縱向阻水型導(dǎo)引電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及性能的探討

/國網(wǎng)北京市電力公司電力科學(xué)研究院 王名遠(yuǎn)

國網(wǎng)北京市電力公司朝陽供電公司 王明春

江蘇上上電纜集團(tuán)有限公司 劉威/

0 引言

隨著近年國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，能源、電力等基礎(chǔ)行業(yè)發(fā)展更加迅猛，電力線路故障也隨之增加。由于各大城市負(fù)荷增大，在高壓電纜輸變電系統(tǒng)、城市變電所供電或距樞紐變電所很近的發(fā)電廠供電線路中，迫切需要縱差保護(hù)和傳輸信號。導(dǎo)引電纜繼電保護(hù)是一種性能較好的短線路保護(hù)，具有裝置簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)量少、技術(shù)成熟、保護(hù)性能好等許多優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用在短距離的輸、配線路上。導(dǎo)引電纜與高壓電力電纜平行敷設(shè)在同一溝道中，可以綜合解決一些其他保護(hù)系統(tǒng)不易解決的問題。

導(dǎo)引電纜縱聯(lián)保護(hù)的特點(diǎn)是將故障動作判別量直接經(jīng)導(dǎo)引電纜這一專用線，傳送到線路兩側(cè)或多側(cè)，使其開關(guān)同時快速跳閘的一種保護(hù)方式。為了使電力系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行，特別是對110kV及以上電壓等級線路，由于這類線路都屬于主干線路，一旦故障影響面積較大，以及系統(tǒng)穩(wěn)定性要求高等原因，快速排除故障要求比較突出，因而在許多情況下，都需要裝設(shè)縱聯(lián)保護(hù)。尤其是對于中短線路導(dǎo)引電纜縱聯(lián)保護(hù)有很大的優(yōu)越性，該保護(hù)的關(guān)鍵之一在于導(dǎo)引電纜。一般這一線路出現(xiàn)在工礦企業(yè)集中地區(qū)或大城市，由于那里信息交換量很大，通過有線通道的綜合設(shè)計(jì)，作適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)籌規(guī)劃，實(shí)行通信、聯(lián)動與繼電保護(hù)共用電纜，在客觀上為實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引電纜保護(hù)創(chuàng)造了條件。

當(dāng)導(dǎo)引電纜出現(xiàn)外傷事故或絕緣層損壞的時候，水就會從損傷處進(jìn)入電纜內(nèi)部，影響電纜絕緣性能。縱向阻水型導(dǎo)引電纜是專門用于潮濕環(huán)境中的高壓系統(tǒng)縱差保護(hù)裝置的電纜，通過電纜阻水結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，可使電纜達(dá)到縱向防水性能，在電纜發(fā)生故障時，可以有效避免水沿著電纜軸線方向延伸，減少更換電纜長度，減少維修成本，提高產(chǎn)品的使用壽命。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 縱向阻水型導(dǎo)引電纜結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 縱向阻水型導(dǎo)引電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析及工藝要求

1.2.1 導(dǎo)體

選用電導(dǎo)率很高的銅作為導(dǎo)體，同時要求銅的純度應(yīng)不小于99.95%，以減少導(dǎo)體帶來的損耗。

1.2.2 絕緣

由于導(dǎo)引電纜是與電力線路平行敷設(shè)的，它們之間的距離又甚小，因而要求導(dǎo)引電纜的線芯對地的絕緣強(qiáng)度非常高，以能抗衡電力系統(tǒng)發(fā)生接地短路故障時所產(chǎn)生的嚴(yán)重電磁感應(yīng)電壓。又因?qū)б娎|的分布電容決定了電纜的傳輸衰減值，從而決定了線路的最大使用長度以及導(dǎo)引線縱差保護(hù)的安全性能。聚乙烯除了具有很高的耐壓強(qiáng)度的特點(diǎn)外，其介電常數(shù)比聚氯乙烯更小，體積電阻率更高，介質(zhì)損耗角更小。因此，選用聚乙烯作為絕緣材料，可使導(dǎo)引電纜的線芯對地具有很高的絕緣強(qiáng)度，又使導(dǎo)引電纜的分布電容小，傳輸損耗小。

1.2.3 對絞

兩根絕緣線芯進(jìn)行對絞。對絞的目的，除了保持回路傳輸參數(shù)穩(wěn)定，增加電纜的彎曲性能外，還可減少電纜組間的電磁耦合，亦即減少組間串音，提高信號傳輸質(zhì)量。對絞線由于不斷地?fù)Q位，可抵消由于電磁耦合引起的串音。另外，成纜過程應(yīng)使相鄰對絞組采用不同的節(jié)距，也有利于減少電纜組間串音。在音頻或低頻電纜的線組間的干擾主要是電容耦合的影響，只要在相鄰線組間采用不同的對絞節(jié)距即可減少電纜組間串音干擾。

1.2.4 成纜

對絞組按同心退扭式絞合成纜，為保證產(chǎn)品的阻水性能，在成纜間隙采用高溫、阻水型石油膏填充圓整，所有線芯空隙內(nèi)均填滿石油膏，石油膏應(yīng)是高粘性的以減少對與對之間的相對移動，使電纜結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，更有利于電纜電性能的控制。

1.2.5 內(nèi)護(hù)套

內(nèi)護(hù)套采用防水性能很好的MDPE護(hù)套料。

1.2.6 銅帶屏蔽

在高壓電力電纜與導(dǎo)引電纜回路之間設(shè)置電磁屏蔽物，使感應(yīng)磁通不能進(jìn)入導(dǎo)引電纜回路，從而降低電磁干擾產(chǎn)生的縱感應(yīng)電壓。屏蔽層宜采用高導(dǎo)電率材料。雖然其磁導(dǎo)率與空氣相近，干擾磁通可達(dá)到電纜芯線，但由于具有高電導(dǎo)率，在高頻干擾的情況下，干擾磁場會在屏蔽層內(nèi)感應(yīng)出渦流，建立起反磁通，與干擾磁通相抵消，減少對芯線的影響。為此，電纜選擇電導(dǎo)率高的銅帶作為屏蔽。

1.2.7 隔離套

隔離套采用防水性能很好MDPE護(hù)套料，隔離套應(yīng)緊密擠包在銅帶屏蔽外，厚度均勻，無氣泡、裂紋、雜質(zhì)、機(jī)械損傷等不良缺陷。

1.2.8 鋼絲鎧裝

要求鋼絲直徑不小于2.5mm，同時要求20℃時鋼絲鎧裝層的直流電阻不大于0.9Ω/km。為此設(shè)計(jì)鎧裝鋼絲時要求20℃時鋼絲直流電阻不大于28.11Ω/km，同時在鎧裝時對鋼絲最少根數(shù)也做了規(guī)定。鋼絲鎧裝不但使電纜具有抗拉力作用外，還具有電磁屏蔽的作用。因?yàn)殇摻z是高磁導(dǎo)材料對各種頻率的外部磁場均有明顯的抑制作用。主要是由于外部磁力線大部分集中通過鎧裝層，減少與鎧裝層內(nèi)導(dǎo)線相交鏈，因而會減少在導(dǎo)線上產(chǎn)生感應(yīng)電勢。

1.2.9 外護(hù)套

外護(hù)套具有保護(hù)金屬屏蔽層免受化學(xué)腐蝕及對地絕緣的作用，同時為提高電纜的防水性能、防白蟻性能及機(jī)械保護(hù)性能，電纜護(hù)套設(shè)計(jì)采用了高強(qiáng)度、防白蟻聚乙烯護(hù)套料。

2 電纜電氣性能要求及檢測

按照以上的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在制造過程中采用合適的工藝參數(shù)，制成樣品后開展以下的試驗(yàn)檢測：

交流電壓試驗(yàn)：試驗(yàn)電壓頻率為49~61Hz的交流電源，檢測方法符合GB/T 3048.8-2007規(guī)定，在導(dǎo)體與導(dǎo)體之間、導(dǎo)體與銅帶屏蔽+鎧裝層之間施加15kV/1min工頻交流電壓，電纜不擊穿。

直流電壓試驗(yàn)：試驗(yàn)電壓是波紋因數(shù)不大于3%的直流電壓，檢測方法符合GB/T 3048.14-2007規(guī)定，在導(dǎo)體與導(dǎo)體之間、導(dǎo)體與銅帶屏蔽+鎧裝層之間施加22.5kV/1min直流電壓，電纜不擊穿。

導(dǎo)體直流電阻：采用雙臂電橋進(jìn)行導(dǎo)體直流電阻的測量，檢測方法符合GB/T 3048.3-2007規(guī)定，20℃時導(dǎo)體直流電阻不大于12.1Ω/km。

鋼絲鎧裝層直流電阻：采用雙臂電橋進(jìn)行導(dǎo)體直流電阻的測量，檢測方法符合GB/T 3048.3-2007規(guī)定，20℃時鋼絲鎧裝層直流電阻不大于0.9Ω/km。

工作電容（互電容）：1kHz時對的平均互電容不超過60nF/km；1kHz時任意兩芯的互電容不超過70nF/km；1kHz時每公里99%的情況下最大互電容不超過72nF/km。

1kHz時，相鄰線對之間不超過500pF/500m，允許不超過1%的修正電容不平衡值超過規(guī)定的500pF/500m。

絕緣電阻試驗(yàn)：試樣的有效長度不小于10m，剝除試樣兩端的絕緣覆蓋物并且不損傷絕緣表面。檢測方法符合GB/T 3048.5-2007規(guī)定，在每根絕緣線芯的導(dǎo)體與其余絕緣線芯的導(dǎo)體+屏蔽+鎧裝的組合之間施加至少直流500V電壓持續(xù)1min后測量室溫下絕緣電阻不小于5000MΩ·km。

3 電纜縱向阻水性能檢測

取2m長的成品電纜樣品做彎曲試驗(yàn)，彎曲半徑等于成品電纜外徑的15倍，然后讓電纜伸直。在樣品長度的中央除去25mm長的纜芯包帶及以外的電纜結(jié)構(gòu)層，并且在暴露的線芯外要套一個不透水密封管以連接護(hù)套內(nèi)的缺口（要保證纜芯以外的每層均應(yīng)采用密封材料加以密封，不應(yīng)透水）。電纜應(yīng)水平放置，并把含有充足的用于探測滲出的水溶性熒光染料的1m水柱作用于樣品。在20℃±5℃的溫度下放置14天后，移走護(hù)套，在紫外線燈光下仔細(xì)分析線芯的水滲透。任意方向的水滲透不應(yīng)超過離樣品中心850mm處。

4 結(jié)束語

在高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)系統(tǒng)中，縱向阻水型導(dǎo)引電纜作為線路縱聯(lián)保護(hù)裝置中的主要組成部分之一，以其優(yōu)異的阻水性能和電氣性能，必將在將來的堅(jiān)強(qiáng)型電網(wǎng)中得以廣泛應(yīng)用。