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SF6环网柜与电缆连接的工艺改进

??发布日期:2016-6-22

      摘要:该文从设备、电缆附件、安装工艺等方面分析了10 kV SF6共箱式环网柜与10 kV电缆连接存在的问题,并提出改善的措施。

      随着城市配电网电缆化的进展,10 kV SF6共箱式环网柜(欧式)作为环网供电节点并以其全绝缘、全封闭、免维护、尺寸小、安装方便灵活的特点而得到广泛的应用。SF6共箱式环网柜(欧式)适应海滨城市潮湿盐雾的使用环境,运行可靠性高,目前已有500多台进网运行。就近几年发生的15宗故障来看,大部分是环网柜套管与10 kV电缆的连接部分出了问题,特别是用在大电流、大电缆中的户内、户外环网柜,故障率更高,主要是套管烧坏漏电或套管受损漏气。出了故障后,整个环网柜需停电更换,电缆T型连接头需重新安装制作,严重影响供电可靠性,也带来较大的经济损失?;吠裉坠苡?0 kV电缆的连接在运行中成为一个较大的薄弱环节,以下就存在的问题进行分析并提出一些应对措施。

      1 共箱式环网柜与三芯电缆连接存在的问题 

      目前国内引进的10 kV SF6共箱式环网柜(欧式)和电缆T型连接头主要是欧洲品牌或标准,欧洲普遍采用单芯电缆,容易固定且便于安装,不存在电缆施加于套管上的扭转力矩,接线端子与套管贴合易于保证,发生热故障可能性低。而国内目前主要采用三芯电缆,安装远较单芯电缆复杂,由此而产生如下一些问题。 

      首先,三芯电缆固定部位为外护套,各单相无法实现实质性固定。即使都连接好后,由于电缆自身重力或外力摆动,都会使各单相外力矩传递至套管部分。 

      其次,由于三芯电缆安装过程中多数需要对相序,在固定之前需要加以外力矩扭动,而在安装之后因扭动产生的内部应力会逐渐释放,产生恢复力矩并作用在套管上。 

      第三,因环网柜电缆小室高度低(适用单芯电缆),限制了电缆各相线芯的长度,对安装精度要求过高。

      第四,一旦接线端子压接后则安装长度已经确定,且因电缆单相长度短,不能轻易加以弯曲以配合安装到位,如T型插头不能直接安装到位则必然会对电缆施以搬、拉、撬等大力动作加以调整,可能致使套管受损、接触不良等后果。 

      2 应对措施 

      针对上述问题,可从环网柜、T型连接头、安装工艺、环网柜土建基础等四个方面采取一些应对措施进行解决。

      2.1 环网柜 

      2.1.1 适当提高SF6共箱式环网柜电缆小室的高度 

      SF6共箱式环网柜电缆小室空间狭小,尺寸一般为高度600 mm,宽度350 mm。这样的空间单芯电缆安装方便,但对于三芯电缆安装T型连接头,特别是大截面电缆(240或300 mm²),难度就更大,这是由于T型连接头三叉套部分也要装在小室中,线芯长度只能做到400 mm左右,大截面电缆线芯又很硬,加之受到现场施工环境的限制,T型连接头要安装到位和符合标准不容易。 

      虽然共箱式环网柜是标准定型产品,但可以通过配套环网柜升高座进行改善,用升高座把电缆小室高度延伸到800 mm左右,并保证固定电缆的卡箍离高压套管中心点的垂直距离不得小于750 mm,这样电缆线芯长度可以做到600 mm左右,T型连接头在安装时容易调整到位。增加环网柜升高座的实质就是将三芯电缆分叉后增加各相线芯长度,以单芯电缆的形式完成与套管的连接,加长线芯长度达到的效果是:大大减少作用于套管部位的扭转力矩;安装时可调的范围增大,减少施加外力矩的需要,降低气体泄露危险,接线端子和应力锥也容易安装到位。 

      另外,各种品牌型号的环网柜电缆小室空间大小还有差别,对配套大截面电缆进出线的环网柜,宜选用电缆小室空间大一点的型号。 

      2.1.2 选型时要考虑环网柜套管面接触的导电能力 

      环网柜额定电流630 A的标准螺栓式套管端面的铜管,外直径为25 mm,铜管内孔螺纹为M16(与M16固定螺栓配套),铜管端面导电面积只有289.6 mm²。由于与电缆接线端子贴接配合的偏差,导电面积肯定更小,在电缆T型连接头固定螺栓采用不锈钢(铜材硬度不够)时,就单纯依靠端面接触导电。由于端子导电部件全部密封在绝缘套内,不易散热,还存在降容的问题。在工程实际施工中,要保证电缆端子与环网柜套管的铜管端面贴接非常完美,有一定难度,若贴接稍微有点松动的话,在数百安大电流通过时,就容易发生热故障。 

      采用配套截面240或300 mm²电缆,运行400 A以上大电流的SF6共箱式环网柜,螺栓式套管最好选用额定电流为800 A的标准式套管,铜管外直径应为32 mm,这样可以降低热故障的发生。 

      2.1.3 加强对环网柜套管运行温度的监测 

      由于共箱式环网柜是全封闭的开关柜,在运行中不能打开,目前运行巡视中常用的红外测温设备,无法测量其接头的温度,若在电缆小室前板上开测温孔,又降低了环网柜的防护等级,因此,共箱式环网柜在运行中发热故障出现的次数最多。 

      在运行巡视中,可用手摸电缆小室前板,感知柜内温度,以便判断电缆T型连接头是否发热。对于运行大电流的环网柜,在安装完毕投入运行一段时间后,应停电检查导体连接处是否已出现发热迹象。这些防范环网柜接头热故障的运行措施都不直观和完善,最好的方法是随着技术的进步,在环网柜套管或T型连接头上设置温度传感器,实时检测接头温度。

     2.2 电缆T型连接头 

     2.2.1 保证导电部件的质量 

     大部分厂家把T型头固定螺栓改为不锈钢后,环网柜与电缆之间就单纯依靠套管端面接触导电,对电缆端子等导电部件的结构、材质要求更高,必须充分保证导电面积和导电能力。根据检修人员在故障分析时对各型号T型连接头导电部件的分析,存在以下一些问题:电缆端子连接面宽度太窄或中间圆孔偏大,与环网柜套管的铜管端面配合不好,导电面积缩水;电缆端子材质差,表面电镀层不均匀;固定螺栓(双头螺栓)前端M16,后端M12,中间台阶的锥度与电缆端子中间圆孔公差配合不好,卡住电缆端子使其无法与环网柜高压套管接触,造成单纯靠不锈钢双头螺栓导电;铜垫片厚度和面积不够,无法确保电缆端子与环网柜套管的铜管端面平行贴接。这些问题都影响接触面的载流量,可能导致热故障的发生。 

      对电缆T型连接头的导电部件,在定货时应根据所配套的环网柜,明确其技术条件,比如:电缆端子连接面宽度要求为25或32 mm,保证其能覆盖住环网柜套管导电面;端子材质要求采用T2铜(铜含量大于99.9%,电解铜,模压成型,经过回火处理),内、外表面进行镀银或镀锡处理,保证其导电能力和降低接触电阻;平垫片要求大面积,厚3 mm,保证足够的压力使端子与套管铜端面紧密贴接等。

      2.2.2 选择材质柔软T型连接头,减少安装难度 

      部分电缆T型连接头采用橡塑外套或三元乙丙橡胶(EPDM)为主要材料制成,其材质偏硬偏脆,在安装过程中,线芯(特别是大截面线芯)、应力锥、绝缘外套位置一旦有偏差,要调整到位较难,而且难判断是否到位。另外,由于弹性差、径向收缩力不够,在长时间运行中容易出现因内界面分离而产生漏电的故障。 

      配套共箱式环网柜的电缆T型连接头,采用硅橡胶材料更好。硅橡胶材料材质柔软,具有高弹性,在安装过程中,线芯、应力锥、绝缘外套容易调整到位。硅橡胶材料径向收缩力好,均匀度高,有利于密封,防漏电。虽然硅橡胶材料机械强度比EPDM差,但对于安装在环网柜电缆小室中的T型连接头,硅橡胶的机械强度可以满足要求。 

     3 现场安装工艺  

     3.1 电缆进入环网柜时一定要固定  

     进入环网柜的三芯电缆一定要用电缆卡箍固定在高压套管的正下方,不能斜扭着或没有固定,这样电缆会对套管产生扭曲力或拉力,长时间受力会破坏套管和柜体的密封,使SF6气体泄露、会使套管产生裂纹,导致高压短路;要尽量使电缆各相线芯垂直对称,不扭曲、分支手套尽量靠下安装,电缆卡箍位置也要尽量靠下,离套管垂直距离应达到750 mm。 

      在现场施工过程中,把电缆从环网柜基础下穿入环网柜电缆小室内时,应锯掉因敷设电缆牵引时受损的电缆端头,然后进行核相,确定相位,并扭正电缆进入环网柜的角度,使三条缆芯对正套管。如果电缆倾斜角度过大应重新将电缆退回电缆井,调整角度后再穿入环网柜并用电缆卡箍固定。在现场施工条件允许时,电缆可采用双固定的方式(分段固定电缆外护套),即在正常固定下端电缆井内加设一固定梁,增加一固定位。 

      3.2 电缆分相处理的工艺要求 

      在进行电缆的分相处理时,要先用电缆卡箍固定电缆分支手套下端,然后修整电缆线芯的长度,B相对正B相套管,A、C相从根部先稍微向外弯曲,再向上垂直对正套管。拧上双头固定螺栓,将端子先挂在套管上,比照电缆长度,锯去多余电缆线芯。一定要保证电缆三条线芯长短合适,平齐,避免套管受力以及电缆端子与套管端面接触不良。如果电缆没固定就修整电缆线芯的长度,电缆线芯的长短就没有一个基准点,会出现偏差。因此,先固定电缆这个步骤很重要。  

      另外,电缆剥切环节的工艺也很重要,要注意以下几点:剥切尺寸必须按照T型连接头厂家工艺要求及配套工艺尺寸;剥切时必须注意剥切外层时不能伤及内层;要避免芯绝缘上出现纵向划痕,以免出现内部爬电现象;一定要使用厂家配套的专用清洗纸,尽量避免使用工业酒精等其他清洁剂;安装润滑膏建议使用聚氟醚类制品,不会与硅橡胶发生任何反应,能长期保持密封、绝缘作用,避免使用硅脂类润滑膏,它会与硅橡胶之间因互溶干涸而造成界面爬电的危险。 

      3.3 应力锥安装的工艺要求 

      首先要保证应力锥与电缆截面的配合,过盈量合适,过盈量过大或过小都会产生不良后果。过大时会造成安装困难,容易撑裂;过小时会造成密封不良,严重时会沿面放电。对电缆T型连接头,其应力锥与绝缘外套以及电缆本身都有相对位置的要求,随意性小,应严格按安装要求执行(不同厂家标准不一样),以满足应力控制和绝缘密封的要求。其次,安装时应力锥体应尽量处于电缆垂直段,保证全密封效果,特别要注意不要让尖锐物体划伤硅橡胶部件的内外表面,在那些过盈配合的接触部件上同时应分别均匀涂抹专用的安装润滑膏。 

      3.4 导体连接要保证足够的导电面积 

      电缆T型连接头的导体连接都是在绝缘外套内完成的,其接触情况不易观察,更不便检测,因此必须保证端子平面与环网柜套管的导电端面平行贴合,使端子作用于套管的应力最小,并且接触充分良好,避免通电发热。 

      在安装过程中,电缆接线端子在与线芯导线进行压接时,一定要注意接线端子平面的方向,它要和母线套管的铜平面平行,才能保证贴合。根据压接钳的具体情况,可在端子上压接2~4道,压接时,从上往下压,以减少端子向上的延伸,在压模合拢到位后应停留10~15 s,使压接部位金属塑性变形达到基本稳定后,才能消除压力。压接完成后如果端子表面产生毛刺或尖角要用锉刀锉平,然后清洁,清洁顺序是先芯绝缘,后端子。把电缆端子套在固定螺杆上并把T型连接头推入套管上以后,应先扭动电缆线芯,调整好位置,并用力向套管方向施压,使端子平面与套管的铜平面紧密贴合,然后依次安装平垫、弹垫、螺母,用力矩扳手拧紧螺母。 

      3.5 接地要可靠 

      安装在环网柜上的屏蔽型的电缆T型连接头,一定要用专用的接地环和接地线固定接地,并保证接入环网柜的接地网中,否则在运行中其外表面由于电荷的积累会导致触电事故,表面电荷还会对周围的电极间隔放电,造成橡胶材料的电腐蚀。

      4 环网柜的土建基础 

      环网柜基础高出地面一般为300~500 mm,基础下的电缆井深度要做到800 mm以上,在现场条件许可时要达到1000 mm,这样可以保证电缆(特别是大截面电缆)从基础下进入环网柜时有足够的弯曲半径,能够垂直进入,减少应力。 

      10 kV SF6共箱式环网柜和电缆T型连接头的应用,大大提高配网的绝缘水平和供电可靠性,但由于使用的历史不长,只是最近六七年才大范围使用,我们对产品的性能、标准、安装要求等方面还不够熟悉,在运行中也出现了不少问题,甚至影响了安全运行。通过上面对共箱式环网柜和电缆连接存在一些的问题的总结和反思,以期能降低接头处运行的故障率。

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