XLPE高压直流电缆附件安装关键技术

王锦明 刘延卓 高飞 方菊

摘要

XLPE高压直流电缆系统的质量除了核心部件的设计制造质量外，其安装关键技术控制对保证高压直流电缆附件的安全运行同样重要。其关键点包括：施工技术要求、施工装备、环境控制、电缆处理、接地等措施，关键技术控制在武高院、舟山海洋输电检测中心进行的±320kV直流电缆系统试验回路的安装过程中已有应用，并取得良好效果。上述试验回路均一次性通过试验，从而证明了安装关键技术能有效保证高压直流电缆附件的安装质量。

【关键词】高压直流电缆附件 施工装备 环境控制 电缆处理 接地

1 前言

高压直流输电主要用于远距离大容量输电、电力系统联网、远距离海底电缆或大城市地下电缆送电、配电网络的直流输电等方面。直流输电与交流输电相互配合，构成现代电力传输系统。与交流输电相比，具有送电距离远、输送容量大、线路损耗小、没有无功功率、电力连接方便、容易控制和调节等特点。

高压直流交联聚乙烯电缆输电过程中存在的主要问题是空间电荷的积累，但随着近些年专家学者及相关企业的不断研究，高压直流输电技术及绝缘材料技术有了快速的发展，目前已有多个国家研制成功了适合直流交联聚乙烯输电的绝缘材料，攻克了空间电荷积累问题。然而，虽然高压直流电缆的技术大幅度提升，但与之配套的直流电缆附件仍是电缆线路中最薄弱的部位。

在直流电压作用下，交联聚乙烯绝缘高压直流电缆附件的电场分布是十分复杂的，因为在直流电压作用下复合绝缘的电场分布除了受空间电荷分布及界面状态影响外，其主要影响因素主要是各绝缘材料的电导特性，不同绝缘料其电导率是温度和电场强度的函数且依赖性也各不相同。另外，工程实践表明，由于受安装质量、安装人员水平影响很大，导致大部分故障均发生于电缆附件处，故安装技术水平也是一个难点。

目前，在高压直流电缆附件技术研究领域，通过对温度、新型材料应用、仿真分析及结构设计优化等方面不断研究，高压直流电缆系统的可靠稳定性的关键技术问题也得到了完善。但是，根据实际工程实践经验，笔者认为高压直流电缆附件除了在材料、结构性能、质量上不断追求突破外，对于现场安装控制也是影响其可靠稳定性的关键。

2 电缆附件现场环境、施工工艺控制重要性

高压直流电缆附件现场主要施工工序为：施工环境控制一安装设备及工艺一导体压接一接地一密封。其安装质量主要受以下因素的影响：

2.1 安装环境

电缆及附件的安装质量受现场安装环境温度、湿度及洁净度的影响较大。由于高压直流电缆与附件界面易产生空间电荷，若不重视则电荷积累到一定程度会引起电场畸变，甚至电缆或附件击穿。故相对于交流系统而言，其对电缆与附件的界面要求更高。电缆表面附着微量水分、小杂质，电缆打磨不平整等都是引起电缆与附件界面出问题的因素，因此在直流电缆附件安装环境控制非常有必要。

2.2 绝缘处理技术

主要是关于电缆绝缘的抛光技术，采用合适的打磨和抛光技术，使电缆外屏蔽处与绝缘交接处成铅笔头状，并达到平滑过渡。

2.3 附件橡胶主体现场扩张技术

采用现场扩张技术，对附件橡胶主体现场扩张，降低安装难度，消除电缆绝缘屏蔽层脱落可能导致界面污染的影响。与平推式相比，更好的在界面上保留绝缘填充剂，更好保证界面绝缘强度，降低空间电荷的集聚。同时避免平推式可能对电缆造成的影响。3现场环境、施工工艺控制措施

3.1 现场施工环境控制

高压直流电缆附件安装时主要是从环境温度、湿度及洁净度来保证施工时电缆与附件界面良好。基于此，长园电力技术有限公司设计制作了简易的移动净化间，其原理为：搭建净化间后，由于室内外环境温度、湿度及洁净度相差不大，故设置空气处理设备对净化室内空气进行除尘、温度调节、降湿处理，并将处理好的空气吸入到净化室内。空气处理过程不断循环，使得室内空气不断得到净化。空气处理设备工作期间，随时监控温度、湿度及洁净度的变化，及时掌握室内环境变化对安装工作的影响，最终达到以下技术要求：

（1）净化级别：内部净化级别可达10000-100000级;符合制作高压电缆连接制作工艺的洁净度要求;

（2）棚内工作区域温度控制在21～28℃，相对湿度控制在70%以下。

3.2 绝缘表面处理技术

主要是关于电缆绝缘的抛光技术，采用合适的抛光技术，使电缆外屏蔽处一绝缘交接处成铅笔头状，并达到平滑过渡。

针对电缆制造可能的椭圆型，采用可延圆周旋转的抛光机，确保屏蔽到绝缘的平滑过渡，不重点考核屏蔽断口的尺寸一致性。

抛光材料采用粗糙度在1200目以上的金相砂纸，浸泡无水酒精后打磨，可提高电缆表面光洁度。

3.3 附件橡胶主体现场扩张技术

采用现场扩张技术，对附件橡胶主体进行现场扩张，降低安装难度，消除电缆绝缘屏蔽层脱落可能导致界面污染的影响。与平推式相比，更好的在界面上保留绝缘填充剂，更好保证界面绝缘强度，降低空间电荷的集聚。主体在洁净棚内扩张可避免内部引入杂质的几率，通过扩张倍率和扩张时间的控制可以避免扩张附件质量的影响，平推式結构因为受内部润滑和接头抱紧力和电缆连接后的直线度的影响很大，安装过程中可能出现无法安装或对电缆和附件造成安装伤害等问题的出现。

4 技术应用效果

采用这些特定安装工艺及设施，长园电力技术有限公司在国网武高院、舟山海洋输电技术检测中心各进行了一组±320kV的型式试验回路、高压直流试验回路的运用。目前这些试验回路均己全部通过了试验。通过模拟各种现场环境，各种电缆规格的安装验证，试验项目及内容如表1所示。实践结果证明我公司所总结的直流电缆附件关键安装工艺是有效可行的。

5 结论

高压直流电缆附件是目前国内外技术含量最高、技术难度最大的电缆附件，其安装的关键工艺控制对保证高压直流电缆附件的安装运行尤其重要。本文通过对高压直流电缆附件安装时环境、施工工艺等具体研究实践，总结出一套行之有效的工艺方法，对我国高压直流电缆附件的推广运用，有良好的借鉴作用。

参考文献

[1]乐波，梅念，刘思源等.柔性直流输电技术综述[J].电网技术，2014（05）：43-47.

[2]Delpino S，Fabiani D，Montanari G C，et al.Polymeric HVDC cable designand space charge accumulation，part 2：insulation interfaces[J].IEEE Electrical InsulationMagazine，2008，24（01）：14-24.

[3]Sakai Y，Ni inobe H，Hirasawa T.Development of pre-molded accessoriesfor HVDC extruded cable system[C].8th International Conference onInsulated Power Cables.Versailles，France：Jicable' 11，2011.

[4]Vu T T N，Teyssedre G，VissouvanadinB，et al.Electric field profilemeasurement and modeling in multi一dielectrics for HVDC application[C].2013 IEEE International Conferenceon Solid Dielectrics.Bologna，Italy：IEEE，2013：413-416.

[5]尚康良，曹均正，赵志斌等.320kV XLPE高压直流电缆接头附件仿真分析和结构优化设计[J].中国电机工程学报，2016.7 .