出、变形、断裂等现象。
底部密封一般采用密封圈型式。在安装过程中保证密封圈始终在密封槽内,不得有溢出、变形、断裂等现象。
2)中间接头应力控制件主体采用铜壳+密封胶+热缩管的密封型式,与电缆连接的两端采用铅封+热缩管的密封型式较多。
3.3连接金具安装
按照连接金具压接部分的外径选择压接模具,压接模具应光滑、无机械损伤,边缘应有倒角,避免在压接过程中损伤连接金具。
3.3.1终端连接金具安装
终端的连接金具应该采用六方围压方式连接,根据不同压模的压接面积,压接用的液压钳的压力应在60t~100t,对于截面积在1200mm2以上的110kV电缆附件,压接钳的压力应不小于200t。
压接后的连接金具表面应光滑、无毛刺、划痕等缺陷,如果有应用锉刀或纱布打磨光滑。
连接金具与放晕罩连接处应具备可靠的密封措施,保证连接金具在运行过程中保持密封形态,避免潮气侵入电缆及附件内。
3.3.2中间接头连接金具安装
中间接头的连接金具应该采用六方围压方式连接,根据不同压模的压接面积,压接用的液压钳的压力应在60t~100t,对于截面积在1200mm2以上的110kV电缆附件,压接钳的压力应不小于200t。
压接后的连接金具表面应光滑、无毛刺、划痕等缺陷,如果有应用锉刀或纱布打磨光滑。
在中间接头的连接金具外侧一般配备金属屏蔽罩,屏蔽罩应通过连接线与连接金具连接,使屏蔽罩与连接金具等电位,否则容易产生悬浮电位引发局部放电。
3.4封铅及接地装置安装
3.4.1封铅
封铅前应对封铅的表面进行清理,去除表面的杂物和金属氧化层,并用合适的工具将需要封铅的表面打毛,然后用铝焊条在封铅表面打底后即可进行封铅。
封铅的方式大体可以分为两种:一种是点铅,一种为贴铅。点铅是把铅焊条加热到软化,然后把软化部分迅速粘接在封铅表面,然后利用液化气喷枪等加热铅封并用油纸擀光;贴铅是利用坩埚将铅焊条融化,然后将融化后的铅焊条贴在需要封铅的表面,其他步骤与点铅的处理方法一致。
点铅的优点是铅焊条与封铅的表面粘接牢固,各种钱焊条都能使用,缺点是封铅时间稍长;贴铅的优点是速度快,缺点是粘接力稍差,对铅焊条的性能要求高。
注意:封铅的时间应不超过30min,如果条件所限封铅时间超过30min时应有冷却措施,确保电缆在封铅过程中不会被烫伤。
3.4.2接地装置安装
110kV电缆附件按照接地方式分为:直接接地、保护接地、交叉互联接地,其中保护及交叉互联接地是经过保护器接地,保护一般是无间隙的,电缆在正常运行中保护器对地起到绝缘作用,在出现相对地或相间短路后保护动作释放短路电压后自动复原。保护器的动作电压一般为3kV~7kV左右,而电缆在运行过程中金属护套中的感应电压在50V~300V,所以电缆在运行过程中保护器不会发生动作。
连接接地装置与电缆金属护套的连接电缆的绝缘水平不低于电缆外护套的绝缘水平,如电缆线路有回流线,那么回流线的绝缘水平也应与接地电缆绝缘水平一致(2)。
连接电缆与附件连接时,如果附件接地极材质为铝,电缆端子应选用铜铝过渡端子,或用铜铝过渡板进行连接,避免电缆运行过程中铜铝接触界面产生电化学腐蚀,进而产生接触电阻增大、烧蚀接地端子现象。
交叉互联接地时,交叉互联的顺序应一致,严禁反接。
4结论
110kV电缆附件国产化技术已经成熟,电缆附件厂家已经掌握了附件生产的关键技术,生产过程中的质量控制较为严密,提高附件安装质量成为附件质量提升的关键点,在附件安装过程中应对安装环境、电缆处理、附件组装各种因素全面分析,并给出具体应对方案,才能保证附件安装后安全稳定运行。
参考文献
关键词:电缆;附件终端;接头
电力附件是电缆施工中一道十分重要的工序,电缆附件的质量问题就直接影响着整个电气工程施工施工质量,因此在进行电缆施工过程中我们要对电缆的各个国家方面进行综合性的分析,以保障电缆可以长期有效的稳定工作,这也是电缆附件工作的主要作用。目前,在电缆施工过程中,我们进行电缆工作主要是采用高位电压向电缆的底端进行移动的方法,来保持电缆中端的电场分布区域的平衡,以保障电缆的稳定运行,从而对其进行合理稳定的释放电压,提高电力的质量,以供人们使用。
一、电缆附件的概述
1电缆附件的特点
目前,我国在进行电缆施工的时候,电缆附件主要采用化学合成材料,作为电缆终端的绝缘体材料,这种材料主要是应用高品质橡胶绝缘的方法为基础,对其进行科学化处理,让原本具有良好的疏水性的橡胶材料得到进一步的开发,而且还大大的提高了它的自愈性,在水滴出现在这种橡胶材料上时,它就会自动生成一层放点薄膜,以防止长期使用,而导致的材料老化。因此我们可以看出,电缆附件有这几种特性:绝缘性能、防腐性、防水性,而且有的材料还具有抗紫外线的特性,因此有着超长的使用寿命。
2电缆附件的作用
其实电缆附近的作用其实很简单,就是起到一种连接作用和稳定作用,让电压从高位电压向电缆的底端进行一定,从而达到一种稳定的状态,使其各种终端电厂的轴应力和向应力发展一定的变化,从而实现电缆的连续。
目前,在电缆施工当中,电缆主要由导体、绝缘、护层和屏蔽这三个方面组成的,而电缆附件则是通过本身的连接和稳定的作用,使其电缆的功能得以延续。从而实现 导体间的良好接触和绝缘外层的可靠实施,从而保障电力供应的可靠性,使得人们的生活质量不受到影响,让社会经济可以快速的发展。
我们在进行电缆施工的时候,电缆附件的制造工艺和其他的电气元件的制造工厂存在着一定的独特性,而且除了要保证自身的稳定性以外,还要保证电缆附件的绝缘性,以确保在长久的电力使用中不会出现问题,而且超强的防水性,也可以大幅度的提高了电缆使用寿命。
二、一般规定
1电缆终端与街头的制作应当经过培训熟练工人进行施工。
2电缆终端及其接头制作的时候应当严格遵守制作工艺流程, 充油电缆上应当遵守油务及其真空工艺的相关规定。
3三芯电力电缆在电缆中间接头处, 其电缆铠装、 金属屏蔽层应各自有良好的电气连接并且相互绝缘, 在电缆终端处 , 电缆铠装、 金属屏蔽层应采用底线连接方式分别引出, 并且应当合理的接地分析。
4在室内及其充油电缆的施工现场应当具备相应的消防器材。 室内或者隧道施工的时候应当具备相应的临时电源。
5 在电缆连接中由于电缆终端和接头的品种繁多, 橡胶卷元电缆及其附件发展较陕,在安装的过程中常常会出现各种接头形式的相互影响, 从而形成连接中的不合理和规格的不完善等影响因素。
三、安装要求
1单芯电缆如果是铜丝屏蔽, 则用裸铜丝绑扎后再将屏蔽铜丝翻向后面, 留作过桥线。
2对于单相的直埋敷设, 不能用铁磁材料作保护盒, 建议用玻璃钢或硬质塑料保护盒。
与传统的电缆附件施工工艺不同, 预制式电缆附件施工工艺复杂,工技术难度较大,它的安装程序和工艺要求不容易被施工人员熟练握, 施工中普遍存在这样或那样的问题, 是影响电缆分支箱正确安装与安全运行的主要因素。
电缆在安装的时候需要通过各种技术手段来确定电缆附件长度, 对复检长短合适、 平齐, 防止因过长或过短相电缆产生较大的推力或拉 力, 导致固定的T型电缆接头与电缆或电缆分接箱出线套管接触不良, 避免电缆分接箱出线套管因受力导致漏气。
电缆分接箱基础内必须安装电缆固定支架,电缆三心分相处以下 在支架上进行固定处理,同时应采取措施保证三叉头在接线柱的正下方, 确保不发生分接箱内电缆及附件受到下拉力, 这样可以有效避免电缆分接箱出线套管因受力导致漏气现象的发生。
3 将导体连接管套在剥切长端电缆线芯导体上, 先压接好, 除去毛刺和飞边, 清除金属屑末, 用清洁布擦净电缆绝缘表面、 半导电层表面及导体连接管表面。
4 预套接头预制件。 先在剥切长端电缆绝缘表面、 半导电层表面及接头预制件内孔均匀地涂—层硅脂, 然后套在该线芯上, 直到电缆绝缘从预制件另一端露出时为止。
5 压接另一端线芯。 将接头外护套管套在剥切短端— 4 电缆上, 并在每相线芯上分别套 E 屏蔽铜丝网,再将短端电缆每相线芯导体分别插入已压接在长端电缆每相线芯- 9 - ~~的连接管内, 进行压接, 除去飞边和毛刺, 用清洁布擦净电缆绝缘表面、 半导电层表面及导体连接管表面。
6 将接头预制件移到接头位置。在短端电缆绝缘表面上均匀地涂一层硅脂, 然后将领套在长端电缆线芯上的接头预制件拉到接头位置,要保证预制件内两端的应力锥半导电层正好分别搭盖在两端电缆绝缘外半导电层末端上, 具体尺寸按制造厂提供的安装说明书规定。
7 在电缆线芯绝缘半导电层与预制Y C - - ~导电层搭接处包绕半导电自粘带,以形成连续的锥形过渡面。
8 将屏蔽铜丝网移到接头中间位置,均匀地向两端拉伸,使其紧贴在预制件接头表面上, 两端绑扎并焊接在电缆屏蔽铜带上 。也可用缠绕
方式施加屏蔽铜丝网。 .
9将三相接头捏拢, 再将过桥线( 镀锡编织铜线)分别绑扎在接头两 端电缆的钢带和三个线芯屏蔽钢带上,并焊牢。用白纱带或 P V C带绑 扎三相接头, 并用填料填充三相间隙处,以使其尽可能圆整。
四、安装中注意事项
在电缆终端的施工中,必须严格按照预制式电缆附件安装说明剥削尺寸进行,不同生产厂家的T型电缆接头产品要求的电缆终端施工尺寸略 有不同,不能按照传统电缆终端装配尺寸或其他厂家的剥削尺寸进行施工 。
施工过程中要确保电缆终端铜屏蔽层、 半导电层、 绝缘层施工剥切尺寸正确, 否则电缆外半导电层和铜屏蔽层保留过多或过少, 绝缘部分长度过长或不足, 都会造成影响。
经过总结,以上几起预制式电缆附件设备故障引起运行中电缆分接箱损毁的根本原因,就是电缆头施工质量不过关, 施工人员对预制式电缆附件的施工工艺不熟悉。
结束语
由此可见,电力附件在电缆施工中有着十分重要的作用,它不但有效的控制的高位电压的移动,还使得电压在使用的时候具有一定的稳定性,让人们的生活生产都得到了一定的帮助。不过,由于对电缆附件安装技术都有着严格要求,因此在进行安装工程中要严格安装,施工要求对其进行安装,避免因安装方法不当,产生的一系列问题,从而导致安全施工的发生。
参考文献
关键词:110kV电缆附件 击穿 局部放电 工频电压 改进
1 事件概述
2012年广州供电局有限公司多条110kV线路在线路竣工验收时,110kV电缆附件的耐压试验出现异常,经核实发现异常原因为110kV电缆接头主体发生击穿故障。发生故障后,我局组织与供应商一并进行了解体检查,检查结果如下:
1.1 外部保护情况:三个接头解剖开玻璃钢外壳,铜外壳的安装,地线的连接,以及灌注防水绝缘胶等都满足工艺要求。
1.2 击穿现象:去掉铜外壳,切除掉接头主体上缠绕的绝缘带及屏蔽铜网后发现主体有击穿故障点。
1.3 安装工艺尺寸:解剖开接头主体,对电缆开剥尺寸以及断口和绝缘的打磨处理、压接导体后导体间的长度、搭接尺寸等进行检查测量后,各尺寸基本符合安装工艺要求。
2 供应商生产过程追溯及问题排查
故障产品解体后,我局组织供应商对其产品原料检验、生产工艺和试验设备等各方面进行了排查,结果如下:
2.1 经供应商对故障接头原料、生产过程、出厂检验进行追溯,原料为“xxx”液体硅橡胶,进厂检验物理性能、电性能均合格;生产工艺稳定,符合要求;产品出厂试验满足GB11017中出厂试验的要求。
2.2 供应商所采用的xxx硅橡胶材料具有优越的绝缘性能,体积电阻率≥1015Ω.cm,1mm厚硅橡胶材料能耐受电压≥23kV实测值26.86kV。同时其110kV中间接头经过了出厂试验:局部放电试验96kV下未检测出超出背景的放电,工频电压试验160kV/30min,未击穿,未闪络。
2.3 通过解剖情况来看,安装工艺、电缆开剥尺寸及处理以及接头主体的搭接尺寸等都符合安装工艺要求。
2.4 从接头的设计结构上分析,接头在投入市场前通过了武高所的型式试验,接头的设计结构,应力控制曲线得到了论证,并进行出厂试验“96kV局部放电试验,160kV工频电压试验”,符合标准要求,并且该供应商的110kV接头使用至今,产品的原料及结构曲线、绝缘厚度、生产设备没有更改过,已投运的110kV接头尚未发生一起运行故障。(下图为ANSYS有限元软件对接头电场分析的结果,表明接头内部电场分布均匀。)
2.5 2012年该供应商110kV整体预制式中间接头供货给国家电网工程的数量有1095套,到2012年12月31为止已安装的110kV接头有924套,尚未出现一次运行故障,供应国网的货物与供应南网的货物其原材料、生产工艺、人员设备和安装施工技术均一致。
3 故障原因
后经供应商从设计源头对接头生产流程进行梳理,结合益和科石、友好站故障点位置,注意到接头发生故障的位置均在接头内置高压半导体屏蔽电极端部的合模线附近。产品上合模线生产过程中需打磨处理,需要较好的技术要求,打磨不够,会造成尖端放电;打磨过头,又在应力控制曲线的圆弧上形成新的尖端,造成局部放电。为了便于产品脱模取出,我们设计的合模线位置位于直线和圆弧的相切点,给打磨工艺造成一定的难度,同时也留下一定的设计隐患。(如右图)
广州局三起接头故障,第一起和第三起是合模线打磨工艺造成的隐患,在出厂试验中未检出局放,在竣工试验128kV时发生局部放电造成击穿故障,而第二起产品由于采用冷缩工艺,该工艺存在扩张缺陷及产品储存期的问题,最终形成隐患。
4 改进措施
针对以上问题,经我局技术部门人员与供应商沟通,要求供应商进行认真检查、完善生产、配套、技术交流、指导安装各流程环节,并进行如下整改措施:
4.1 提高铝屏蔽罩标准、提高精度,保证圆整度,无尖端毛刺。
4.2 改进高压半导体屏蔽的模具结构,消除人为因素带来的隐患。
4.3 加强产品指导安装人员技术力量支撑,安装过程适当增加电缆接头一定的绝缘裕度。下图为接头改后的电场强度计算分析对比:
如图可见原110kV1000mm2中间接头应力管端部最高场强4kV/mm,可满足正常工作电压要求,改进后应力管端部最高场强下降到3.4kV/mm,比原场强下降15%。原110kV 1000mm2中间接头应力管水平段与屏蔽层间的绝缘厚度为35±0.5mm,改进后应力管绝缘厚度为40±0.5mm,从图a和图b可以看出,改进后的电场分布更佳。
同时供应商也作出承诺提高出厂试验的标准:“首先按照标准96kV局部放电试验,然后160kV工频电压试验,最后增加项:降至128kV检查局部放电合格,方可出厂”,避免发生耐压后损伤而未发现的情况。
5 结束语
2000年之前,110kV以上XLPE电缆附件几乎是进口产品一统天下,期间只有限的使用了个别终端及中间接头的接地保护箱。随着经济的发展及城市建设的需要,在应用的预制式、预制组装式等电缆会采用进口或合资企业产品、主要进口部件配国内配件等,目的是保证电网的安全运行。国内制造企业要积极改进生产技术,努力提高产品质量,国产电缆附件一定会在未来的电网建设中起着越来越大的作用。
参考文献:
[1]邓志勇.电缆附件局放内置传感器与超高频检测的研究[D].重庆大学,2008.
[关键词]电缆敷设设计计算机辅助CADMCL
中图分类号:TP3文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1110129-01
一、引言
随着600MW、100MW大型火电厂的日益建设,使得电厂的电缆数量越来越多,厂区覆盖面积也越来越大,缆道网络更加复杂。计算机辅助设计已成为工程设计人员的重要工具,也为改革电缆敷设设计方法提供了重要的途径。将计算机辅助设计技术应用电缆敷设设计工作中,可以把设计人员从繁重的工作中解脱出来,提高工作效率,加快施工进度。
二、计算机辅助电缆敷设设计的优点
1.应用计算机设计和管理数据,可兼顾多种因素,尤其对于大规模的电缆敷设设计工作,能显著提高设计的可行性,使布线合理、清晰,尽量避免电缆之间的交叉和避免排放过程中由于设计不合理而造成的返工,提高施工进度和施工质量。
2.可以大大地加快设计进度,有效地缩短电缆敷设施工时间,保证施工质量,使电厂能尽早投入试运行。
3.可在施工过程中视具体情况方便及时地进行变更设计,而人工设计则因为涉及的电缆太多而很难在短的时间内进行这种全面变更设计。
4.有效的减少手工布线所必须面对的繁杂工作,降低技术人员的工作强度。使技术人员可以从大量重复的、机械式劳动中解脱出来,进行电缆敷设的总体设计和施工指导。
5.节省材料,降低费用。技术人员有可能更合理的规划和设计电缆桥架,以避免以前施工中仅凭经验设置桥架,造成的不必要的材料浪费。
6.可以改变以往施工中以及施工结束后的大量技术文档的统计整理,及时建立完整的施工技术文件和竣工资料。
三、CADMCL软件系统
(一)CADMCL系统开发环境
1.编程语言:DELPHI 6.0。2.数据库:Microsoft SQL Serve 2000数据库。3.开发平台:基于Windows 2000/98平台。
(二)运行环境
1.硬件配置。为了适合施工现场的实际情况,选择PC系列微型计算机。要求64M以上内存(建议使用128M内存),2G以上硬盘(建议使用4G以上硬盘),并且要求配有CDROM和3.5寸软驱,还要求配有打印机。
2.软件配置。本软件可以运行于中文Windows 98/2000之上版本,数据库使用MicrosoftSQL Server 2000数据库管理系统。另外还要求装有Office 97/2000。
(三)该软件系统特征
CADMCL系统的研究充分结合了前期开发的电缆敷设设计数模和优化技术,以电缆工程管理数据库为核心,采用先进的计算机开发平台,是一种兼备安装工程信息管理和计算机辅助电缆敷设设计功能的大型应用软件系统,其特征可归纳为下述几点:
1.专门为火电厂电缆安装工程定制,密切结合现场实际符合相应技术规范,且满足工程总体管理的需求。
2.充分考虑了施工单位不同层次用户对系统的需求,系统可为管理者提供可靠和及时的施工过程信息,以便有效地管理和控制工程的进度和质量。
3.系统采用统一的数据库,把设计审查、电缆施工组织设计和施工过程管理有机的结合在一起,可以彻底改变以往因变更设计资料整理不及时或其他原因导致的施工管理混乱的局面。
四、CADMCL软件系统应用流程
(一)电缆数据快速录入
电力设计院提供的电缆清册多为文本格式或者电子版本的电缆清册,管理起来非常困难,同时,在电缆施工完成以后还要对电缆进行各方面的管理。因此本系统采用快速导入的方法将电缆清册中的电缆数据信息转化为数据库信息。然后再进行统一修改、查询统计等管理工作。对于极少量临时添加的电缆采用手工录入的方法。主要功能:
1.导入电缆清册。输入:设计院电缆清册(电子表格);生成:电缆清册表(数据库表)。2.手工录入。来源:电缆清册(书面);生成:电缆清册表(数据库表)。3.修改:电缆清册表(数据库表)。4.删除:电缆清册表(数据库表)。
由于电缆数量众多,设计院设计人员难免会出现一些错误,最常见的就是经常会造成电缆重复现象发生,而且重复数量有的多达10根以上。施工人员很难发现这种情况,只有在进行电缆统计和敷设完成后进行接线时才能发现,容易造成返工。因此,CADMCL管理子系统针对这些情况采取了一些必要的手段和方法避免这种情况的发生。
主要功能:1.查找;2.检复电缆;3.添加(现场修改、设计变更、与原设计有区别的电缆);4.修改;5.删除(将原始数据保存)。
设备的情况和电缆的情况类似,只是数量相对电缆要少得多,施工人员比较熟悉,为增强查找的方便性,查找功能用模糊查找,施工人员只需根据设备编号的某些字段便可查到。主要功能:1.模糊查找;2.添加;3.修改;4.删除。
(四)其他流程
1.特征截面统计。统计特征截面是电厂电缆施工过程中和施工完成后一项重要的管理内容。查看桥架截面可以根据施工人员的需求对全部电缆或者已敷设电缆进行截面统计,此项功能可以统计出该截面内的电缆根数和截面的剩余容量。施工人员可及时根据剩余容量及时调整电缆路径避免电缆堆积和电缆桥架的空置。提前了解桥架特征截面内的电缆情况和电缆容量对施工进度和施工质量有重要意义。另外在施工完成后可以通过此功能将桥架内的电缆导出到Excel表中,为截面图提供数据基础。
2.返回接线情况。(1)说明:根据施工单电缆的接线情况,将未接线电缆的情况返回到数据库,以便随时查找;(2)数据:电缆型号、起点设备、终点设备和电缆路径等;(3)数据来源:电缆清册表、电缆信息表和施工单电缆排序表等。
3.电缆库存管理。库存管理是制约施工进度的重要因素,施工材料充足才能保证施工顺利进行。库存管理功能主要根据材料清册、材料入库、材料出库、订货信息、增补定货和库存统计进行管理。该功能可以运用到整个电厂建设项目,也可以运用到各个工地。库存统计可以为各工地统计出该工地每种型号电缆的总量、使用量和剩余量,以便可以及时增加库存。
五、结束语
CACMCL软件系统中包含了对电缆连通性与路径的检查、电缆的长度与敷设过程的合理排序、电缆桥架的各特征截面表述与统计对交叉的电缆的查找与统计等多项专有算法和技术。因此应用本系统进行电缆敷设设计和工程管理,可使电缆的布线更加合理、清晰,有效地避免电缆之间的交叉,有效的解决了排放过程中由于设计不合理而造成的返工,可以显著提高了设计、施工的进度和质量。对电厂建设工程的按期或提前完成有实际的意义。
参考文献:
[1]梅豫明,计算机在电厂电缆敷设设计中的应用,广东电力,2005年.
关键词:高压电缆头;半导体涂覆;制作流程;高压电缆故障;电力系统;电力设备 文献标识码:A
中图分类号:TM247 文章编号:1009-2374(2016)19-0014-03 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2016.19.007
随着电力系统建设规模的不断扩大,高压电缆的应用越来越广泛,在其铺设过程中为了进行电力电缆的连接,都需要制作电缆头。与高压电缆本体相比,在高压电缆的整个运行寿命中,电缆接头是薄弱的环节。由电缆接头导致的电缆故障占到了电缆故障的主要部分,且电缆接头所处位置较特殊,排查故障往往花费较长时间,造成过高的故障诊断与维修成本。因此要使中间头和终端头达到质量最优的控制效果,高压电缆头的制作方法受到越来越多人的重视。
1 高压电缆结构
高压电缆产品规格与型号众多,按材料划分主要有交联乙烯绝缘电缆(XLPE)绝缘电缆、油浸纸绝缘电缆、塑料绝缘电缆、橡胶绝缘电缆等,但XLPE电缆使用最为广泛。电力电缆结构通常情况下主要由芯线、绝缘屏蔽层以及保护层三部分构成,图1是电缆结构图。电缆线芯采用多股圆铜线或铝线紧压绞合而成,外形上可分为紧压型与非紧压型。由于紧压型电缆表面较为光滑、有效地避免了引起电场集中,同时降低水分进入线芯造成电路短路的可能性,因而在制造过程中,一般都以紧压型为主。绝缘屏蔽层包括主绝缘层、半导体屏蔽层及金属屏蔽层(主要铜屏蔽层)。保护层包括内衬层、钢铠、外护套。从图1可以看出,保护层处于整个电缆最,因而它是保护整个电缆正常工作的第一道屏障,其结构可以根据具体使用环境采取相应的设计。
2 高压电缆中间头和终端头制作的质量要求
电缆终端头是将电缆与其他电气设备连接的部件,电缆中间头是将两根电缆连接,两者统称为电缆附件。电缆附件作为电缆电力系统供电的重要枢纽,它应该具备与电缆本体相同的使用寿命。下面给出了电缆附件性能参数:(1)电缆中间头联接处电阻要尽量小且联接处要保证稳定,能耐受短暂大电流冲击,联接处电阻在长时间运行后不能超过电缆线芯本体等长度电阻的1.3倍;(2)抗振动、耐腐蚀,具有一定的机械强度,同时成本低、体积小,便于现场操作人员安装;(3)电缆附件应该具备电缆本体相同的绝缘性能,介质损耗要低,具有应对电场突变的措施。
3 高压电缆附件基本技术要求
电缆附件作用主要是机械保护、防水、防火、耐腐蚀等。针对具体要求设计相应的保护层结构,也可以根据需要进行各种组合,因此电缆附件基本技术(结构设计、材料研究)改进也越来越受到重视。
基于上述背景,国内外相关学者及企业不断探索附件的材料优化和结构仿真优化,如参考文献[7]研究出采用注压硫化生产高压电缆附件的件的三元乙丙橡胶(EPDM)绝缘材料的配合技术,从生胶的选择,配合剂的选用、加工注意事项等方面进行了研讨,总结出了一个优化配方,所研制的EPDM绝缘材料具有优良的物理性能和电绝缘性能,生产工艺性好。参考文献[8]使用有限元算法实现了电缆附件软件包的研制,该软件包利用Visual Basic 6.0嵌套Fortran生成的动态链接“D11”程序开发而成,软件使得电缆附件设计人员可直观地看出场强集中的部分,若是希望知道某一点的确切场强和电位,只需用鼠标点击该点,即可显示该点准确坐标、径向场强和确切电位,大大地提高了设计人员的效率。参考文献[9]模拟电缆附件在安装过程中由人为操作不当导致,诸如刀痕、毛刺尖端、金属颗粒悬浮等缺陷对附件电场分布的影响;参考文献[10]至参考文献[13]分析了界面压力、粗糙度对界面介电性能的影响及应对措施。为改善电缆电场分布,电缆附件在制造时,可以采用几何结构法、电气参数法以及二者相结合来解决附件上应力集中等问题;电缆附件制作时应该尽可能地做到杂质和空隙零出现、增加两种绝缘材料界面的压力,提高附件耐电强度。半导体屏蔽层使用是屏蔽气息的有效措施,而且能够改善电缆表面电场的分布。目前,交联热缩电缆附件在电力系统中使用最多,采用材料由聚乙烯-醋酸乙烯(EVA)及乙丙橡胶等混合物组成,该附件符合GB 11033标准,可以在55℃~140℃之间长期
使用。
4 半导体涂覆应用于电缆头制作
通过对国内近十年电缆本体、附件故障的统计发现,电缆接头处由质量引起的故障超过60%。高压电缆接头处的故障,其中有两类诱发因素较为常见:一类是电缆屏蔽层端口处的击穿,破坏了主绝缘的性能;另一类是接地连接及芯线连接时不可靠带来接触电阻大,出现电流冲击后局部过热,降低了绝缘性能甚至破坏主绝缘的绝缘性能。现有技术中采用的提高电缆头性能的制作方法有:(1)采用几何形状法结合应力管应用减少接线端部解决电应力集中问题,其中对应力管包括热缩式应力套管、预制附件套管、冷缩式应力套管;(2)采用专用设备提高压件的压接应力,如改善压接孔结构、利用新型紧固件等;(3)采用新材料,利用材料配方高介电常数材料主动缓解电场应力集中。
然而由于现场操作时个人对内护绝缘层几何尺寸处理的理解不一、接头处允许的附件尺寸不同,上述采用(1)、(2)措施所能达到的效果不可控,也达不到统一的标准。本文针对以上问题,提出了一种操作简便、性能可靠的应用半导体涂覆的高压电缆头制作方法。
4.1 半导体涂覆电缆头制作流程
在对高压电缆头的结构与性能以及电缆头制作时质量要求了解后,现给出应用半导体涂覆的高压电缆头制作流程如下:(1)制作环境:避开雨雾及大风天气,确保工作环境在2℃及以上、相对湿度低于70%、粉尘质量浓度小于20CPM;(2)电缆附件的检查:检查出厂日期及包装密闭性后,对所有电缆附件预先试装,确认规格与待加工电缆一致,且部件齐全;(3)剥除外护层及铠甲:按尺寸要求剥除外护层及铠甲,其中剥除铠甲需顺铠甲抱紧方向,并处理锯断处的铠甲毛刺;(4)内护绝缘层处理:将电缆断面的内护绝缘层端部削成锥形,此锥形为反应力锥,同时进行抛光处理和表面清洁,然后采用硅脂锥形界面,同时填充界面的气隙;(5)芯线处理:将芯线断面裁切整齐,侧面用不掉毛的细布或纸清洁表面,然后涂抹导电膏,再预先套好一件冷缩式内绝缘护套管、两件应力管后用铜接管压接芯线、两件热缩式外绝缘护套管,同时用砂布对锥面进行抛光处理并清洁表面,最后对的芯线、铜接管和内护绝缘层锥形面涂覆半导体材料;(6)应力管安装:在剥除半导体屏蔽层处清理加工面残留物后涂抹硅脂,然后安装应力管,其中安装应力管与铜屏蔽层的接触长度为20~25mm;(7)电缆接地处理:对铜屏蔽层和铠甲层去除表面氧化物后,分别焊接接地线,焊接前后均需对电缆绝缘值进行测量,保证绝缘值高于或达到要求值,同时铜屏蔽层和铠甲层之间保证良好绝缘;(8)缩紧护套管:对上述做好的接头,表面涂抹硅脂,将两件热缩式外绝缘护套管中间交叉重叠放在接头中间位置,然后从中间开始分别向两侧加热收缩外绝缘护套管,挤出空气并保证加热均匀,最后对接头制作区进一步做好防潮处理。
4.2 半导体涂覆电缆头制作注意事项
在导体表面涂覆一层半导电材料,可以形成一道内屏蔽层,该屏蔽层与导体等电位并且与绝缘层良好接触,避免在导体与绝缘层之间发生局部放电。以下为半导体涂覆的一些注意事项:(1)内护绝缘层处理时,用砂布对锥面进行抛光处理,用浸有清洁剂的不掉毛细布或纸清洁内护绝缘表面,从绝缘端部向半导体单方向进行清洁操作;(2)芯线处理时,涂覆的半导体材料为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA为聚合物基体、炭黑CB为主要导电填料、有机过氧化物为交联剂组成的复合材料;(3)缩紧护套管时,两件热缩式外绝缘护套管中间交叉重叠位置不少于110mm;(4)缩紧护套管时,对接头制作区的防潮处理,采用自黏密封带螺旋形缠绕;(5)芯线处理时,涂覆半导体材料,整个涂覆外表面形成整齐圆柱形。
5 结语
本文综述了高压电缆的结构与性能、高压电缆附件技术要求以及电缆终端头和中间头的质量要求,在此基础上针对常见电缆头故障提出了一种新的高压电缆头中间芯线的制作方法。该方法具有针对性强、操作简便、性能可靠等特点,易于被现场操作技术人员掌握,从而可有效地提高电缆头制作的质量和操作人员的制作效率。该方法选用新型半导体屏蔽材料乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA为聚合物基体等组成的复合材料,且对半导体涂覆范围、结构尺寸和外径面需要达到的技术指标进行了明确的设定,可有效缓解由于电缆本体屏蔽层剥离带来的断口处电场强集中的问题,提高了主绝缘层的绝缘性能和使用寿命。内护绝缘层处理、芯线处理时,增加了清洁方向的规定,可减小加工碎屑的残余,有效降低后期由于同一导电介质层存在杂质而带来的安全隐患。芯线处理时,增加了清洁要求和加涂导电膏的要求,可以增加芯线和铜接管的有效解除面积,降低接触电阻,减少由此引起的局部发热对主绝缘的破坏。
参考文献
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