旁路電纜終端匹配轉換連接裝置的研制與應用

楊正平何建軍蘇梓銘

（1.江蘇省電力公司常州供電公司，江蘇常州 213003；2.中國電力科學研究院，湖北武漢 430074）

旁路電纜終端匹配轉換連接裝置的研制與應用

楊正平1何建軍1蘇梓銘2

（1.江蘇省電力公司常州供電公司，江蘇常州 213003；2.中國電力科學研究院，湖北武漢 430074）

在配網系統中推廣應用旁路電纜作業技術，可以有效解決常規作業方法無法解決的技術難題，能夠在不停電或短暫停電的情況下完成應急搶修、臨時供電等作業項目。在開展電纜旁路作業技術應用研究時，常常需要普通電纜與旁路電纜實現復雜現場環境下的快速電氣連接，而現有的國內、外旁路作業設備中，尚沒有這樣的專用接頭。因此，研發適用于旁路電纜作業用的新型電纜轉換接頭，可快速完成XLPE電力電纜與旁路柔性電力電纜在各種環境下的電氣連接，應用于10kV旁路電纜綜合作業，可大幅減少旁路電纜敷設長度，降低旁路電纜作業工程量，節省作業時間，為在配電網系統中廣泛推廣旁路電纜作業技術提供了保障。

旁路電纜作業 電纜轉換接頭 快速電氣連接 電纜線路 環網柜檢修與更換

10kV配網電纜線路覆蓋面大、網絡復雜、設備多樣、現場環境特殊，計劃檢修和故障搶修工作量大，不可避免的會造成用戶停電。以往國內電網企業多采用“一拉一條線，一停一大片”的檢修做法，已不能滿足社會的用電需求。用戶對不間斷供電的期望越來越高，尤其是敏感負荷要求一刻都不能中斷。在這種情況下，提高供電可靠率成為供電企業的重要任務。目前國內電網企業已經開始重點推廣帶電作業、旁路電纜作業等方式對配網設備進行檢修工作，目的是逐步實現對用戶不間斷供電。

圖1 原來的作業方式原理示意圖

圖2 改進后的作業方式原理示意圖

旁路電纜作業技術是包含了常規帶電作業、旁路電纜作業、移動電源供電等多種作業技術。它利用柔性電力電纜、快速插拔式電纜連接器、旁路負荷開關、移動箱變車、移動環網柜車、自動放纜車等設備以積木組合方式搭建出不同的配電單元，跨越配網線路的檢修線路段，實現旁路供電，使配電作業人員可以在不間斷供電的狀態下，完成線路的計劃檢修工作；另外，對于較難處理的架空線路故障和電纜線路故障搶修，可采取該技術進行臨時供電，縮小停電范圍，減少對用戶的停電影響。

旁路電纜作業技術早期應用于10kV架空線路檢修項目中，實現了對用戶不停電作業。然而，隨著國內城市纜化程度提高，經濟發達城市的配網系統主要以電纜線路為主。為了適應配網建設發展的需要，必須大力拓展旁路作業技術應用于電纜線路的探索與研究。

1 電纜轉換接頭的設計目的

圖3 螺栓緊固式T形電纜終端

圖4 自鎖定快速插拔式旁路電纜終端

電纜線路旁路電纜作業一般是利用旁路電纜及相關設備在現場快速搭接一條旁路供電線路，跨接待檢修或搶修電纜線路段或設備，通過倒閘使旁路線路代替原線路向用戶供電，同時，施工人員對處于停電狀態下的原電纜線路待檢修段或設備進行維護、檢修和更換。根據旁路電纜作業技術原理，使用原有的旁路作業設備更換環網柜，一般采用旁路電纜線路直接連接此環網柜進出線供電單元，這種跨接方式往往會因為進出線供電單元之間距離間隔太遠，而造成旁路電纜線路需要敷設很長的距離，施工工程量大，作業時間長，需要旁路電纜作業的設備數量多，并且安全隱患點多。作業原理圖見圖1。

圖5 自鎖定快速插拔式旁路電纜中間接頭

圖6 旁路電纜轉換接頭一端尺寸選擇

圖7 旁路電纜轉換接頭另一端結構選擇

如果可以利用待更換環網柜原有進出電纜直接與旁路電纜設備進行連接，跨越此環網柜完成旁路作業則可大幅減少旁路電纜作業的使用設備數量，大幅提高整個工程作業效率。作業原理圖見圖2。

此種作業方式，需要通過電纜轉換接頭，實現原有進出電纜直接在現場各種復雜環境下，能夠快速完成與旁路電纜設備的電氣連接，并保持絕緣連續，共同組成臨時旁路電纜供電線路。

2 旁路電纜轉換接頭的設計原則

圖8 旁路電纜轉換接頭連接方式

圖9 旁路電纜轉換接頭絕緣結構圖

圖10 旁路電纜轉換接頭實物照片

表1 三元乙丙橡膠材料物理性能

表2 過盈值的轉換

旁路電纜轉換接頭是將兩種結構差異很大的電力電纜進行現場快速電氣連接，并保持絕緣連續的一種電纜直通中間接頭。國內配網中壓10kV線路大多采用XLPE絕緣電力電纜，根據環網柜結構一般安裝接線端子裸露的電纜戶內終端或者接線端子封閉的T形電纜終端。隨著環網柜小型化設計的趨勢，全封閉的T形電纜終端逐步成為環網柜配套安裝電纜終端主流。T形電纜終端根據與環網柜連接方式分為螺栓緊固式和帶電插拔式。根據調查，滿足帶電插拔式的環網柜及其他設備在國內應用很少，所以電纜轉換接頭設計主要涉及螺栓緊固式T形電纜終端（圖3）。旁路電纜作業系統采用的是柔性電力電纜，末端安裝自鎖定快速插拔式旁路電纜終端（圖4）。本文涉及的旁路電纜轉換接頭設計，基本原則是將以上兩種電纜終端進行快速電氣連接，并保證絕緣連續。

表3 部分型式試驗項目及試驗結果

根據旁路電纜作業特點和作業現場施工條件，旁路電纜轉換接頭的設計要考慮以下幾個問題：

（1）作業場地狹小，不規范；原線路電纜預留長度不夠。所以旁路電纜轉換接頭的體積設計要盡量減小。

（2）XLPE電纜彎曲半徑大，與旁路電纜轉換接頭連接時，要考慮連接后接口處的橫向機械應力盡量小。如果橫向機械應力太大，會造成接口變形，引發事故，所以旁路電纜轉換接頭的形狀設計尤為關鍵。

（3）考慮現場運行環境復雜，可能纜線走廊積水，所以旁路電纜轉換接頭設計要考慮防水密封。

3 旁路電纜轉換接頭的設計方案

3.1 旁路電纜轉換接頭的外形結構設計

依據設計原則，設計方案選擇了自鎖定快速插拔式旁路電纜中間接頭（圖5）的設計作為藍本。將自鎖定快速插拔式旁路電纜中間接頭的一端改造成能夠與螺栓緊固式T形電纜終端連接的絕緣套管，外形尺寸與國內常用環網柜內單通套管尺寸一致（見圖6），滿足國內大多數廠家生產的標配型螺栓緊固式T形電纜終端的安裝要求。另一端保持不變，仍然保留自鎖定快速插拔式連接方式（見圖7）。

考慮螺栓緊固式T形電纜終端外形及結構，將旁路電纜轉換接頭設計成L形，可以保證XLPE電纜與旁路柔性電纜在轉接后能夠形成平行敷設（見圖8），不但可以減少旁路轉換接頭連接處XLPE電纜對接頭的橫向機械應力，還可以節約安裝空間。

3.2 旁路電纜轉換接頭的絕緣結構設計

基于電纜中間接頭絕緣結構以及復合材料的界面壓強對介質界面沿面放電的電壓值變化的影響［1］［2］的研究結果，旁路電纜轉換接頭的絕緣結構設計原則：（1）電纜轉接過程中，復合材料的界面始終保持足夠的正壓強；（2）界面彈性變形量必須控制在不改變電纜終端應力錐有效幾何尺寸的范圍內。

在電纜轉接過程中，兩種電纜終端和旁路電纜轉換接頭復合材料的界面始終保持合理的正壓強是絕緣結構設計中的難題，通常采取過盈設計。快速插拔配合的過盈值△D（△D =DXLPE-DSR）應通過試驗驗證的方法，在橡膠彈性范圍內選擇。橡膠彈性由橡膠物理特性決定，經過篩選，選擇陶氏4520三元乙丙橡膠（物理性能見表1）。過盈值的大小可轉換成變形的百分率，詳見表2。

依據表1材料特性和表2試驗結果，過盈值應控制在1.7～2.6之間，此時產生的壓縮應力8～12kg/cm2可近似的看成旁路電纜轉換接頭絕緣界面受到的壓強。

經過理論計算和試驗驗證，旁路電纜轉換接頭的絕緣結構基本為：1）導體連接部分一端采用鈹青銅表帶型觸子結構，另一端采用螺栓緊固式結構；2）旁路電纜轉換接頭主絕緣層和半導電屏蔽層采用三元乙丙橡膠真空注橡成型；3）外屏蔽采用不銹鋼材料與鋁合金組成。同時，針對旁路供電電纜線路暴露在大氣環境、甚至在陰雨天中運行，且鄰近帶電作業人員和過往行人，為了防止旁路電纜終端和旁路電纜轉換接頭意外脫離，特殊設計了密封防水、對位自鎖定防脫裝置。絕緣結構設計最終優化方案如圖9所示，實物照片如圖10所示。

4 旁路電纜轉換接頭的電氣性能試驗

由XLPE電力電纜、旁路柔性電力電纜、自鎖定快速插拔式旁路電纜終端、螺栓緊固式T型電纜終端構成組合試品。為了嚴格考核旁路電纜轉換接頭，電氣性能試驗依據IEC60502標準和GB/T12706標準完成型式試驗。部分試驗結果列入表3中。

表3試驗結果證實：旁路電纜轉換接頭電氣性能符合標準要求，能夠滿足現場長期安全可靠運行的需要。

5 結語

本文通過對配網旁路電纜作業技術的理論及應用研究，提出了配網電纜線路旁路電纜作業技術新思路，介紹一種新型的旁路電纜轉換接頭的設計、研制及應用。

（1）旁路電纜轉換接頭采用L形外觀設計，選用三元乙丙橡膠作主要絕緣材料，外屏蔽采用不銹鋼和鋁合金材料。一端設計成自鎖定快速插拔式連接接口，另一端設計成螺栓緊固式連接接口?？蓱糜?0kV旁路電纜作業中XLPE電力電纜與旁路柔性電力電纜的現場快速電氣連接，并保持絕緣連續。

（2）旁路電纜轉換接頭與螺栓緊固式T形電纜終端及自鎖定快速插拔式旁路電纜終端絕緣配合的過盈值、復合界面壓強值的理論計算和試驗驗證基本一致，保證了旁路電纜轉換接頭安裝后電氣性能安全可靠。

（3）旁路電纜轉換接頭在配網電纜線路旁路作業中應用，大幅縮短了旁路電纜敷設距離，減少了旁路作業施工人員和工作量，提高了旁路作業施工效率。

（4）旁路電纜轉換接頭的成功應用為旁路電纜作業技術在配網電纜線路計劃檢修和故障搶修項目中實施提供了新的思路，為國內電網企業實現配網不停電作業奠定了基礎。