10kV電纜線路作業快速接頭轉接箱的研究與應用

國網浙江慈溪市供電有限公司 應永靈

從當前電力行業的發展階段來看，電力系統中10kV電纜線路作業非常重要，且應用的十分廣泛。10kV電纜線路作業決定著整個電力系統的穩定性與可靠性，如果電纜一旦出現故障，必然會導致人們的生活與生產無法正常運行。在電纜發生故障時必然會導致快速接頭出現擊穿現象，且這一現象非常常見。因此，快速接頭轉接箱在10kV電纜線路中具有重要的作用與意義，相關電力部門必須要高度重視電纜快速接頭的設計與運用。本文主要針對10kV電纜出現接頭故障的原因，設計一個新型的快速接頭轉接箱，從而確保10kV電纜可以穩定運行。

1 10kV電纜線路作業快速接頭故障分析

在10kV電纜線路作業中，快速接頭容易出現故障主要是因為施工質量不合格導致的，具體原因有三點：

一是電纜線路作業質量不合格。在10kV電纜作業中，基本都是由多個施工隊伍進行共同完成整個作業，這必然會出現專業水平不平衡的現象。同時有部分施工人員缺乏一定的責任意識，不知道電纜施工會給整個線路運行帶來嚴重的影響。同時責任意識的缺失則嚴重導致整體施工質量較差，主要體現在：施工安裝沒有嚴格依照施工圖紙進行，且存在較大的偏差；施工人員沒有完全理解圖紙的具體內容，導致很多冷縮管沒有發揮出實效來；電纜線路不夠整齊，線路之間的距離設置存在不合理；很多電纜出現了尖端放電的情況；在施工過程中缺乏對質量的監管人員；在多人同時作業時，出現了工序混亂現象。

二是一些附件的質量沒有達標。很多電力企業為了拿下競標項目，嚴格控制施工成本，缺乏對工藝水平的管控和規劃，從而導致很多電纜作業是沒有完全達到質量標準。具體質量問題體現在：冷縮管的抗壓性能較差，有漏氣現象發生；應力錐設計的不合理；恒力卡簧的材質有問題，很容易被氧化，抗腐蝕性較差等。

三是絕緣體出現老化現象。在電纜外觀都有一層絕緣物質，在經過長期的運行下必然會導致電纜出現物理性的變化。例如，隨著介質的損耗程度逐漸增大，其具備的絕緣強度也會隨之下降，進而出現老化現象的發生。發生老化的原因主要是因為10kV電纜線路處于超負荷的運行狀態，長期工作必然會出現導線過熱進而就會使絕緣物質受熱，導致老化速度變快。

通過研究表明，接頭出現故障主要是因為快速接頭本身質量沒有達到規定的標準，主要體現在施工人員缺乏較高的技術水平、電力企業的管理部門沒有制定嚴格的監督機制和責任追究機制。

此外，很多電纜快速接頭的制作還存在一些師傅帶徒弟的問題，所以施工人員很多都是初學者，缺乏一定的實踐經驗，進而就會嚴重導致電纜接頭出現質量問題。如果電纜快速接頭在供需平衡發展的狀態下，則可以有效保證接頭的制作質量，而一旦出現了需大于供的情況下，就會很多生產快速接頭的供應商從中做假，讓一些缺乏經驗的施工人員也參與到接頭的制作中去，這就會出現快速接頭的開始下降現象。

所以有很多電力公司應該安排旁站監督人員，全面監管、審核快速接頭的制作質量，但是很多旁站人員的專業能力不高，無法發揮有效監管力度，由此就會使監督工作只是存在于表面，無法有效保障電纜快速接頭的制作質量，從而為整個電纜作業帶來了一定的安全隱患問題。

2 10kV電纜線路作業快速接頭轉接箱簡介

供電公司在開展10kV電纜線路作業中，為了確保供電的可靠性，則需要想盡一切辦法和手段確保作業中可以進一步提高供電的可靠性。為了避免在10kV電纜線路作業中需要停電，進而對供電的可靠性帶來很多負面影響，本文則對移動開關站進行深入研究。

如圖1所示，移動開關站對10kV電纜線路作業有著非常重要的作用，且移動開關站的關鍵技術很容易受到施工環境的影響。由于一些成本問題，以及施工勞動強度需要全面考慮，本文設計了一個新的快速接頭轉接箱，對電纜進行重新配置，從而有效實現10kV電纜線路作業中快速連接技術。

圖1 移動開關站應用圖

通過調研發現，國內相關研究者研究出很多不同類型的電纜快速接頭，且都是屬于10kV應用級，額定電流在200A左右，而200A以上的電纜則直接用物理方式完成對接工作，由此就需要消耗太多的人力和時間。

在調查中發現，目前我國還沒有10kV630A的快速插拔式接頭，本文研究的產品可被廣泛應用于各種大負荷的搶修設備之中，且這款快速插拔式接頭具備很好的穩定性和安全性，連接操作方便，對提升城市配電網的可靠性具有重要的意義與作用。

3 電纜快速接頭轉接箱的原理及結構說明

3.1 快速插接頭整體結構設計

由圖2可知，電纜快速插頭是直接安裝在電纜上面，在安裝過程中需要滿足各項指標，如防水、耐壓、抗阻等電氣指標。在快速接頭轉接箱與中間接頭完成匹配和連接工作后，則可以進一步提升電流的穩定性。

圖2 快速插拔式電纜終端頭與中間接頭連接圖

3.2 導體的設計

依據T2銅導體的導電率對導體截面積Smin值進行計算，并推算出導電芯直徑Dmin值，計算公式為S=TD×D/4，S為導體的截面積，D為導電芯直徑。由于觸子的電流流通能力只有400A，則無法滿足電流630A的要求，所以可在中間接頭的一端設置兩個表帶觸子，具體設計情況如圖3、圖4。

圖3 表帶觸子結構圖

圖4 中間接頭結構圖

3.3 絕緣結構設計

對10kV電纜插拔式快速終端、中間接頭絕緣結構、電場分布有限元數值進行分析發現，在復合材料的界面壓強下，介質界面的放電電壓值出現了一定的變化情況，由此在對絕緣結構進行設計時需遵循以下原則：在控制電場均勻分布時應該采用力錐結構進行設計；快速接頭在插拔過程中需始終保持復合材料具備充足的正壓強；在應力錐的有效幾何尺寸的范圍內合理控制界面彈性的變形量；在對快速接頭進行插拔時，絕緣結構內容可以自動完成排除空氣的作用，從而減小負壓現象的發生；適當延長彈性變形的使用壽命，要確保壽命的最低值在1000次。

在絕緣結構設計中，電場控制應力錐設計是最關鍵的部位，需借助電纜主絕緣表面平均切向電場分量Exx理論進行有效計算，本次設計的電纜主絕緣剝切長度為L，應力錐夾角為25°、錐長為38mm時計算結果如表1。

表1 電纜主絕緣表面平均切向電場分量計算值

經理論計算和試驗驗證，終端和接頭的絕緣基本結構為：導體連接部分的表帶型觸子結構得到材料選用是皮金銅；在電場應力控制錐、主絕緣層和半導電屏蔽層這三個結構由三元乙丙橡膠通過真空注橡的方式進行成型；外部屏蔽材料選用不銹鋼材料；由于旁路供電電纜長時間暴露在大氣環境和陰雨天氣中，為了表面電纜中間接頭出現脫落現象，則需要設計一個密封防水裝置。插拔式快速終端和中間接頭借助應力錐絕緣結構進行優化設計，絕緣材料可以選用三元乙丙橡膠，確保界面有足夠的正壓強。由于插拔式快速終端和中間接頭的結構非常緊湊，所以快速接頭的體積和重量占據整個急轉箱裝置的50%左右。外屏蔽材料選用的是不銹鋼材料，防水密封結構和對位的自鎖裝置進行了特殊化的設計，方便了快速接頭的安裝，使整個10kV電纜線路可以安全穩定運行。

經試驗表明，插拔式快速接頭與中間接頭的配合度非常高，試驗的結果與預期基本一致，該接頭的安全使用壽命最低可以達到1000次。由此可見，由插拔式快速終端、中間接頭構成的組合試品，較好的通過了嚴格的試驗，且完全達到了電氣性能符合標準要求，并在現場電纜線路作業中滿足了長期運行的需求。

4 結語

本文針對10kV電纜線路的快速接頭容易出現的故障問題進行詳細分析，并設計出10kV電纜快速接頭轉接箱，該裝置在實際應用中具備很好的安全穩定性，且絕緣結構設計有著一定的靈巧性，操作簡單方便，在很大程度上縮短了電流電纜的接續時間。與此同時，電纜的配置長度具有靈活多變特點，且該裝置有效減少了施工成本以及工作人員的施工強度，并在實際配網檢修工作中得到很好的推廣，具備良好的應用前景。