超高壓電纜附件發(fā)展與制造技術(shù)

超高壓電纜附件進展與制造技術(shù)特變電工昭和〔山東〕電纜附件伊藤一己前言

電力電纜的運行歷史已經(jīng)有幾十年，經(jīng)受了從充油式電力電纜到交聯(lián)聚乙烯電力電35kV，66kV110kV220kV，500kV的進展過程。電纜附件的進展是與電纜技術(shù)的進展親熱相關(guān)的，經(jīng)受了充油式絕緣到干式絕緣，中壓到高壓、超高壓的進展歷程。電纜附件必需要滿足電纜導(dǎo)體連接良好，絕緣牢靠，密封良好和足夠的機械強度等性能，才能保證整個電纜輸配電網(wǎng)絡(luò)的供電牢靠性。經(jīng)過幾十年的絕緣材料的進展和設(shè)計技術(shù)的進步，電纜附件整體構(gòu)造與設(shè)計趨于穩(wěn)定和成熟，目前高壓及超高壓電纜附件的進展主要留意以下幾個方面：在簡單的施工現(xiàn)場環(huán)境下，如何能簡便地并且高牢靠性地完成附件的施工，已經(jīng)成為在附件設(shè)計開發(fā)當(dāng)中必需考慮的問題。部件數(shù)量削減，工廠預(yù)制化，產(chǎn)品小型化，安裝簡便化等設(shè)計思想漸漸被廣泛承受。從地球環(huán)境保護的觀點動身，產(chǎn)品環(huán)?；呀?jīng)成為重要的爭論方向，特別是在各種附件中絕緣油//氣或少絕緣油/絕緣，插拔式構(gòu)造等等已漸漸成為主流進展方向。高壓、超高壓電纜附件產(chǎn)品涉及的電壓等級高，一旦消滅問題，影響的范圍廣，這就要求附件產(chǎn)品從生產(chǎn)制造初始階段進展嚴格的品質(zhì)監(jiān)控治理，并且能夠在運行時實現(xiàn)智能監(jiān)控，確保附件產(chǎn)品的長期牢靠性。附件進展動向電力電纜附件產(chǎn)品從用途上分主要分為兩大類：中間接頭產(chǎn)品和終端產(chǎn)品。其中中間接頭產(chǎn)品包括：直通接頭，絕緣接頭，Y分支形接頭等；終端產(chǎn)品包括：戶外終端，GIS終端和油浸終端等。各種附件主要是沿著高電壓化，便利簡化現(xiàn)場施工，縮短工期和環(huán)保牢靠的方向進展而來。中間接頭〔CableJoint〕以下幾個階段〔以下幾個階段〔1〕現(xiàn)在被廣泛使用自粘帶繞包接頭TapeJoint自粘帶模塑TapeMoldedJoint擠壓模塑接頭ExtrudedMoldedJoint組合預(yù)制式接頭PrefabricatedJoint整體預(yù)制式接頭RubberBlockJoint1.中間接頭進展階段自粘帶繞包〔TapeJoint,TJ〕方法從七十年月開頭應(yīng)用的，它在繞包的絕緣帶之間110kV200到，因而自粘帶繞包接頭難以適用于110kV〔TapeMoldedJoint,TMJ〕應(yīng)用到154kV電壓等級。承受可交聯(lián)的聚乙烯膠帶繞包到連接的電纜上，之后加熱、加壓使聚乙烯膠帶假設(shè)繞包四周環(huán)境不凈化，PE缺陷。加上交聯(lián)溫度準時間掌握不好，也會造成交聯(lián)度缺乏而導(dǎo)致接頭性能劣化。接頭(ExtrudedMoldedJoint,EMJ)〔2〕。在施工現(xiàn)場對絕緣外表進展打磨光滑處理，并且將電纜導(dǎo)體壓接連接后，在連接處套上注塑模，用小型擠塑機將干凈電纜料注入，冷卻后用X射線檢查，確認沒有缺陷后進展交聯(lián)工藝。這種接頭使用電纜絕緣體同種材料并且和電纜絕緣進展化學(xué)架橋，接頭與電纜之間沒有界面，所以能夠保證長期安定性，EMJ500kV3相接頭施工需要一個月，且現(xiàn)場必需要有嚴格工藝掌握。2.擠壓模塑接頭構(gòu)造組合預(yù)制式接頭(PrefabricatedJoint,PJ)就是為解決以上問題而消滅的，它不僅EMJ〔或許為EMJ〕，預(yù)制件在工廠內(nèi)通過例行試驗，性能有保證，現(xiàn)場安裝人員也叫能夠適應(yīng)要求。從構(gòu)造上看，它由環(huán)氧預(yù)制本體、橡膠應(yīng)力錐及壓縮金具，保護金具等部件組成〔圖3〕，比較便利進展異徑電纜連接。由于承受環(huán)氧樹脂彈簧壓縮機構(gòu)，應(yīng)力錐和電纜絕緣界面有穩(wěn)定的面壓力，適合于某些溫度變化猛烈或嚴寒地區(qū)使用。此種接頭的缺乏之處是體積大，重量重，應(yīng)力錐的過盈量較小。圖3. PJ內(nèi)部構(gòu)造整體預(yù)制式接頭rk〕是由歐洲首先開發(fā)并得到廣泛使用〔圖4，這種接頭承受整體預(yù)制橡膠絕緣件，電纜絕緣外徑與橡膠絕緣件內(nèi)徑有較大的過盈協(xié)作，〔單，施工工期短，現(xiàn)在已漸漸成為高壓電纜接頭的主流，但實際運行歷史還較短，運行閱歷還需要較長時間積存。4.整體預(yù)制式接頭構(gòu)造組合預(yù)制式接頭和整體預(yù)制式接頭在如今都被廣泛使用，特變電工昭和〔山東〕電纜附件〔特變昭和〕為滿足客戶不同實際使用要求，兩種接頭都可進展制造供貨，并且是國內(nèi)首家兩種接頭都通過國家電網(wǎng)電力科學(xué)爭論院的220kV預(yù)鑒定試驗的廠家。等問題，大大提高了施工的便利性和牢靠性〔5－a,b〕a.工廠預(yù)擴徑 b.施工現(xiàn)場拉出擴徑環(huán)5.特變昭和的整體預(yù)制式中間接頭終端〔CableTermination〕GIS終端/油浸終端—用于電纜與開關(guān)設(shè)備/變壓器設(shè)備的連接。戶外終端〔OutdoorTermination〕1所示，主要分為充油式和干式絕緣兩種內(nèi)部絕緣方式：充油式戶外終端〔OilfilledType〕充油電容錐式戶外終端最早應(yīng)用于充油電纜終端，具有良好的運行閱歷和運行記錄。通過電容錐均勻套管外表電場分布，使得戶外終端獲得較高的耐沖擊電壓水平，性能優(yōu)異牢靠，因此至今在275kV～500kV電壓等級上還是有較高使用比例。但是充油電容錐式終端在制造上和安裝上較為簡單，安裝的工期1.戶外終端種類優(yōu)性能優(yōu)異穩(wěn)定，運行歷史久構(gòu)造簡潔輕量抗污穢性能好超輕量干式絕緣抗污穢性高干式絕緣點適應(yīng)于超高電壓性能牢靠無爆炸碎片抗污穢性能好安裝便利憎水性，低溫特性好缺構(gòu)造簡單發(fā)生事故時硅膠外表易損易彎曲變形抗震性好點制造和安裝困難有爆炸濺射碎片產(chǎn)生不適合惡劣環(huán)境電氣穩(wěn)定性較差價格較高充油電容錐型 充油瓷套管型充油電容錐型 充油瓷套管型充油復(fù)合套管型柔性干式硬性干式插拔型種類較長。在交聯(lián)聚乙烯電纜上使用較廣泛的是預(yù)制應(yīng)力錐充油式戶外終端，又可依據(jù)外護套的不同有瓷套管型和復(fù)合套管型。瓷套式運行歷史較久，抗惡劣氣候性能較佳，但是由于在事故時易產(chǎn)生碎片飛濺危急，在人口密集區(qū)域已漸漸被復(fù)合套管式所替代。復(fù)合套管本體是玻璃纖維環(huán)氧管外注以硅橡膠而成，具有輕量，耐污穢性能和耐漏痕性能佳等優(yōu)點。在內(nèi)部構(gòu)造上歐式產(chǎn)品承受三元乙丙橡膠或硅橡膠材料預(yù)制應(yīng)力錐為電場掌握單元，套管內(nèi)部充以硅油或聚異丁烯油絕緣。日式構(gòu)造在歐式構(gòu)造的根底上輔以環(huán)氧座和彈簧壓縮機構(gòu)對應(yīng)力錐進展壓縮，面壓穩(wěn)定好，具備更牢靠的性能。110kV以上電壓等級金具擴徑安裝金具擴徑安裝F(const)FmaxF=F(const)+Fmax6.特變昭和的戶外終端金具一體化應(yīng)力錐

戶外終端吸取日式構(gòu)造與歐式構(gòu)造的特長，使用高性能硅橡膠材料和金具一體化應(yīng)力錐專利技術(shù)開發(fā)出獨具特色的內(nèi)部構(gòu)造〔圖6完全固定，杜絕了漏油以及半導(dǎo)電層與絕緣油的接觸，并以金具加強了硅橡膠與電纜絕緣界面的面壓穩(wěn)定性，構(gòu)造簡潔，性能更加牢靠。干式戶外終端(DryType)干式戶外終端的開發(fā)是在九十年月末期興起，主要有柔性干式和硬性干式插拔型兩種。柔性干式戶外終端是集應(yīng)力錐、傘群和絕緣層于一個整體硅橡膠預(yù)制件，這種構(gòu)造極大地簡化了終端的安裝工序，具有重量輕，安裝便捷等優(yōu)點。但是由于存在不能獨立，終端體易彎曲變形等缺點，柔性終端在電力技術(shù)132kV以下。硬性干式插拔型戶外終端是近些年消滅的型產(chǎn)品，它的內(nèi)部在電極上注型環(huán)氧樹脂，外層二次注型硅橡膠。除了具有柔性終端的優(yōu)點之外，還具有插拔式構(gòu)造，可獨立式，抗震性能佳能優(yōu)點，是戶外終端今后的重點進展方向。特變昭和在干式戶外終端上也擁有先進的技術(shù)，除了具有一般66～110kV硬式插拔型干式終端，還將非線性材料技術(shù)應(yīng)用到154～220kV的插拔式戶外有非線性材料 電場分布均散終端的開發(fā)。通過利用絕緣材料的非線性特性來降低電場集中處的峰值強度，平滑均勻電場分布〔圖承受非線性材料的戶外終端尺寸與重量大幅減小，并可自由選擇安裝角度。另外干式戶外終端還可擴展為變壓器用套管或穿墻套管等應(yīng)用領(lǐng)域〔圖。應(yīng)力錐外層處電場分布無非線性材料 電場分布密集 有非線性材料 電場分布均散〕 電場緩和領(lǐng)域m/A〔度密流電電場強度〔kV/mm〕 應(yīng)力錐外層處電場分布 應(yīng)力錐外層處電場分布7無非線性材料 電場分布密集7圖 非線性材料特性與電場分布應(yīng)力錐外層處電場分布8.實際應(yīng)用例GIS終端/油浸終端〔GISTermination/OilImmersedTermination〕GIS終端/GIS開關(guān)設(shè)備/GIS終端與GISGIS設(shè)備上。最初的國際標(biāo)準是IEC60859-1986，此標(biāo)準未區(qū)分干式和充流式，只規(guī)定了一種尺寸。1999IEC60859-1999GIS終端分為干式〔短型〕和充流式〔長型，并規(guī)定了不同的尺寸〔表2。在C公布了的標(biāo)準IEC62271-209-2023，標(biāo)準保持了干式和充流式的分類，但對各電壓等級的安裝IEC60859IEC62271都在并行使用。國標(biāo)與之相對應(yīng)的GBT22381-2023。2.GIS終端與開關(guān)設(shè)備協(xié)作高度〔IEC60859-1999IEC62271-209-2023〕干式〔短型〕充流式〔長型〕

66kV310mm583mm

110kV470mm620mm

220kV620mm960mm

500kV960mm1400mmGIS干式構(gòu)造，長度由長到短，重量由重到輕。由于GIS的全封閉構(gòu)造和高壓六氟化硫氣體良好的絕緣性能，所以GIS終端外絕緣一般承受環(huán)氧樹脂套管。當(dāng)前多數(shù)歐洲廠商在內(nèi)油浸終端雖然沒有統(tǒng)一的國際標(biāo)準GIS終端一樣的構(gòu)造和尺寸多數(shù)廠商實行優(yōu)化和加裝油浸終端高壓屏蔽罩的方法來調(diào)整電場分布，滿足電氣性能要GISIEC標(biāo)準和國標(biāo)要求，并且承受完全干式絕緣和插拔式構(gòu)造，不但環(huán)保牢靠而且極大的便利了現(xiàn)場的施工。日本的GIS終端標(biāo)準主要是由終端廠家，GIS設(shè)備廠家和電力公司共同協(xié)商規(guī)定，因此GIS終端與開關(guān)設(shè)備的設(shè)計和連接具有較大的自由度。同時由于日本大城市的地價GISGIS終端的小型化，短工期和省力化。日本昭和公司為此開發(fā)了T形S〔圖9適用于GIS 適用于變壓器加電口 貫穿套管

SF氣體66

直流耐壓試驗在短時間內(nèi)氣的處理，環(huán)保牢靠。GISSF氣體 6

變壓器終端室

大氣中縮小化 縮小化GIS6SF氣體6

加電口大氣

變壓器6SF氣體6或絕緣油

加電口大氣9.T形GIS附件制造技術(shù)的動向在高壓附件的生產(chǎn)制造方面，不同廠家實行的制造方法也多種多樣，并且由于各主要制造商具有單獨的橡膠材料和環(huán)氧樹脂材料配方，模具設(shè)計以及注壓工藝等核心技術(shù)，所以附件的制造技術(shù)并沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準化。國內(nèi)電纜附件的制造技術(shù)始終落后與電纜，由于附件的橡膠絕緣件與環(huán)氧套管耐受電場強度集中，電氣性能要求高，對制造環(huán)境的異物，灰塵等干凈等級有較高要求。另外附件產(chǎn)品的部件較多，出廠試驗也較簡單，所以在的先進制造治理閱歷和進口設(shè)備，從而使國產(chǎn)附件制造水平得到了很大飛躍。制造環(huán)境治理各個制造流程與包裝在高等級的干凈室中完成，并且使用塵埃粒子計數(shù)器實時監(jiān)測干凈度〔圖10。圖１無塵室的浮游粉塵粒徑10000010000數(shù) 1000計10010

20.30.5 125

防塵包裝室C10萬膠帶擠出室C10萬周密組裝室C1萬注型室(RBJ)C1萬注型室(環(huán)氧套管)浮游粉塵粒徑(μm)

10.干凈室制造治理干凈室設(shè)置風(fēng)淋設(shè)備，進入干凈室人員需按要求穿戴專用干凈服，并通過風(fēng)淋除塵前方可進入干凈室。11.干凈室人員治理整個廠房為全密閉構(gòu)造，并通過空調(diào)設(shè)備調(diào)整氣壓，保證車間處于正氣壓狀態(tài)，有效防止外界粉塵的進入。全員開展并參與6S〔整理，整頓，清掃，清潔，素養(yǎng)，安全〕治理，并使之效率化，長久化。制造與檢測流程治理嚴格材料治理橡膠材料，樹脂材料，金具材料經(jīng)過嚴格檢測合格入廠后，須分類、定溫、定濕、定所和定時治理。嚴格制造工藝流程治理對全部制造流程的工藝參數(shù)實行定量治理〔表參數(shù)都記錄并確?？勺匪荨?.工藝流程治理工程溫度濕度干凈度真空度壓力速度時間過濾網(wǎng)配比Tg原材料保管√√√√金具洗凈√√√√模具安裝，解體√√√環(huán)氧樹脂注型√√√√√√√硅橡膠注型√√√√√硅橡膠擴徑√√√√EP√√√√√√√√EP√√√√√嚴格品質(zhì)檢驗治理專人專職負責(zé)入廠檢驗，流程內(nèi)檢驗，出廠檢驗，產(chǎn)品實行全數(shù)出廠檢測并確保全部檢測記錄可追溯。其中核心的橡膠絕緣件與環(huán)氧件需通過X射線探傷檢測、局部放電與工頻溝通耐壓試驗的測試。a.大型X射線檢測儀 b.750kV高壓屏蔽電氣試驗大廳圖11.檢測設(shè)備小結(jié)伴隨著高壓線路的增長及城市電網(wǎng)改造、架空線入地工程不斷推動，地下電力電纜的使用量激增，而架空線入地工程及地下電纜敷設(shè)都需要大量的高壓電纜附件。因此高壓和超高壓附件產(chǎn)品的市場需求量在將來幾年中將會始終處于增長趨勢中。環(huán)節(jié)，材料、制造和施工品質(zhì)對于附件產(chǎn)品長期牢靠運行起著至關(guān)重要的作用。提高產(chǎn)品的牢靠性和贏得客戶的信任將始終是附件