2-3-整体复合密封接地箱、交叉互联箱的研制和应用.doc

设计及选型整体复合密封接地箱、交叉互联箱的研制和应用王立1陈平1周作春1张文新1李华春1从光1薛强1罗彦2（1.北京市电力公司 100027；2.武汉雷泰电力技术有限公司 430070）摘要介绍了常规型高压电缆接地箱、交叉互联箱在运行中存在的一些问题；介绍了新型整体复合密封接地箱、交叉互联箱的研制技术原理和特点；通过在北京地区110kV电缆系统上试点安装，进一步对安装工艺和材料进行了改进和完善，试点运行情况良好。关键词高压电缆整体复合密封接地箱交叉互联箱0引 言单芯电缆的导体与金属护套的关系，可以看作一个变压器的初级绕组与次级绕组。当电缆导体通过交流电流时，其周围产生的一部分磁力线与金属护套交链，使金属护套产生感应电压1。单芯电缆金属护套感应电压与导体电流、电缆排列方式及线路长度等因素有关，在未采取能防止人员任意接触金属护套或屏蔽层的安全措施时，正常满负载情况下，金属护套感应电压不得大于50V，若采取能防止人员任意接触金属护套或屏蔽层的安全措施时，正常满负载情况下，金属护套感应电压不得大于100V2 3。当单芯电缆金属护套两点接地形成闭合通路时时，金属护套中会形成一个与导体电流为同一数量级的环行电流，导致电缆发热，传输损耗增加，严重时还会引起电缆故障。单芯电缆金属护套的接地方式可分为单端接地、两端直接接地、交叉互联接地三种类型，高压电缆线路采用何种接地方式要按照金属护套感应电压在规定值范围内，传输损耗低，经济合理的原则进行。直接接地箱、护层保护接地箱、交叉互联箱作为单芯电缆金属护套接地系统的重要配套装置，可简化接线连接工作，若有护层保护器时，也能起到将保护器与外部环境隔离，防水防潮等作用。因此，直接接地箱、护层保护接地箱（为描述方便起见，以下将直接接地箱、护层保护接地箱简称为接地箱）、交叉互联箱在高压单芯电缆金属护套接地系统中被广泛使用。1传统型箱体在北京地区的现况至2007年6月，北京地区共有220kV电缆60路，路径长度144公里，110kV电缆456路，路径长度550公里。97.6的高压电缆敷设在电力隧道内，仅有2.4高压电缆敷设在沟槽和电缆管中。由于历史原因，北京地区部分老旧电力隧道内长期积水，部分高压电缆及接地箱、交叉互联箱长期浸泡在水中，箱体严重锈蚀（如图1所示），造成密封橡胶垫、防水胶对箱体的防水作用被破坏，箱体内部进水，金属护套形成多点接地并产生环流，造成金属护套发热，电缆传输损耗增加，载流量降低。图1交叉互联箱严重锈蚀图2交叉互联箱占用人行布道空间传统型护层保护接地箱、交叉互联箱内各相间一般以空气为绝缘介质，为满足相间绝缘距离的要求，箱体体积需要做得比较大，而且电缆电压等级越高，配套的箱体体积越大。北京地区电力隧道宽度一般为2m，单侧电缆支架宽度为500mm，人行布道宽度500mm,传统型交叉互联箱厚度大约在300400mm左右，箱体一般通过金具固定在电缆支架外沿上，若箱体厚度大于250mm时，交叉互联箱就会占用一部分人行布道空间（如图2所示），妨碍人员在隧道内通行。虽然一部分传统型护层保护接地箱、交叉互联箱在接线完成后，采用向箱体内浇注树脂的方法来加强防水性能，但这样会使箱体重量大大增加，安装固定非常困难。因此，有必要开发一种既能满足长期防水、防锈要求，体积小，重量轻的新型接地箱、交叉互联箱。2整体复合密封接地箱、交叉互联箱的研制42.1研制过程整体复合密封接地箱、交叉互联箱采取新型合成材料整体一次注射成型技术，将护层保护器、连接片与外部环境隔离，起到防水防潮作用，并大大缩小了箱体的体积。将连接线与箱体连接点从箱体内部移至箱体外部，并采用了简单实用的螺栓连接方式，便于现场安装。整体复合密封电力电缆护层接地箱的电气连接设计如图3所示。直接接地箱护层保护接地箱交叉互联箱图3整体复合密封接地箱、交叉互联箱电气连接设计图按照这种思路研制出来的整体复合密封接地箱、交叉互联箱比传统型接地箱、交叉互联箱体积减小70%以上，详细尺寸数据如表1所示。表1 110kV电压等级新型箱体与传统型箱体的尺寸对比直接接地箱保护接地箱交叉互联箱传统型箱体尺寸(mm）460350220460350220500460350整体复合密封型箱体尺寸(mm）350170110350170110550270140新型箱体比传统型箱体体积减小率81.581.574.22.2型式试验2007年4-5月，研制出来的整体复合密封接地箱、交叉互联箱样品在电力工业电气设备质量检验测试中心进行了型式试验，主要试验项目和结果如表2所示。表2 型式试验的主要试验项目和试验结果序号检 测 项 目标 准 要 求检 测 结 果评 价1直流1mA 参考电压试验4.2 kV相 别ABC符 合要 求电压 （kV）4.524.524.5620.75倍直流参考电压下泄漏电流试验30A相 别ABC符 合要 求泄漏电流（A）5773大电流冲击试验对试品施加4/10s，65kA 大电流冲击2次A ，B， C三相分别为 65.12 kA，63.5 kA 和 64.4 kA 样品无损坏符 合要 求4工频电压试验25kV，1min 不击穿，不闪络25kV，1min 组合试样各相均未击穿和闪络符 合要 求5密封试验将样品置于水中，水深 1m,168 h按标准要求完成由以下试验评定6冲击电压试验50kV，正负极性各10次不击穿，不闪络50kV正负极性各10次，组合试样各相均未击穿和闪络符 合要 求型式试验结果表明，本次研制的整体复合密封接地箱、交叉互联箱完全符合优化设计要求，能够满足电力电缆线路在恶劣运行条件下安全可靠运行的实际要求。3整体复合密封接地箱、交叉互联箱的现场应用2006年5月18日至6月1日，我们采用整体复合密封接地箱、交叉互联箱在110kV高南二园支电缆上试点安装了一组完整的交叉互联段，共安装整体复合密封接地箱2只，整体复合密封交叉互联箱2只，现场安装情况如图4，图5，图6，图7所示。图4包绕防水胶图5整体复合密封交叉互联箱安装完成效果1图6整体复合密封交叉互联箱安装完成效果2新型接地箱传统接地箱图7整体复合密封接地箱安装完成效果通过在北京110kV电缆系统上的试点安装，整体复合密封接地箱、互联箱总体符合预期要求，具有体积小，重量轻，密封防水性能好，运行稳定等优点，但通过试点也发现了一些细节问题，随后我们对这些细节进行了完善，详细情况如下：3.1关于同轴电缆的问题试点现场安装一只整体复合密封交叉互联箱花了近3小时，而传统型交叉互联箱现场安装一般只需2小时左右，经过分析发现，整体复合密封交叉互联箱现场安装时间较长的主要原因是：同轴电缆与交叉互联箱的连接点从箱内移至箱外后，对同轴电缆的处理工序比以前复杂，需要将同轴电缆较长一段的屏蔽铜丝绞扭成型，并进行防水密封处理。计时数据表明，现场安装约有三分之二时间耗费在对同轴电缆的处理上。若采用普通单芯电缆代替同轴电缆作为连接线，整体复合密封交叉互联箱的现场安装时间必然少于2小时。GB 50217-94电力工程电缆设计规范中要求：保护器与电缆金属护套的连接线应尽量短，宜在5m内宜采用同轴电缆。这样规定的目的是为了减小连接线的波阻抗，以降低冲击波沿保护器连接线的压降，不同长度连接线的保护效果实测值如表3所示。表3不同长度连接线的保护效果实测值2电缆金属护套单侧接地方式时聚乙烯绝缘线联接长度（m）无保护52护套感应电压与入射波比值0.950.70.6电缆金属护套交叉互联接地方式，保护器YO接线连接线长度（m）无保护1052绝缘接头两侧护套感应电压与侵入波比值聚乙烯绝缘线1.250.850.70.6同轴电缆1.250.5/0.35北京地区在电缆工程设计中，接头之间的距离一般为5米，所以交叉互联箱的连接线长度一般也为5米，根据表2数据，连接线为聚乙烯绝缘线时绝缘接头两侧护套感应电压与侵入波比值为0.7，连接线为同轴电缆时绝缘接头两侧护套感应电压与侵入波比值约为0.41（按线性插值计算）。在电缆金属护套单端接地方式中，采用 5米长聚乙烯绝缘线作为连接线时金属护套感应电压与侵入波比值为0.7，这种方式也是规程所允许的。因此，在5米距离内，采用普通单芯电缆代替同轴电缆作为交叉互联箱的连接线也是可行的，而且普通单芯电缆在防水性能和绝缘性能上均优于同轴电缆。3.2关于热缩管的问题现场安装时发现，配套的热缩护套管管径偏大，现场加热收缩时护套管达到收缩极限后，与接地电缆间仍存在缝隙，影响了接地电缆与箱体接线端子连接部位的防水性能。经过调查发现，该型热缩管的收缩比为1：3。解决方案有两种，一是减小热缩管管径，二是选用收缩比更大的热缩管。考虑到热缩管适用的接地电缆外径范围应尽可能地大，以减少热缩管管径类型，我们采用了收缩比为1：4的热缩管。3.3关于外护套试验或故障测寻的问题采用传统型接地箱、交叉互联箱的电缆金属护套的接地系统在进行外护套试验或故障测寻时，需要打开箱体将交叉互联线、接地线与连接片解开，才能在金属护套上加直流电压，相应工作较为烦琐。采用整体复合密封接地箱、交叉互联箱后，外护套试验或故障测寻时无需打开箱体将交叉互联线、接地线与连接片解开，只需将箱体外部的接线端子螺栓拆开即可，工作大为简化，但也需要提前准备适量的热缩管和防水胶带作为恢复接地系统的备件。5 结论a）整体复合密封接地箱、交叉互联箱比传统型接地箱、交叉互联箱体积小、重量轻，防水密封性能大大提高，经过在北京地区的试点表明，该装置安装简便，运行情况稳定。b）普通单芯电缆在防水性能和绝缘性能上均优于同轴电缆，连接线长度不超过5米时，采用普通单芯电缆代替同轴电缆作为整体复合密封交叉互联箱的连接线也是可行的。c）单芯电缆金属护套的接地系统采用整体复合密封接地箱、交叉互联箱后，外护套试验或故障测寻时无需打开箱体将交叉互联线、接地线与连接片解开，只需将箱体外部的接线端子螺栓拆开即可，同时需要准备适量的热缩管和防水胶带作为恢复接地系统的备件。参考文献1李宗廷，王佩龙等. 电力电缆施工手册M.北京：中国电力出版社，2002.2中华人民共和国国家标准 GB 50217-94. 电力工程电缆设计规范S.3中华人民共和国电力行业标准 DL/T 5221-2005. 城市电力电缆线路设计技术规定