5.5kV中壓電能傳輸系統維護管理技術分析

摘要：20世紀末，我國在特大型橋梁、高速公路、機場、隧道等具有“長距離分散性負荷”特性的供配電系統工程中引入5.5kV中壓電能傳輸系統，由于適用性強、性能優越，該技術得到廣泛推廣。文章總結近20年中壓系統維護經驗，對中壓傳輸系統基本結構和工作原理進行了分析，闡述了系統的工作特性及其優缺性，并探討了中壓系統的維護技術和規范。

關鍵詞：中壓電能傳輸系統；中壓保護柜；埋地變壓器；中間頭；終端頭；維護管理 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM727 文章編號：1009-2374（2016）34-0168-04 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.34.082

按照國家標準將電壓等級400V以上的電力系統稱為高壓系統，400V以下的電力系統稱為低壓系統，但隨著社會和國民經濟的發展，以及國外先進技術的引進，逐步形成了將10kV以下400V以上電力系統稱為中壓系統的概念，特別是近年來，在國內大力發展基礎設施建設的背景下，這一系統得到了前所未有的發展。5.5kV中壓電能傳輸系統就是在這樣的環境下，從法國歐奇公司引入，由于適用于為“長距離、分散性和負荷較小”的負載特性，加上可靠的性能，目前在我國特大型橋梁、高速公路及隧道等方面得到了廣泛應用。因此，為掌握其養護關鍵技術，提高營運單位養護管理水平，非常有必要對該系統進行基礎理論和技術研究。本文總結了個人20年中壓系統維護經驗，對中壓傳輸系統基本結構和工作原理的進行全面分析，進一步闡述中壓系統的工作特性及其優缺點，并著力探討和研究中壓系統的維護技術和規范。

1 中壓電能傳輸系統基本結構、工作原理及設備特性

1.1 中壓電能傳輸系統基本結構

圖1 中壓傳輸系統主接線圖

從圖1可以看出中壓電能傳輸系統供電結構為樹型結構且具有可拓展性。特別是在單線路的傳輸過程中，通過中壓三通拓展分支線路，可以對不同地點且不同供電方向的負荷進行供電；對于不同地點但同方向的負荷可通過現場變壓器高壓輸出接頭直接接入其他變壓器予以供電。中壓電能傳輸系統中主要應用的由三大設備構成：中壓保護柜、中壓電纜和埋地變壓器。

1.2 中壓電能傳輸系統工作原理

變電所通過升壓變壓器或降壓變壓器將所用電變為5.5kV的傳輸電壓；通過中壓保護柜輸出，通過中壓傳輸線路將電能傳輸至現場變壓器（埋地變壓器）；再由現場變壓器變為負荷所需的供電電壓400V，并傳輸至低壓配電箱；最后通過低壓配電箱對負荷供電。

1.3 主要設備特性

1.3.1 中壓保護柜主要構成（EP11型中壓保護柜）：（1）進線隔離單元：實現與降壓變壓器的完全隔離，保證中壓系統安全檢修；（2）輔助電源單元：提供控制柜的控制電源；（3）饋電接觸器單元：30萬次操作的電氣壽命確保中壓網絡的供電，帶有熔斷器、零序電流和過電流保護裝置，實現饋電纜的隔離、接地及短接；（4）母線聯絡單元：用于兩段中壓母線的聯絡；（5）測量單元：測量回路的中壓電流和中壓電壓。

1.3.2 中壓保護柜的特性：（1）高操作頻率，電氣壽命達30萬次；（2）配電網絡上下級保護具有選擇性；（3）保護的靈敏度較高；（4）帶有過流、低電壓、熔絲熔斷和接地保護；（5）帶有防誤操作聯鎖裝置（防帶負荷拉閘、防帶電合接地開關、防止操作人員誤入帶電隔離區）；（6）組合式結構，功能和靈活性較強。

1.3.3 埋地變壓器主要構成：

第一，中壓側連接盒（連接終端）。變壓器中壓側連接終端為插入式結構，不需要任何特殊工具便可以將中壓電纜插入或拔出。終端盒內部注入BIP絕緣液體，可防止水的侵入（其比重大于水），工作可靠。變壓器中壓側保護用熔斷器也是采用插入式安裝，維護方便。

第二，變壓器器身。（1）變壓器的鐵芯采用損耗低的鐵磁材料制成，繞組銅耗與短路阻抗較低。變壓器繞組內埋有熱敏元件，當其過載時，熱敏元件作用于低壓側斷路器跳閘，從而極其有效地保護變壓器；（2）變壓器在額定容量的設計上也充分考慮了氣體放燈的特性，有效輸出容量為其額定容量的80%（按法國標準）。

第三，低壓輸出裝置。變壓器的低壓輸出配有6m長的HO7RNF銅電纜，電纜截面與變壓器容量匹配。也可以采用低壓插入式連接終端盒，可插入截面面積為25cm2的銅芯電纜。

1.3.4 埋地變壓器的主要特性：（1）中壓保護采用一體化熔斷器，低壓側保護采用熱電磁式微型斷路器，變壓器由埋置在內部的熱敏元件作過載保護；（2）插入式連接終端能防滲水，而且安裝與維護更加簡便；（3）使用防滲水耐腐蝕的環氧樹脂外殼極其堅固耐用，防護等級達IP68；（4）特別設計的中壓配電網絡插入連接方式系統靈活，拓展容易；（5）變壓器繞組連接組采用Yzn11接，從而具有耐雷擊能力；（6）考慮到氣體放燈的特性（尖峰電流和諧波電流），低壓側的保護不采用熔斷器而是采用熱電磁式微型斷路器，電磁式脫扣器電流為50N，瞬時動作，起短路保護；熱脫扣器則埋在變壓器繞組內部的熱敏元件作用起過載保護。這些保護都有密封措施，適合于野外工作。

1.3.5 中壓電纜的安裝及運行要求：

第一，中壓電纜的安裝要求：（1）直埋在地下的電纜應使用銑裝電纜；（2）直埋電纜的埋直深度在0.7m以上；（3）直埋電纜對建筑物地下基礎最小距離為0.3m；（4）電纜直接進入建筑時，應加鋼管保護；（5）電纜接頭處的銅甲和鉛包，應有良好電氣連接，兩端要用不小于10m2的銅線接地，接地電阻不大于4歐；（6）電纜終端處應掛牌注明型號、電壓、截面、使用設備等。

第二，中壓電纜的允許運行條件：（1）中壓電纜正常運行電壓，不應超過電纜額定電壓值的15%，備用及不用電纜線路應盡量連接于電力系統上；（2）中壓電纜允許負荷，在緊急事故情況下，電纜允許短路過負荷，但過負荷達到15%時，連續運行不允許超過2小時；（3）中壓電纜允許運行溫度（直埋），表面最高允許溫度為50℃；（4）中壓電纜長期允許負荷，應按表1所列的經濟電流密度來參考；（5）中壓電纜絕緣電阻，電纜長度為500m以下者其絕緣不低于400兆歐，長度為500m以上者，絕緣電阻與長度成反比例換算；搖測時應使用2500V以上的搖表，讀測絕緣數值應為搖表1分鐘以后相對穩定的讀數，并根據電纜的長度而增加讀取時間；各相絕緣的不平橫系數不得大于2.5倍。

2 中壓電能傳輸系統的適用性、優越性和絕限性

2.1 適用性

中壓電能傳輸系統適用于高速公路、特大型橋梁、機場、隧道、地鐵和港口等處具有“長距離（20km以內）、大范圍、負荷小和負荷分散”特點的場所。因為這些場所對供配電系統的結構和運行要求相當高，供配電設計時主要考慮到以下因素：

2.1.1 配電線路較長。

2.1.2 配電線路上的負載小而分散。

2.1.3 通電瞬間產生的短時沖擊電流。

2.1.4 氣體放電燈啟動期間（4～5分鐘）內過電流（1.2In～1.5In）。

2.1.5 保證設備良好運行的允許電壓偏差。

2.1.6 電氣裝置對溫度、震動和濕度等環境的

要求。

2.1.7 適應安裝供配電設備的有限空間。

2.1.8 負荷及其配件線路的拓展。

2.1.9 長距離分布的電器設備的監控和維護。

2.1.10 工程投資和運營管理費用。

2.2 優越性

綜合以上因素和其單體設備的特點中壓電能傳輸系統的優越性體現在以下方面：

2.2.1 中壓系統（5.5kV）的配電減少了配電的電纜面積，使得電纜敷設和連接容易，減小了電纜的投資和工程量。電纜截面的選擇，主要考慮三個因素：電壓損失、發熱條件和短路熱穩定。在20km的范圍內，道路的照明負荷一般不超過500kW，采用中壓配電時一般選用3*25mm的電纜即可，當采用10kV配電時，由于10kV的短路容量大，根據熱穩定條件，所用截面通常為3*70mm的電纜。

2.2.2 中壓保護技術先進，控制簡單可靠。對長距離的氣體放燈線路保護的運動性、靈敏性、可靠性和穩定性比較好，并備有遠程通信接口，可以對線路的運行狀態和故障狀態進行監測和控制。

2.2.3 中壓電能傳輸系統主接線簡單靈活，具有很強的擴展性。

2.2.4 特別設計的埋地變壓器具有防護等級高、絕緣性能好和免維護等功能，適應野外惡劣環境工作，特別值得一提的是在水下也能良好工作。

2.2.5 中壓電能傳輸系統的設計思路符合我國電網改造的“小容量、短半徑、密補點”的方向發展。

2.3 絕限性

2.3.1 由于中壓電能傳輸系統中電壓（5.5kV）等級的原因，配電設備大多都只能采用進口設備，同時增加了配電環節，直接帶來的是總體投資成本較高，大約是普通設計方案的1.5倍。

2.3.2 埋地式變壓器的額定容量太小，最大只有80kVA，如果某供電點的負荷較大時，必須單獨增加變壓器，即增加投資，以南京長江二橋為例：沿線共計101臺埋地變壓器，僅此項投資就近1500萬元；另外，如果某處須增加負荷時，首先必須考慮上級控制開關的容量限制，因此在適用范圍上存在一定的局限性。只適合于“負荷小而分散”的場所。

2.3.3 由于系統為全套進口產品，維護技術力量缺乏，備品備件需進口，后期維護成本相對較高。

3 中壓電能傳輸系統的維護管理

3.1 中壓保護柜的維護

3.1.1 當設備脫載時，必須每六個月檢查一次保護柜性能指標，實際用戶可根據使用情況決定保養頻率。

3.1.2 嚴格檢查安全防范措施到位后，才能進行維護保養。

3.1.3 在季節性的溫度最大幅度地上升和下降時，應當進行一次對中壓柜進出線連接部分緊固工作。

3.1.4 在重新投入使用前，擦去以前的油脂，清潔所有的絕緣設備，在SF6接觸器接觸部位涂上一層凡

士林。

3.1.5 每年一次檢查需檢查進出線及動靜觸頭部位的氧化及配合情況（比如插頭夾等）。如果有需要保養，必須在斷開進線電源，合上接地開關，做好相應安全措施后進行。

3.2 中壓保護柜的常見故障處理

中壓保護柜的常見故障處理見表2：3.3 中壓電纜的維護

3.3.1 巡查周期。變電所的電纜溝、電纜井、電纜橋架及電纜線路等的巡查，至少每三個月一次。變電所內用戶端頭的檢查可與其他設備同時進行，但每月至少兩次。

3.3.2 巡查內容：（1）對敷設在地下的電纜線路，應查看路面是否正常，有無挖掘痕跡及線路標樁是否完整無缺；（2）電纜線路上周圍無積水、積灰及堆放雜物；（3）對于通過橋架的電纜，應檢查橋架兩端電纜情況，是否拉得過緊，保護管線槽有無脫開或銹爛現象，頂層橋架或托盤蓋板是否良好；（4）電纜終端頭絕緣子完全清潔，引線相色必須與母線相色一致，引線的連接使用卡子與保持堅固無發熱現象；（5）電纜溝內的中間接頭應檢查有無外力損傷及過熱現象，干式塑料電纜頭應檢查表面是否變色及是否有放電痕跡；（6）電纜終端頭接地線必須良好，無松動斷股現象；（7）電纜終端頭不應積水或堆積污物，不允許向溝內排水，溝蓋應無損傷，排水管應不堵塞，且電纜支架無損壞；（8）電纜密集的地方無花火、放電現象；（9）做好在巡查中發現的缺陷記錄。

3.4 中壓電纜中間頭制作工藝

3.4.1 嚴格按照10kV電纜接續施工工藝流程操作施工，確保接續質量和安全。

3.4.2 接續強調電纜接頭防潮密封，雨天禁止進行電纜接續施工。

3.4.3 保證在清潔和干燥環境下進行正確使用噴燈，注意防火。

3.4.4 從剝切到制成試驗，應不間斷操作，盡量縮短線芯的暴露時間，一次完成。

3.4.5 電纜不應受潮，絕緣狀況良好。

3.4.6 所有附件規格技術性能應與電纜配套一致。

3.5 中壓變壓器運行維護

埋地式變壓器由中壓輸出單元、器身、低壓輸出單元組成。中壓輸入單元即由壓熔絲對中壓側進行保護，低壓輸出單元即為空氣開關為低側提供保護措施。

3.5.1 中壓變壓器主體的維護：（1）每月對變壓器表面進行除塵和清理，防止灰塵或其他雜物進入設備內部；（2）每兩年調換一次防水封口。如果是第一次投入使用的，請沿著封口的相關表面擦凈，安裝前涂上油脂；（3）每季檢查一次藍色防水液高度；對于缺少的進行加注，對于變質的進行更換，并注意防水液液位控制在合理液位（70%）；（4）每季檢查中壓電纜終端盒內有無水。若有水，會浮在藍色液體上面，用一根長約30cm的桿，頂端粘布，把水吸干；（5）每季檢查每個固定螺帽是否安裝牢靠，低壓保護罩上與它外殼的襯墊物完好，接地螺釘與接地極連接良好；（6）每月檢查設備運行狀況（溫度、聲音、電流和電壓等）。

3.5.2 三相終端的維護：（1）松開安全螺帽；（2）收回10cm終端頭，停止20秒（讓藍色防水液流回終端盒）；（3）安全收回終端，把它放在干凈的地方，防止受潮；（4）經過以上步驟，可以進行終端的檢查和維護工作；（5）安全插入終端時，需慢慢地做，使藍色防水液不漏出，并檢查其是否充滿終端；（6）重新緊固安全螺帽。

3.5.3 低壓側空氣開關維護：（1）用工具卸下四只固定螺釘；（2）提起襯墊，在其下滑入一把螺絲刀，轉動使其不再粘著，讓空氣進入；（3）檢查空氣開關及罩內情況正常后合上開關；（4）重新安裝時需注意襯墊位置是否到位，螺釘是否固定。

3.5.4 中壓側熔絲維護。換過熔絲后，檢查是否有防水封口及其情況；旋緊安全螺帽。

3.5.5 中壓系統埋地變壓器三相一體化插頭的制作安裝：

第一，三相一體化插頭附件：熱縮屏蔽、密封螺母、熱熔膠帶、帶密封套的直接頭或90°時接頭、密封圈、三相一體化插頭管、相線銅接管、帶屏蔽網的屏蔽線銅接管、銅螺母及熱縮套和緊固線。

第二，三相一體化插頭制作安裝方法：（1）電纜剝線：相關尺寸必須符合三相一體化插頭要求及裸導體20mm、絕緣層70mm、銅屏蔽25mm、鋼帶10mm、剝線總長度直接型接頭350mm、肘型接頭340mm；（2）套上熱縮管及密封螺母；（3）屏蔽網與銅屏蔽及鋼帶緊密連接；（4）安放接頭、肘接頭和三相一體化接頭管，將銅接管螺母緊固；（5）纏繞（接續處）熱熔膠帶，用噴燈熱縮保護管；（6）在變壓器電纜終端盒內注入400mL大于水的BIP絕緣液體；（7）三相一體化插接頭和相位插入終端，擰緊螺母；（8）檢查電纜連續性及三相變壓器絕緣性；（9）清理現場。

第三，三相一體化插頭制作注意事項：（1）檢查裸導體剝離長度（20mm），以保證銅接管正好頂住電纜裸線根部；（2）銅接管壓接時，應事先將相線和地線位擺放好，以保證相序不顛倒；（3）安裝過程中保持清潔，并用抹布和清潔劑擦拭；（4）嚴格按照組裝程序，否則不能保證產品長期運行質量可靠性。

4 結語

中壓電能傳輸系統有著良好的技術性能和廣泛的應用領域，但由于受某些條件的制約，特別是受電壓（5.5kV）等級的制約，在使用上存在一定的絕限性。另外，引進國外先進技術的目的，是為了轉化為自己的先進生產力，而不是一味引用，應當做好開發和轉化的工作，以求達到所謂的“以他人之技為我所用”的目的。具體應當做好兩方面的工作：一方面加大開發的技術力度，著力研究相應電壓等級的國產中壓電能傳輸系統及相應配套設備和技術，使之設備完全國產化；另一方面，加大相應維護管理技術人才的培養，使得該項技術的維護管理更趨成熟，保障系統的長周期安全穩定經濟運行。

作者簡介：張焱（1972-），男，江蘇丹陽人，南京公路發展集團工程技術部副經理，中級工程師（電氣），研究方向：電氣技術（電氣自動化方向）。

（責任編輯：小 燕）