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電纜載流量提高方法的探討

作者:呂峻  來源:杭州市電力局電纜工程公司 
評論: 更新日期:2015年05月26日

??????? 在隧道內(nèi)運(yùn)行的電纜,最主要考慮的安全問題就是防火問題。一旦其中一回電纜故障接地燃燒,極易引起周圍其他電纜線路發(fā)生火災(zāi)事故,因此,做好隧道內(nèi)的防火墻以及設(shè)置滅火系統(tǒng)都是必須考慮的問題。
??????? 2.1.3 直埋敷設(shè)電纜
??????? 早期的運(yùn)行電纜經(jīng)常用到直埋敷設(shè),只需要在土壤中挖一定深度的溝體,鋪上黃沙,然后在敷設(shè)完的電纜上加蓋保護(hù)水泥板,回填土即可。施工方法簡單,投資少,易于實(shí)施。但是考慮到保護(hù)措施過于簡單,容易被外力破壞挖傷,將嚴(yán)重影響電纜運(yùn)行的可靠性,這種敷設(shè)方法目前只是作為一些臨時過渡方案采用,或者在農(nóng)村地區(qū)架空線走廊資源缺乏的情況下采用。
???????????? 直埋敷設(shè)電纜的熱量散發(fā)條件比較好,由于電纜直接與地下的土壤或細(xì)砂接觸,熱傳導(dǎo)比較迅速,同時地下土壤溫度常年比較穩(wěn)定,也有利于電纜載流量的提高。
??????? 2.2 同路徑電纜聚集度的影響
??????? 在同一條電纜溝內(nèi),由于電纜管孔資源的有限性,一般都會考慮運(yùn)行數(shù)條電纜。由于電纜間的距離保持不夠,電纜就會相互加熱,結(jié)果造成電纜載流量的下降。根據(jù)溫度場疊加原理(1),對產(chǎn)生的熱阻進(jìn)行相關(guān)計(jì)算,可以得到這樣的結(jié)論:在電纜敷設(shè)方式的實(shí)際應(yīng)用中,電纜間距D=7mm時,長期允許載流量情況下電纜敷設(shè)的垂直方向最多只應(yīng)該考慮3層(4),超過3層將嚴(yán)重影響其相互間的散熱從而導(dǎo)致局部熱擊穿。這個結(jié)論給我們電纜溝的設(shè)計(jì)人員提供了一些指導(dǎo),也為電纜載流量的計(jì)算提供了依據(jù)。
??????? 2.3 電纜絕緣與護(hù)套的熱阻影響
???????????? 由于電纜在導(dǎo)體內(nèi)以及金屬護(hù)套內(nèi)電流的作用,在電纜金屬護(hù)套上必將產(chǎn)生電流損耗熱,以及在電纜絕緣上產(chǎn)生介電損耗熱,使電纜本體溫度上升。在穩(wěn)定的狀態(tài)下,散熱等于電纜內(nèi)所有損耗熱之和,損耗熱通過熱傳導(dǎo)向周圍空氣和介質(zhì)傳遞,最終形成熱平衡。如果電纜絕緣設(shè)計(jì)厚度太大,或者與金屬護(hù)套的間隙設(shè)計(jì)不合理,將不利于損耗熱的散熱,則電纜本體將產(chǎn)生過高的溫度,由此而影響到電纜的載流量。因此,我們在施工設(shè)計(jì)審查環(huán)節(jié),應(yīng)該嚴(yán)格按照IEC標(biāo)準(zhǔn)或相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn),對電纜絕緣和護(hù)套的一些參數(shù)進(jìn)行核對,同時兼顧考慮電纜的敷設(shè)環(huán)境,對熱阻系數(shù)作科學(xué)的校正,確保電纜的額定載流量。
??????? 3 高壓電纜接地系統(tǒng)環(huán)流對載流量的影響
??????? 高壓單芯電纜金屬護(hù)套環(huán)流大小能實(shí)時客觀反映電纜外護(hù)套健康狀況,同時影響電纜線路的載流量。當(dāng)環(huán)流異常時對載流量的影響可達(dá)30%~40%(6),可造成損耗發(fā)熱,導(dǎo)致電纜絕緣局部過熱,加速絕緣老化,降低電纜運(yùn)行壽命。
??????? 目前,國內(nèi)還沒有關(guān)于電纜金屬護(hù)套環(huán)流是否正常的定量判斷標(biāo)準(zhǔn)。鑒于環(huán)流判定的重要性,我們制定了適合杭州地區(qū)情況的企業(yè)自定標(biāo)準(zhǔn),即金屬護(hù)套環(huán)流不超過負(fù)荷電流的10%為正常,且三相基本平衡。每年四次的環(huán)流測試,在負(fù)荷正常的前提下數(shù)據(jù)應(yīng)有可比性,否則將視為異常,必須進(jìn)行分析和處理。一般來說,環(huán)流異常的原因有以下幾方面:
??????? 3.1 金屬護(hù)套接地方式錯誤引起
??????? 正常情況下,高壓電纜的金屬護(hù)套接地方式有兩種:單端接地和交叉互聯(lián)接地。產(chǎn)生金屬護(hù)套接地方式錯誤的原因很多,我們從以上兩種方式展開分析。
??????? 3.1.1 單端接地方式被改變
??????? (1)兩端金屬護(hù)套直接接地。金屬護(hù)套與大地構(gòu)成回路,在負(fù)荷電流磁通的作用下,產(chǎn)生負(fù)荷電流50%~95%大小的環(huán)流。不接地端接地的原因主要是:護(hù)層保護(hù)器在過電壓時被擊穿、沒有及時發(fā)現(xiàn)和更換;
??????? (2)直接接地端懸空。由于直接接地纜被外力破壞或偷盜,造成直接接地側(cè)懸空。如果在這種情況下,電纜金屬護(hù)套遭受過電壓,則無法與大地形成釋放通道,外護(hù)層極易被擊穿,留下永久性接地點(diǎn),且難以查找和修復(fù),對電纜的運(yùn)行壽命影響很大。
??????? 3.1.2 交叉互聯(lián)接地方式被改變
??????? 一組完整的交叉互聯(lián)段內(nèi)三相電纜換位順序應(yīng)該前后一致,即“A→B→C→A”
??????? “A→C→B→A”,由于互聯(lián)段電纜長度相等,三相感應(yīng)電壓幅值相等、相位差120?,可以相互抵消,使環(huán)流理論計(jì)算為零。如果前后順序不一,兩相感應(yīng)電壓疊加在一相無法抵消,將形成較大的環(huán)流。
??????? 在接地系統(tǒng)安裝結(jié)束時,我們需要對整個電纜接地系統(tǒng)接線方式進(jìn)行確認(rèn)試驗(yàn),判定接線方式正確、護(hù)套絕緣合格后方能投入運(yùn)行。這也是確保電纜載流量、提高運(yùn)行可靠性的必須手段。
??????? 3.2 電纜護(hù)套破損引起。
??????????? 電纜外護(hù)套破損的原因主要是在電纜敷設(shè)階段。由于電纜管道的通暢性差或道路沉降引起管道錯位,在敷設(shè)電纜時將對外護(hù)套產(chǎn)生極大的磨損,降低了護(hù)套的絕緣電阻,嚴(yán)重時引起絕緣電阻為零。在這種情況下,所有的接地方式全部失效,電纜表面形成多點(diǎn)接地,環(huán)流很大,從而影響了電纜載流量的提高。因此,我們應(yīng)加強(qiáng)電纜敷設(shè)階段的施工管理,并配合及時的護(hù)套絕緣測試,減少環(huán)流對電纜運(yùn)行和載流量的影響。
??????? 4 電纜安裝質(zhì)量的控制能有效提高電纜載流量
??????????? 對電纜安裝質(zhì)量嚴(yán)格控制,應(yīng)該從減小導(dǎo)體接觸電阻、確保絕緣層優(yōu)良的介電常數(shù),以及補(bǔ)強(qiáng)接地系統(tǒng)的防水性能等幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)入手。只有對這些工藝步驟加強(qiáng)控制,對電纜載流量的提高才有了可靠的保證。
??????? 4.1 對金屬導(dǎo)體壓接工藝的控制
??????? 在電纜安裝的導(dǎo)體壓接環(huán)節(jié),主要是控制壓接作業(yè)的工藝,嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB14315-93規(guī)定進(jìn)行操作,以確保機(jī)械強(qiáng)度和控制接觸電阻為目的。
??????? 電纜線芯連接一般采用圍壓和冷連接工藝,在保證電纜線芯與線端子管連接后機(jī)械強(qiáng)度的要求下,我們對連接后的線芯導(dǎo)體的直流電阻也應(yīng)該有所控制,確保導(dǎo)體損耗在正常范圍內(nèi),能通過額定載流量??刂频膬?nèi)容包括:
??????? 1.導(dǎo)體截面積、線端子、壓模的配合度確認(rèn)。任何其中一件的不配套,都將產(chǎn)生不良的后果,過盈-導(dǎo)致接觸電阻過大;過緊-壓印不均勻產(chǎn)生凸邊難以處理。
??????? 2.導(dǎo)體線芯以及連接管的氧化層去除。
??????? 3.壓接順序正確、保證壓痕間距,確保金屬在壓接時有足夠的延展度。
??????? 4.壓接時在壓模合攏后應(yīng)停留10~15S時間,使金屬塑性變形穩(wěn)定后才消除壓力。
??????? 5.去除因壓接產(chǎn)生的尖端和毛刺,保證壓接部位平整光滑,避免在高壓環(huán)境下產(chǎn)生尖端放電現(xiàn)象,減小局放。
??????? 4.2 對電纜絕緣處理的控制
??????? 電纜安裝過程中對絕緣以及絕緣屏蔽的處理十分關(guān)鍵,該工序完全靠手工來控制,因此加強(qiáng)對其控制尤顯必要。
??????? 4.2.1 電纜安裝前的加熱去應(yīng)力
??????? 在交聯(lián)電纜的生產(chǎn)過程中,電纜絕緣內(nèi)部會留有應(yīng)力,這應(yīng)力會使電纜兩頭的絕緣產(chǎn)生向中間收縮的趨勢。我們在安裝中間接頭切斷多余電纜時,會發(fā)現(xiàn)電纜絕緣逐漸回縮和線芯突出的現(xiàn)象,即體現(xiàn)了這種應(yīng)力的作用。在電纜附件安裝完成后,一旦電纜絕緣回縮,中間接頭中就會產(chǎn)生致命的缺陷--氣隙,在高電場的作用下,氣隙很快會產(chǎn)生局部放電,導(dǎo)致接頭擊穿。雖然電纜絕緣內(nèi)的應(yīng)力會隨時間而緩慢地自行消除,但在施工中花長時間等待絕緣內(nèi)存留的應(yīng)力自行消除是不可能的。為了保證附件安裝尺寸的可靠性,我們必須消除這種應(yīng)力。目前國內(nèi)外高壓電纜施工中較普遍采用的方法是對電纜本體進(jìn)行加熱和常溫冷卻,并在此過程中同步校直。即將加熱帶繞包在安裝部分的電纜主絕緣層上,溫度控制在80度~90度之間,并保持2~4個小時,然后夾直冷卻2小時。這樣處理后的電纜95%以上的回縮應(yīng)力能夠被消除,之后再安裝電纜附件就比較安全了。
??????? 事實(shí)上,一次性處理掉全部電纜絕緣內(nèi)的回縮應(yīng)力是不現(xiàn)實(shí)的。電纜附件在設(shè)計(jì)時已經(jīng)考慮到這一問題。在電纜附件安裝好后,即使電纜絕緣還會有些回縮,導(dǎo)體的半導(dǎo)電屏蔽仍舊可以克服因回縮而造成的少許缺陷。從現(xiàn)場的施工來看,通過人為的加熱使絕緣回縮以及電纜附件的裕度設(shè)計(jì),完全滿足了電纜截?cái)嗵庪妶鼍鶆蚍植嫉囊螅_(dá)到了額定載流量下安全運(yùn)行的目的。
??????? 4.2.2 絕緣屏蔽的處理
??????? 常規(guī)的電纜絕緣屏蔽(外半導(dǎo))的處理方法是用刮刀、玻璃片等工具,根據(jù)安裝圖紙要求尺寸進(jìn)行刮削后用砂紙拋光。對110kV及以上電壓等級的高壓電纜附件安裝來說,電纜絕緣表面的超光處理是一道十分重要的工藝,處理電纜絕緣表面用的砂紙數(shù)應(yīng)該在600目以上,至少不要采用低于400目的砂紙,這是由于處理用的砂紙目數(shù)會直接影響電纜絕緣表面的光滑程度。而絕緣表面的不光滑、圓整度欠缺、絕緣處理后的電纜直徑等問題,將會極大地影響到電纜附件與絕緣界面的壓緊力,從而降低中間接頭的絕緣性能,影響到電纜的載流量。
??????? 4.3 對電纜防水工藝的控制
??????? 根據(jù)不同電纜附件廠家的要求,中間接頭防水處理一般有以下幾種方式,基本都可以滿足防水要求,并滿足電纜載流量的需要:
??????? 1.兩端金屬屏蔽層的封鉛處理:該工藝要求比較高,封鉛工作必須在30分鐘內(nèi)完成,并且做到鉛套密封無裂痕、接觸電阻小、對主絕緣的熱老化影響小等等。
??????? 2.玻璃絲帶、環(huán)氧樹脂及絕緣帶密封固定法:該方法能較好地滿足密封防水的功能,但必須注意的是,接地引線的焊接必須可靠并能保證故障通流的要求。
??????? 3.中間接頭外殼:必須有機(jī)械強(qiáng)度以及密封的作用,一般采用金屬銅外殼,充滿防水絕緣混合膠,達(dá)到防水、防外力破壞的目的。
??????? 5 結(jié)論
?????????? 本文結(jié)合了高壓電纜施工和運(yùn)行的實(shí)際情況,分析了對電纜載流量的影響因素,有針對性地提出了一些方法和措施,得出以下結(jié)論:
??????? 1.優(yōu)化電纜排列方式;
??????? 2.改善電纜運(yùn)行的環(huán)境熱阻;
??????? 3.降低電纜接地系統(tǒng)環(huán)流影響;
??????? 4.加強(qiáng)電纜安裝質(zhì)量的控制。
??????? 參考文獻(xiàn)
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