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開發(fā)超高壓電纜附件有潛力

目前，我國(guó)有高、中壓交聯(lián)電纜生產(chǎn)流水線近百條，比十年前增加了3倍。其中，引進(jìn)國(guó)外成套交聯(lián)電纜生產(chǎn)線約60多條，而且絕大部分是國(guó)外同一公司不同年代的產(chǎn)品。交聯(lián)電纜制造技術(shù)有了長(zhǎng)足發(fā)展，但是電纜附件發(fā)展相對(duì)滯后。國(guó)內(nèi)能夠制造110KV、220KV高壓電纜附件（終端和中間接頭）的企業(yè)鳳毛麟角，附件技術(shù)的落后現(xiàn)狀已嚴(yán)重制約高壓電纜推廣應(yīng)用。這希望引起廣大電線電纜廠家的注意。

    高壓電力電纜的發(fā)展必然帶動(dòng)電力電纜附件的配套發(fā)展，這是國(guó)內(nèi)需求的必然結(jié)果。電纜附件的品種較多，有戶外終端、戶內(nèi)GIS終端、變壓器油浸終端、普通連接盒、絕緣連接盒、交叉換位箱、接地箱等。終端制造難度大，高新技術(shù)含量比電纜本體要高得多，因?yàn)殡娎|整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)中這一部分是個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)其設(shè)計(jì)制造時(shí)要極重視接頭部分的電場(chǎng)分布、溫度分布、壓力分布，絕對(duì)消除氣隙，模具設(shè)計(jì)極復(fù)雜，材料配方應(yīng)用也有難度。國(guó)外著名廠家如ABB、BICC、ALCTEL、PIERELLI、古河、住友等在附件設(shè)計(jì)制造方面處于國(guó)際領(lǐng)先地位，但他們的產(chǎn)品僅隨同電纜本體一起配套供應(yīng)，并不單獨(dú)出售。因而必須引進(jìn)高壓XLPE電力電纜附件生產(chǎn)設(shè)備及海纜軟接頭技術(shù)等。

        現(xiàn)在，我國(guó)不少電纜公司說(shuō)能夠制造110～220kV、甚至500kV超高壓交聯(lián)電纜，但是有膽量說(shuō)能制造超高壓交聯(lián)電纜附件的公司極少見。我國(guó)各地高壓和超高壓低下輸電線路中使用的交聯(lián)電纜附件，還是從外國(guó)進(jìn)口，這與我國(guó)投入巨大力量開發(fā)超高壓交聯(lián)電纜的步伐很不協(xié)調(diào)。我國(guó)已在普及使用110kV交聯(lián)電纜，220kV交聯(lián)電纜已經(jīng)國(guó)產(chǎn)化，50kkV交聯(lián)電纜已經(jīng)制造出成功的樣品，并通過了鑒定，可是我們的電纜附件國(guó)產(chǎn)化還有時(shí)日。因此，研制超高壓交聯(lián)電纜附件是我國(guó)電纜行業(yè)自主技術(shù)開發(fā)創(chuàng)新任務(wù)的當(dāng)務(wù)之急。

    國(guó)內(nèi)新建設(shè)的高壓電纜工程，大多是采用預(yù)制型電纜附件。預(yù)制型電纜終端的種類很多，以下對(duì)國(guó)內(nèi)外流行的主要類型及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行評(píng)析。

　　傳統(tǒng)的預(yù)制型終端的內(nèi)絕緣采用預(yù)制應(yīng)力錐控制電場(chǎng)，外絕緣是瓷套管（或環(huán)氧樹脂套管）。套管與應(yīng)力錐之間一般都充以硅油或者聚丁烯、聚異丁烯之類的絕緣油。出廠時(shí)，制造廠提供的是橡膠預(yù)制應(yīng)力錐、瓷套、絕緣油等零部件，在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)再裝配成終端�，F(xiàn)代預(yù)制型終端有三種基本結(jié)構(gòu)：

　　（1）將橡膠預(yù)制應(yīng)力錐機(jī)械擴(kuò)張后套在電纜絕緣上。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是應(yīng)力錐直接套在電纜絕緣上，依靠應(yīng)力錐材料自身的彈性保持應(yīng)力錐與電纜絕緣之間界面上的應(yīng)力和電氣強(qiáng)度。歐美一些國(guó)家的電纜制造廠商，如我國(guó)用戶熟悉的瑞士Brugg，意大利Pirelli，法國(guó)Nexans，德國(guó)Siemens等公司以及我國(guó)沈陽(yáng)電纜廠、上海三原電纜附件公司、北京國(guó)電四維電力技術(shù)公司都有這種結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品。它的外絕緣是瓷套（GIS終端一般用環(huán)氧樹脂套管）。內(nèi)絕緣是一個(gè)合成橡膠（硅橡膠或乙丙橡膠）預(yù)模制應(yīng)力錐，瓷套（或環(huán)氧樹脂套管）內(nèi)注人合成絕緣油。

　　顯然，這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但是存在兩個(gè)令人關(guān)心的技術(shù)問題: 1）合成橡膠應(yīng)力錐與浸漬油的相容性；2）在高電場(chǎng)和熱場(chǎng)作用下，預(yù)模制的橡膠應(yīng)力錐老化會(huì)引起界面壓的變化（松弛），從而降低電氣強(qiáng)度。以上兩個(gè)問題實(shí)際上就是一個(gè)材料問題。合適的材料既可以使合成橡膠與浸漬油相容，又可以確保良好的老化性能。上述歐美國(guó)家的電纜制造廠商大量產(chǎn)品的長(zhǎng)期安全運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可以證明這一點(diǎn)。

　�。�2）采用彈簧壓緊裝置。這種結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在應(yīng)力錐上增加一套機(jī)械彈簧裝置以保持應(yīng)力錐與電纜之間界面上的應(yīng)力恒定，輔以對(duì)付在高電場(chǎng)和熱場(chǎng)作用下，橡膠應(yīng)力錐老化后可能會(huì)引起的界面壓力的變化（松弛）。這種結(jié)構(gòu)還有一個(gè)很重要的特點(diǎn)，日本和韓國(guó)的電纜制造廠商采用了這種結(jié)構(gòu)。我國(guó)湖南省長(zhǎng)沙電纜附件公司的產(chǎn)品也是這種結(jié)構(gòu)。

　�。�3）采用一種非橡膠應(yīng)力錐，在設(shè)計(jì)上它既能提供可靠的應(yīng)力控制又能避開應(yīng)力錐與電纜絕緣直接接觸。典型的結(jié)構(gòu)是美國(guó)G&W公司設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，在我國(guó)已經(jīng)有不少用戶。它在工廠內(nèi)已經(jīng)把主要的零部件：資套管、應(yīng)力錐（成型鋁合金噴鍍環(huán)氧樹脂）、頂蓋、底盤和油壓調(diào)整裝置等都裝配好，并且充滿絕緣油。安裝時(shí)，當(dāng)把電纜端部準(zhǔn)備好后，把預(yù)制終端套人電纜即可。從使用角度來(lái)看，這種結(jié)構(gòu)可以允許配套電纜有較大的直徑和偏心度的制造公差。

　　上述三種結(jié)構(gòu)各有所長(zhǎng)，均達(dá)到了實(shí)用化水平，都已經(jīng)有比較成熟的使用經(jīng)驗(yàn)。
　　GIS終端和變壓器終端的基本結(jié)構(gòu)與各公司的戶外終端相似。由于GIS是在全封閉環(huán)境下運(yùn)行，可以免受大氣條件和污穢的影響，加上SF6氣體的良好絕緣特性，所以GIS終端的外絕緣采用環(huán)氧樹脂套管，其尺寸比戶外終端瓷套小得多。它的內(nèi)絕緣用的應(yīng)力錐和絕緣油與戶外終端相似。

　　為了規(guī)范GIS電纜終端與GIS開關(guān)設(shè)備的具體配合尺寸和明確電纜制造廠與開關(guān)制造廠的各自供貨的范圍，國(guó)際電工委員會(huì)制定了IEC859標(biāo)準(zhǔn)。因此，按照IEC859標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造的GIS電纜終端都可以安裝在任何廠商制造的標(biāo)準(zhǔn)型GIS設(shè)備上。

　　IEC859標(biāo)準(zhǔn)的最早版本是1986年頒布的，當(dāng)時(shí)規(guī)定GIS電纜終端，不分濕式或干式，在電纜倉(cāng)內(nèi)的高度Ls是相同的。例如，110 kV GIS電纜終端的Ls=757±lmm。之后該標(biāo)準(zhǔn)又幾經(jīng)修改，1999年頒布的最新版本IEC60859—1999明確了GIS電纜終端分為濕式和干式兩種類型，110 kV濕式GIS電纜終端的Ls仍為757±1mm。而110 kV干式GIS電纜終端的Ls為470±lmm。

　　變壓器終端的基本結(jié)構(gòu)與GIS終端的基本結(jié)構(gòu)十分相似，但是變壓器油與SF6氣體的電容率（介電常數(shù)）不同，因而整個(gè)終端的電場(chǎng)分布也不完全相同。另外，變壓器油的擊穿強(qiáng)度也較SF6氣體低。事實(shí)上，大多數(shù)制造廠采用的是改變變壓器終端套管高壓屏蔽罩的形狀調(diào)整電場(chǎng)分布，達(dá)到盡可能使變壓器終端與GIS終端相同的結(jié)構(gòu)。

　　隨著硅橡膠在電氣絕緣領(lǐng)域成功的使用，人們開始把硅橡膠的應(yīng)用拓展到電纜終端的外絕緣領(lǐng)域。首先人們采用硅橡膠復(fù)合套管代替瓷套作為戶外終端的外絕緣。復(fù)合套管重量輕，有優(yōu)良的防爆性，保證了周圍的人員和設(shè)備的安全。因此，它的出現(xiàn)受到普遍地關(guān)注，特別是使用在人口或設(shè)備密集地點(diǎn)。

　　上世紀(jì)90年代末，一種新型的全預(yù)制干式合成絕緣戶外電纜終端問世。不久，國(guó)內(nèi)的長(zhǎng)沙電纜附件公司和廣東長(zhǎng)國(guó)電纜附件公司相繼開發(fā)成功類似的產(chǎn)品。這種新型的戶外終端是集應(yīng)力錐、傘裙和絕緣層于一體，成為一個(gè)整體預(yù)制件。這種結(jié)構(gòu)極大地簡(jiǎn)化了終端的安裝工序，即在通常處理完電纜并壓接好接線桿后，將整個(gè)終端預(yù)制件套人電纜的絕緣上即成。

　　北京國(guó)電四維電力技術(shù)公司開發(fā)的干式合成絕緣戶外電纜終端是用一個(gè)電容錐控制終端的電場(chǎng)。從原理上講，電容錐控制電場(chǎng)的效果優(yōu)于應(yīng)力錐，但制造上比較麻煩。110 kV電壓等級(jí)的電纜終端用應(yīng)力錐已足可以有效控制電場(chǎng)，國(guó)外一般在 275 kV以上才使用電容錐式電纜終端。國(guó)內(nèi)，在 110 kV電壓等級(jí)的充油電纜系統(tǒng)中使用過電容錐式電纜終端，取得令人滿意的效果。

評(píng)判電纜附件品質(zhì)的因素是多元的，原則上有以下各幾個(gè)方面：

　�。�1）電氣性能。電氣性能的好壞是評(píng)判電纜附件品質(zhì)的首要原則。主要考慮電纜附件的電場(chǎng)分布是否合理，改善電場(chǎng)分布的措施是否恰當(dāng)，材料的電氣強(qiáng)度、介質(zhì)損耗和產(chǎn)品的絕緣裕度等。

　　同時(shí)，還須考慮電性能的穩(wěn)定性，包括電纜附件材料的化學(xué)、物理性能和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性等，例如應(yīng)力控制材料性能是否穩(wěn)定，應(yīng)力錐是否易變形，電纜絕緣回縮對(duì)電纜附件的電場(chǎng)分布的影響及防止措施，各種材料結(jié)合的相容性，結(jié)合界面性能的穩(wěn)定性等。

　　此外，還應(yīng)考慮電纜附件的熱性能，如介質(zhì)損耗、導(dǎo)體連接的接觸電阻及其穩(wěn)定性、熱量的傳導(dǎo)釋放、熱脹冷縮對(duì)各部件電性能和機(jī)械性能的影響等。

　�。�2）密封性能。密封防潮性能直接影響電纜附件的電氣性能和使用壽命。終端的密封結(jié)構(gòu)是否可靠、穩(wěn)定。一般來(lái)說(shuō)，中間接頭也應(yīng)有一個(gè)與之相匹配金屬防潮外殼，特別是直埋或使用在潮濕環(huán)境中。

　�。�3）機(jī)械性能。終端應(yīng)該有足夠的抗彎、防震的能力。中間接頭應(yīng)能承受一定的拉力和防止外力損傷的措施。

　�。�4）工藝性能。工藝性能是電纜附件設(shè)計(jì)和選型的一個(gè)重要的條件，安裝工藝應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，便于現(xiàn)場(chǎng)施工，工期短；對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要求和對(duì)工人技術(shù)水平要求不高；安裝質(zhì)量容易控制，質(zhì)量可靠等。

　�。�5）制造廠商的質(zhì)量保證體系。預(yù)制型電纜附件出廠時(shí)，制造廠提供的是橡膠預(yù)制件、預(yù)制應(yīng)力錐、瓷套、外殼、浸漬劑等零部件，在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)再裝配成整體終端或接頭，因此，每一個(gè)零部件的制造質(zhì)量和安裝工藝好壞都與產(chǎn)品的最終質(zhì)量直接相關(guān)。這套質(zhì)量保證程序至少應(yīng)包括以下內(nèi)容：

　　l）出廠時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)格對(duì)關(guān)鍵零部件（例如，橡膠應(yīng)力錐、GIS的環(huán)氧樹脂套管、浸漬劑、中間接頭的預(yù)制件等）進(jìn)行出廠試驗(yàn)。仔細(xì)檢查試驗(yàn)和測(cè)量設(shè)備是否可靠，試驗(yàn)方法是否有效、試驗(yàn)人員是否訓(xùn)練有素和試驗(yàn)記錄是否齊全；
　　2）制造廠派遣的安裝和施工人員是否受到嚴(yán)格培訓(xùn)和有足夠施工經(jīng)驗(yàn)；
　　3）制造廠不同部門之間的協(xié)調(diào)是否良好；
　　4）以往的銷售和運(yùn)行記錄。

　　當(dāng)今國(guó)內(nèi)、外市場(chǎng)上高壓交聯(lián)電纜附件品種繁多，結(jié)構(gòu)都不相同。眾多類型的電纜附件，各有特點(diǎn)。很難確定哪一種最佳或哪一種最差，這也是這些電纜附件能在近十多年時(shí)間里并存發(fā)展的原因。用戶的正確選型不僅影響電纜工程的施工和投資，也直接影響電纜系統(tǒng)的安全運(yùn)行和使用壽命。電纜附件的選型應(yīng)該根據(jù)實(shí)際使用要求決定，不必盲目追求“新潮”，適用才是最好。

　　可靠性永遠(yuǎn)是電纜工程的第一重要的考慮因素。在可靠性的基礎(chǔ)上再談得上安裝施工的方便性和價(jià)格的貴賤，否則得到的將是最大的麻煩和最昂貴的代價(jià)。

    高壓電纜附件的可靠性可以從電氣性能、密封防潮性能、機(jī)械性能和工藝性能等方面進(jìn)行評(píng)判。制造廠商的生產(chǎn)管理也直接影響電纜附件的總體質(zhì)量。因此，制造廠商的質(zhì)量保證體系也是評(píng)判電纜附件品質(zhì)的重要原則。