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全国第八次电力电缆运行经验交流会论文集392高压电缆在广州电网的应用与发展石银霞贺智涛张桂燕刘毅刚（广州供电局输电部510310）摘要广州电网是省内电缆线路最多，在电缆的应用与发展方面较有代表性的电网。文章介绍了高压电缆特别是交联聚乙烯高压单芯电缆在广州电网的应用和发展历程，主要从运行管理、电缆本体结构、附件、工艺等方面进行回顾，同时对近年来管理中好的经验、方法、新的技术进行了介绍。关键词高压电缆应用发展运行附件0引言1985年8月，国内用于城市高压电网的第一条110kV交联聚乙烯高压单芯电力电缆在广州市投产，自此，我国高压电力电缆特别是交流聚乙烯高压电缆开始进入了快速的蓬勃发展时期。随后的二十几年来，广东特别是珠江三角洲地区作为中国改革开放的前沿阵地，经历了前所未有的飞速发展时期。作为珠三角的中心城市的广州，供电负荷的飞速增长及中心城市建设的迫切需要给电网高压电缆的应用和发展提供良好的机遇和广阔的空间。本文从广州电缆运行管理、电缆本体结构及附件工艺等各个方面进行了回顾，同时对近年来管理中好的经验、方法进行了简单介绍，并对高压电缆技术发展的方向进行了展望。1高压电缆在广州电网应用的历史演进和创造性成果广州供电局第一回110kVXLPE绝缘电缆是1984年引进日本住友公司用于天河至区庄变电站，开创了城市输电网交联聚乙烯电缆应用的先河，使广州供电局在高压电缆的安装技术方面走在国内同行的前列。线路全长约4700米，分三个交叉互联大段。电缆结构为单芯，铜导体，交联聚乙烯绝缘，波纹铝护套，聚氯乙烯外护套。电缆截面700平方毫米，设计输送容量120兆伏安。电缆接头采用包带式，接头的绝缘部分由包带机包扎绝缘带制成。全线共有绝缘接头18个，直线接头6个，该电缆由日本厂家派员督导敷设，电缆附件的安装也由日本厂家派员负责。当时的接头并没有安装防水用的金属外壳。电缆终端使用应力锥和弹簧压紧结构，一端使用户外式终端，另一端在区庄变电站使用GIS终端与GIS连接。截至2008年6月，广州已投入运行110kV高压电缆196回，220kV高压电缆线路9回，线路长度超过500km。其中两回为充油电缆，其他均为交流聚乙烯绝缘电力电缆。实践证明，交联电缆具有安装工艺简单、运行维护费用低廉、载流量高、适用于高落差使用环境等优点，并逐渐被广泛接受，在220kV以下等级作为充油电缆的换代产品。时至今日，国内新建高压电缆工程，已绝大部分使用交联聚乙烯电缆。广州电网中，交联聚乙烯电缆占广州110kV运行与检修393及以上电压等级电缆的99%以上，所以广州电网近二十年的高压电缆发展历史可以看作是交联聚乙烯高压电缆的发展历史。下面首先回顾一下高压电缆在广州应用和发展过程中具有里程碑意义的事件记录。1.1电缆槽盒的研制和应用1985年电缆槽盒开始在广州地区广泛应用。在电缆使用槽盒前，直埋敷设的电缆只是用砖块盖在电缆上面，防止外力破坏的性能很差，不适应城市建设步伐，外力破坏事故多。电缆槽盒把电缆包围起来，面上又有钢筋水泥制造的盖板，大大增强了电缆线路防外力破坏的能力。槽盒与直埋电缆具有相似的散热条件，使电缆的载流量不受影响。电缆槽盒使用已达15年，至今仍是广州地区10kV以上电缆线路的主要装置形式，也是国内除上海的排管敷设、北京的隧道敷设以外的第三种电缆线路主要装置形式。1.2纵向防水电缆的应用1987年8月，天河变电站1、2号变中110kV电缆投运。虽然这二回路电缆长度只有27米和31米，但它代表了一种新型电缆结构在广州供电局的首次出现。这二回电缆由瑞典亚细亚公司制造，交联聚乙烯绝缘，铅护套。其导体各导线之间夹有遇水膨胀的粉末；铅护套和主绝缘之间包有带膨胀粉末的包带。这是一种称为纵向防水结构的电缆。这种电缆在金属护套受到破坏时，其膨胀粉末可以阻止水分沿电缆纵向侵入电缆，使电缆受潮的范围减至最少。1.3GIS“T”接终端的应用1991年，为解决从天区(天河-区庄)线“T”接电源到龙潭变电站，把三个GIS电缆终端连接在一起，完成电缆的“T”接。这种结构形式的电缆“T”接，占地面积相对较小，技术成熟，解决了线路规划建设中的实际困难。这种接法是在线路走廊受限的情况下的无奈选择，给电缆故障查找带来了困难，增大了故障查找的难度，但在当时亦不失为一种创新。1.4新型电缆接头的应用高压交联聚乙烯电缆的接头，早期采用的大部分为包带式。欧洲厂家也有生产预制式的，如1987年7月投产的西盘（西村－盘福）线，电缆和附件由意大利皮拉里公司生产，其中接头就是全预制结构。但由于价格等方面的原因，打入广州市场的大部分是日本厂家。日本厂家清一色的采用包带式接头。虽然1998年曾在运行了13年的天龙区线上截取了一个包带式接头，按型式试验项目进行过试验，证明包带式接头的性能是可靠的。但由于包带式接头受材料、安装环境和操作技术水平等因素影响较多，制作质量又无法测定，曾发生过多次运行中爆炸和接头质量不良的事件。随着运行经验的积累和厂家技术水平的提高，用预制式接头代替包带式接头在国内已成为共识。全预制式接头的主要绝缘部分在工厂内制造，并可进行局部放电检测等出厂检查，保证了接头的质量。接头的现场安装工艺简单，时间短，与包带式接头相比具有明显的优点。1998年开始，在新安装的接头中，逐步淘汰包带式接头，使用预制式接头。93年8月在伍文东（伍仙门－文德－东堤）线上还使用过一组日本三菱公司生产的“Y”接头。这种接头能在原有线路上“T”接出分支线。由于这种接头的可靠性要求高，实际需求量少，制造和运行经验在世界范围内都较少，对它的推广使用运行部门持审慎态度。全国第八次电力电缆运行经验交流会论文集3941.5电缆终端的研制1994年,广州供电局与长沙电缆附件厂合作成立南达公司，研制110kV的交联电缆户外终端。该电缆终端于1999年在广州电网挂网运行。1.6110kV绕包式接头性能研究1996年7月3日，天龙区（天河－龙潭－区庄）线5号接头运行中爆炸，事故分析结果没有发现明显的原因。由于该电缆是国内第一回110kV交联聚乙烯电缆，使用的是包带式的接头，运行时间已达11年。对于类似的大量老式的绕包型接头经过十多年的运行后是否能满足预期运行寿命的要求成了运行人员十分关心的问题。为回答这一问题，1998年从运行中的该电缆线路上截取一个接头，进行了二个试验：一是按新电缆要求的形式试验项目进行试验；二是提高交流试验电压的试验。结果是前一个试验顺利通过，第二个试验在650kV时才被击穿。这一试验说明，正常情况下包带式接头的性能是可靠的，从而消除了对几百套运行中包带式接头的担心。1.7220kV交联聚乙烯电缆的应用97年5月220kV罗鹿（罗涌－鹿鸣）线投运，这是广州供电局第一次在220kV等级使用交联聚乙烯电缆。该线路使用日本三菱电缆工业有限公司的电缆和附件，全长7.640公里，分4个交叉互联大段。电缆采用铜导体、交联聚乙烯绝缘、波纹铝护套、聚氯乙稀外护套结构；全线共有33个接头，采用“背靠背”式结构，这种结构类似于两个终端对接在一起；终端采用绕包纸卷的电容锥式瓷套户外终端。1.8参与500kV交联乙烯电缆的施工和附件的安装2006年开始，广州供电局开始参与国外制造的500kV的高压电缆的施工和附件安装工作，再次走在了国内高压电缆施工安装技术的前列。2交联聚乙烯电力电缆的技术发展历程2.1制造技术初期的XLPE使用蒸汽作为化学反应的加压和加热媒质称为湿法交联。一般认为湿法交联的水蒸汽在高湿高压下容易向熔融的PE中渗透,这种方法会增加XLPE中微孔数量及增大微孔尺寸。七十年代初,各国厂家相继推出干法交联，减少了XLPE中的微孔和水分,提高了XLPE电缆运行可靠性。后来XLPE制造方面又有了更大发展,除了完善XLPE本身的良好物理和电性能外，又出现了新型的半导电屏蔽材料,以及超净绝缘材料,使绝缘体中的杂质含量进一步减少,在工艺上又引进了多层共挤法，减少了层间界面空隙,使XLPE电缆局部放电量大为下降,为超高压电缆的发展奠定了基础。2.2半导电屏蔽最初XLPE电缆上使用的是涂石墨层布带绕包在绝缘上的方法,这种方法由于界面问题，使得电缆局部放电很大,同等电缆一旦进水,水分直接和绝缘接触,易引发水树、电树。因此在国外七十年代就已经淘汰,而在我国直到八十年代各厂商才逐步淘汰了这一工艺,继而半导电屏蔽使用三层同时挤出工艺,材料也采用XIPE,且在材料中加入防水树剂和防电子发射剂,使得电缆性能更加优异。运行与检修3952.3电缆接头绝缘制造九十年代开始为了减少XLPE绝缘退缩问题,而采用消除应力装置,使得电缆回缩问题得到改善。日本住友公司中间接头采用屏蔽罩将电位从接头线芯引向预制件内半导体绝缘的同时，采用在主绝缘上刨两条环状沟，将屏蔽罩边缘的凸起镶入其中，以达到减少接头两侧绝缘退缩的目的。2.4电缆外护套交联电缆外护套一般采用PVC材料，或者是PE（热塑性聚乙烯）厚度一般为3～5mm，PVC是典型的护套材料。从燃烧损害的观点来看，它的性能特别好，因为它是阻燃的。这种结构已在我国广大地区大量使用。PE具有较宽的温度范围，且吸水率小于PVC，但另一方面它不能阻燃。在护套制造中采用不同的添加剂有助于调整护套的性能。最近的研究表明，采用不同的增塑剂来调整护套的硬度，以适应其安装场地的气候条件，在寒冷的地方不会开裂，在热带也不会变成软面条。采用在护套中添加驱虫剂，使白蚁避而远之，这一方法特别适应天气潮湿的我国南方。2.5主绝缘厂家采用三层共挤给出紧密的，可靠的绝缘和内、外半导电层，具有完美的层间接触。交联是在高压和完全干燥的情况下进行。为了使杂质减少到最小，使用超净交联聚乙烯料，并且材料处理系统是完全封闭的。因偏心度的改善，解决了电缆的偏心度影响电场均度的问题，从而减少了绝缘厚度，增加了电缆的载流量。2.6附件电力电缆附件分为终端与中间接头两类。目前各厂家基本抛弃了传统的绕包式中间接头，趋向于预制式附件。预制式附件以其体积小、性能可靠、安装施工简易、经济和使用寿命长等诸多优点深受用户的欢迎，目前已基本取代了绕包式接头广泛应用于高压电缆。2.7电缆接头导体的连接方式目前常用的电缆接头导体的连接方式有：上螺丝方式、压接方式、焊接方式。压接方式最为常用，采用接线管将两侧导体压接，接触电阻较大。上螺丝方式由于对可靠性问题的担心，广州及周边地区未有采用，其也存在接触电阻较大的问题。焊接方式在欧洲厂家如ABB、阿尔卡特、雪力克等厂家的产品中广泛采用，可降低接触电阻，但其工艺复杂，耗时较长，现场安装不受欢迎。3电缆运行管理的新技术和新方法3.1电缆终端头红外测温监控近年来，广州供电局广泛使用红外线探测技术，对电缆终端表面温度进行巡检。通过发现终端表面局部发热，能及时发现和处理终端缺陷。红外测温技术操作简单、方便，不影响线路正常运行，可以提前发现和处理终端缺陷，为线路的安全运行创造了良好的条件。3.2高压电缆隧道实时监控系统广州供电局在运行中的隧道安装实时监控系统，实现了包括视频、通风、排水和照明等的实时监控，使用供电局本身的网络资源，实现对珠江新城电力电缆隧道9个出入口的远程图像监控。它具有以下功能：1）利用已有光纤线路进行图像或数据传输。全国第八次电力电缆运行经验交流会论文集3962）当有人自出入口进入隧道时实行自动报警录像，并可利用电话线路拨打相关人员的手机或固定电话。3）可远程手动开关各出入口内的照明设备和风机设备。4）可通过报警触发自动开关各出入口内的照明设备。5）可满足广州局网络任一个节点上多人同时监控珠江新城电力电缆隧道9个出入口的现场情况。3.3电缆温度实时监测系统广州供电局2005年开始积极探索实施电缆温度实时监控系统，通过采集高压电缆表面的温度计算电缆沿线各点芯线的温度，为确定电缆实时载流量提供依据，以确保电缆运行安全和不影响电缆运行寿命的前提下充分挖掘高压电缆线路载流能力，对高压电缆供电网络来说有着重大的意义和广阔的应用前景。3.4新型电缆管理系统2006年开始，广州供电局输电部利用KML技术和免费的GoogleEarth平台开发了一个新型的电缆管