干式高壓電纜終端頭登塔裝置的設計與應用

張建榮

（上海電力設計院有限公司，上海 200025）

0 引言

目前使用的高壓電纜終端頭，大多為充油瓷套管，即在交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣上，套裝應力錐后再裝瓷套，密封后充滿硅油或其他絕緣介質。這種電纜終端頭存在諸多弊端，例如：發(fā)生漏油不利于防火和防爆，污穢條件下容易閃絡；又如：設備體積大、重量重、價格貴，不利于運輸和安裝。

我國于20世紀90年代開發(fā)出一種采用有機絕緣材料的干式穿墻套管。該套管的特點是剝去PVC外護套、接地屏蔽層、半導體屏蔽層后，將兩端露出的導芯壓在接線端子中，然后在電纜絕緣表面，用絕緣材料沿電纜軸向固定若干個金屬電容屏，構成沿表面均壓結構，并用多相聚合物交聯(lián)熱收縮材料做成外護套及傘裙。但是，采用該原理制作的電纜終端頭，仍舊存在加工和施工不便等問題，例如：電纜終端頭只能在現(xiàn)場施工，因為穿墻套管大多為水平配置，而電纜終端頭卻要垂直安置，還有不少終端頭要安裝在塔上和鋼管桿上，十分不方便。

隨著建設上海智慧城市電網的不斷推進，城市電網線路改造的不斷深化，110kV架空、電纜混合線路在市區(qū)道路旁的使用越來越多，如何解決征地和電纜登塔難題，加快割接工程的進度，被提上議事日程。

1 設計原理和結構特征

1.1 設計原理

一般高壓電纜終端頭的電極由導芯和法蘭構成，屬于帶有強垂直分量的極不均勻電場。因此，沿套管表面各處流過的電流是不均勻的。當達到一定的沿面電位梯度并存在較高的電壓變化速率時，在法蘭處首先發(fā)生電暈，繼而刷狀放電、滑閃放電，最后形成閃絡［1］。

GDZ型干式高壓電纜終端由接線端子、等位帶、導芯、電纜絕緣層、電容屏層、接地聯(lián)接層、外護套、傘裙、接地及測量引線構成，如圖1（a）所示。設計原理是沿電纜絕緣表面，從導電端到接地端，沿軸向間斷地附設n個圓筒狀電極屏，構成n個串聯(lián)電容，強迫電纜終端表面電壓分布均勻，其等值電路如圖1（b）所示。

圖1 GDZ型高壓電纜終端頭

圖1 （a）中：C0、C1、…Cn為第n個電容屏與第n－1個屏之間的電容；K0、K1、…Kn為第n個電容屏與導芯之間的電容。

按圖1結構可以精心設計每個電容屏，使得每2個電容屏之間的電壓降相等以及沿面電壓分布均勻，從而大幅度提高起暈電壓和滑閃電壓，限制放電的發(fā)生和發(fā)展，提高電纜終端的閃絡電壓和擊穿電壓。

1.2 結構特征

由圖1可以看出，接線端子視其載流量大小選定，并與電纜導芯截面配套，在現(xiàn)有產品中選擇；等位帶是聯(lián)接導芯與第一個電容屏的金屬帶，它的一端被壓入接線端子，另一端與第一個電容屏焊接；電容屏層是強制電纜終端表面電位分布均勻的重要結構，在接線端子到被剝去的半導電層的邊緣的電纜絕緣表面上，沿軸向均勻地布置N個電容屏，即用絕緣材料固定若干個相互絕緣的金屬屏，從第一屏到末屏相互疊套，屏長逐漸加長。從倒數第二屏引出測量引線，從末屏上引出接地引線；聯(lián)接末屏與半導電屏蔽層及接地屏蔽層的接地聯(lián)接層用導電材料包繞而成，起到機械固定和電氣聯(lián)接的作用；用多相聚合物交聯(lián)輻射熱收縮材料制成的熱縮管緊緊固定在電容屏層及接地聯(lián)接層之外，起到外護套作用。為了達到一定的泄漏比距的要求，外護套粘了一定數量的傘裙；測量引線是為了帶電或停電時測試所用，不用時與接地線聯(lián)接并與設備一起接到接地網上。

GDZ型干式高壓電纜終端頭的局部放電性能和介質損耗特性十分突出，沿面電壓分布均勻，污閃電壓高，具有無油、無瓷、防火、防爆、體積小、質量輕、免維護、施工方便等特點，而且價格約為進口終端頭的1／2。

2 登塔（桿）裝置的設計

2.1 設計方案

從地下排管引出110kV電纜，分別沿電纜登桿桿身兩側（每側3根單芯電纜）安裝的單芯鋁合金電纜夾頭，敷設至上、中、下三相導線橫擔（在固定電纜終端頭的導線橫擔上設置有供電纜安裝人員使用的安裝踏板），電纜由橫擔鋁合金夾頭固定，經GDZ型干式高壓電纜終端頭引出線，與導線橫擔間對拉導線絕緣子和避雷器連接，實現(xiàn)電纜與架空導線的連接。該接線方式簡潔明了、安全可靠，完全滿足電氣間距，如圖2所示。圖2中①為單聯(lián)耐張絕緣子串裝置；②為雙聯(lián)可調耐張絕緣子串裝置；③為避雷器；④為110kV戶外終端頭；⑤為電纜終端頭固定板；⑥為T型線夾；⑦⑧為設備線夾；⑨為碗頭掛板。

圖2 電纜與架空導線搭接

2.2 方案比較

如圖3（a）所示，在傳統(tǒng)110kV電纜登塔（鐵塔總高為26.5m，呼稱高為16.0m）中，大多采用充油瓷套管電纜終端頭?？紤]到電纜終端頭重量較重、需要定期維護，因此在電纜登塔時需要安裝1個距地面7m以上的平臺（110kV單回路的平臺尺寸為8.0m×3.2m；110kV雙回路的平臺尺寸為2個6.2m×4.6m），這給檢修工作帶來不便，而且在城市景觀道路旁由于征地困難而難以實施。

圖3 電纜登塔方案比較

如圖3（b）所示，110kV電纜GDZ -110干式高壓電纜終端頭安裝在110kV電纜登桿上，利用干式電纜終端頭的諸多優(yōu)點，取消了電纜登塔時的安裝平臺以及較為繁瑣的導線連接方式，直接利用鋼管桿上的橫擔作為固定電纜點，再利用干式電纜終端頭重量輕的特點，直接將其固定在電纜上。該110kV雙回路電纜登桿總高為35.5m，呼稱高為19.0m，地線橫擔與導線上橫擔距離為4.5m，桿身上共設置4層導線橫擔，間距均為4.0m。

2.3 效益比較

在變電站進線工程中采用GDZ -110kV干式高壓電纜終端頭登桿后，運行單位對GDZ-110kV干式高壓電纜終端頭裝置的維護及運行狀況非常滿意，體現(xiàn)了GDZ -110kV干式高壓電纜終端頭的無油、無瓷、防火、防爆、體積小、質量輕、免維護、污閃電壓高等諸多優(yōu)點，同時也為在道路兩側架空線轉換電纜提供了既美觀又實用的裝置。

110kV干式電纜頭登塔裝置與110kV雙回路電纜登塔裝置相比，明顯減少了設備費用，同時也節(jié)省了征地費用，如表1所示。

表1 兩種方案經濟費用比較

由表1可知，電纜登桿高度（呼稱高）19m，高于電纜登塔高度16m，若基于相同高度比較，經濟費用效益更為顯著。

3 結論

基于GDZ型干式高壓電纜終端頭設計的新型登塔裝置，在110kV架空、電纜混合線路工程中的應用，不僅克服了充油瓷套管電纜終端頭的漏油、易燃、易爆、維護工作量大的缺點，同時節(jié)省了電纜登塔占地面積，美化了道路兩側的景觀，實現(xiàn)了電纜終端頭的免維護，因此具有良好的應用前景。