一种110 kV高压电缆故障应急抢修快速恢复技术研究

邱 扬，温俊强，李洪才

（国网山东省电力公司青岛供电公司，山东 青岛 266000）

随着经济与社会的发展，电缆在电能传输中得到了越来越广泛的应用[1-2]。在各大城市的基础设施建设中，由于地下空间资源较为紧张，许多建设工程紧邻电力管线施工，容易造成电缆隧道被外力破坏、隧道坍塌等事件，且部分密集敷设隧道存在较高火灾风险[3]。传统电缆故障抢修方式耗时较长，为保证快速恢复电力供应，研究高压电缆故障快速恢复技术及相关装备具有重要现实意义。

在高压输电电缆线路的实际运行中，对电缆安全运行造成威胁的因素主要包括：（1）由于电缆本体缺陷而导致的绝缘击穿；（2）由于路面塌方、隧道火灾、断面丧失、自然灾害等外部原因造成电缆故障。目前电缆发生故障后最常用处置方案是运维人员通过巡视和专用工具对电缆线路进行检测，定位出故障点，进而在原线路上停电检修以恢复供电。然而，受地形条件限制及测量人员经验及技能影响，导致短时间内无法对线路进行故障定位和应急抢修，电缆故障恢复时间往往较长[4-5]。为有效应对此类风险造成的隧道电力电缆故障，本文积极研究高压电缆快速恢复技术，重点聚焦在110 kV电缆断线故障发生后，如何用最短时间恢复临时供电的应急抢修技术及工程装备研制。

电力电缆快速抢修恢复技术（即旁路转电技术）于90年代后期在日本得到使用，主要应用场景为6 kV城市配网系统架空线路故障不停电抢修。随后，我国北京、云南、宁波、重庆等电力公司先后引进了部分旁路转电技术，当时此项技术的实现方式耗费材料过多，需大量特殊辅助器材以完成旁路转电作业，并且要求参与操纵人员具备长期专业性培训，故而限制了该技术在应急方面的应用[6-7]。

目前，国内外对于旁路转电技术的研究仅仅停留在10 kV配网的低压水平，针对高压电缆（特别是110、220 kV电压等级）旁路转电技术中关于电缆与故障电缆的应急抢修快速连接涉及较少，而通过调研所知，高压电缆故障快速恢复抢修是电力运检、供电保电亟待突破的难点，高压电缆快速恢复抢修技术的需求量大，目前大型城市都对其有需求，保障在电缆线路出现故障时，通过快速恢复抢修技术及设备，尽可能地快速恢复临时供电。因此，研究高压电缆故障快速恢复抢修技术，开发针对110 kV电压等级的电缆适用的快速恢复技术及设备的前景广阔。

针对上述问题，本文提出一种应用于110 kV高压电缆的快速恢复技术，首先研究了高压电缆快速连接及分离技术，适用于连接不同截面电缆的工程需要。然后，基于电缆的双向快速展放实现抢修电缆和原有电缆的快速对接。最后，研制了高压电缆快速恢复集成装置。试验表明，基于本原理的装备能够大幅度降低高压电缆故障恢复时间，为城市电缆的应急抢修提供了强有力的技术支撑。

1 研究目标

高压电缆快速恢复技术主要研究的技术应用场景主要包括以下几种情况：应用于各种原因导致的原电缆线路故障且无法短时间内快速复电的情况，提升快速抢修的响应速度、作业效率和质量，例如：高压电缆线路直埋段或排管敷设段电缆发生故障，隧道内发生火灾、灭火时封堵了部分线路 ，部分电缆故障后进水而又不具备处理条件 ，自然灾害等其他因素导致的无法快速复电的情况 ，直埋敷设电缆线路，故障点无法准确定位、须开挖某一段电缆 ，或者电缆线路采用排管敷设，排管某一段电缆出现故障需要整体更换，电缆线路运行过程中出现故障导致隧道起火、出现大面积烧毁的情况。

2 技术方案

为实现抢修电缆与现场原有电缆的快速连接，有效节省现场的抢修时间，本文对110 kV电压等级高压电缆的快速连接技术进行了专题研究与攻关。考虑到通常情况下，高压电缆应急抢修设备中的抢修电缆为固定的某一种截面，可能与现场原有线路的电缆截面不一致，甚至存在两种电缆截面跨度较大的现象，所以在快速连接技术研究过程中需解决电缆异径对接的问题；此外，还需实现抢修电缆与现场原有电缆的快速连接分离，并可满足多次、重复使用的工程要求。

2.1 高压电缆快速连接及分离技术研究

基于高压电力电缆插拔式快速接头绝缘结构和电场分布有限元数值分析[8-9]，以及复合材料的界面压强对介质界面沿面放电的电压值变化的影响的研究结果，通过如下技术突破，针对应急抢修的工况及需求，完成了快速接头的绝缘结构设计。

通过应力锥结构控制电场均匀分布。

在插拔的过程中，复合材料的界面始终保持足够的正压强。

控制界面弹性变形量，使之不改变应力锥有效几何尺寸的范围内。

在插拔过程中，采取措施自动排除空气，并且避免形成负压。

通过对弹性变形的疲劳寿命进行合理设计，保证接头的多次插拔可靠性。

在绝缘结构设计中最为关键技术是电场控制应力锥设计[10]，基于长期的电缆绝缘技术研究经验及技术储备，本文攻克了电缆应急抢修快线接头特制应力锥的研制，插拔头连接过程中电缆与中间接头的界面压强的研究设计，跨截面异径对接等关键技术。快速连接及分离技术，实现电缆快速插拔头在电缆故障应急抢修时，快速实现电缆的对接，并保证安全可靠的供电、保电，满足防水、通流、耐压、温升和阻抗等各项电气指标的要求。

本文所研制的电缆应急抢修快速接头结构如图1所示，快速接头连接，尾管与电缆护套绝缘采用压封密封处理，既保证密封，又能够方便拆卸；金具采用插拔式压接金具，并在金具上设置牵引吊环，满足电缆敷设时牵引用；在电缆两端电缆插拔头处设置密封保护罩，可充氮气防潮，并设置了观测压力表，对电缆快速接头进行保护。

图1 电缆快速接头结构图示意图

2.2 电缆双向快速展放和回收装置技术研究

电缆双向快速展放和回收装置技术研究内容包括专用电缆盘结构和展放装置的研究，可在施工现场实现抢修电缆的双向快速展放，确保抢修电缆能快速敷设到预定位置，实现和现场原有电缆的快速对接；在线路恢复正常供电后，还可实现抢修电缆的双向快速回收。

本节重点研究了抢修电缆的双向快速展放和回收技术、专用电缆盘的结构设计、电缆盘驱动及协调控制，成功设计研制了快速抢修专用电缆展放装置，如图2所示。

2.3 高压电缆快速恢复集成装置的技术研究

为了适应电缆应急抢修的快速响应，提升抢修效率和质量，高压电缆快速恢复集成装置是整个高压电缆快速恢复应急抢修技术的关键平台。通过合作攻关，成功研制了110 kV电压等级高压电缆的快速恢复集成装置，形成了集成高效的应急抢修平台，如图3所示。

图3 高压电力电缆应急抢修设备主要结构示意

该集成装置通过将专用电缆盘、快速接头、专用工具、动力系统、转运系统等各部件高度集成与整合，实现高压电缆快速恢复应急抢修设备的灵活转场和现场故障线路的快速应急抢修作业，最终实现故障线路的快速恢复送电。

110 kV 高压电力电缆应急抢修设备为集成厢式结构，其主要由发电机组舱、电缆及其展放装置舱、工器具及配件舱组成。

3 研究成果

基于高压电缆应急抢修需求，对高压电缆快速恢复技术应用需求进行分析，得出适合高压电缆快速恢复应急抢修关键技术的实施方向，研究编制高压电缆快速恢复应急抢修关键技术设计方案，研制设计高压电缆快速恢复应急抢修设备及快速恢复工艺，并对高压电缆快速恢复应急抢修设备的相关性能试验研究。

目前，高压电缆快速恢复技术研究在国内外研究成果较少。本文通过对抢修电缆的双向快速展放和回收，抢修电缆与现场原有电缆的快速连接及分离技术等的研究，成功完成了国内首套高度集成的110 kV高压电缆快速抢修恢复设备的自主研发，该技术及装备的应用和推广实现了电缆接头抢修的效率提升和恢复时间缩短。

本文统计了青岛地区110 kV电缆故障抢修的平均用时，对比了应用本电缆应急抢修解决方案的用时，得到结果如表1所示。传统应急抢修方法包含重新敷设电缆、加热校直、制作中间接头等过程，多个流程无法并行进行[11-12]，耗时可达2～3 d。而本文方法通过电缆快速连接接头及双向展放技术，显著降低高压电力电缆快速抢修恢复供电所需时间至5～8 h，满足现场应急抢修的快速性要求。

表1 本技术与传统技术耗时对比

目前，已通过一系列试验验证了110 kV高压电缆快速抢修恢复设备的有效性和可靠性，并形成了电缆快速接头抢修安装的标准工艺流程，以此项技术为基础，后续可优化电缆隧道故障快速恢复应急处置现场预案，为电网安全提供更加坚强的保障。

4 结束语

通过应用应急抢修快速恢复技术及成套装备，采用电缆快速接头的快速连接技术，可将110 kV中间接头净时间缩短至3 h，110 kV电缆临时恢复时间缩短至5～8 h，有效解决了高压电缆故障抢修时间长的问题，应用前景广阔，具有显著社会效益和经济效益。