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摘要：就目前国内电缆系统的现状，以电力电缆系统的故障率及经济效益为目标，结合国内超高压电缆生产企业的实际生产能力，以理论及实际运行经验为基础，对如何能减少电力电缆系统中间接头的使用数量上给予简要分析。
关键词：超高压电力电缆；接头；事故率；经济效益
中图分类号：TB
文献标识码：A
文章编号：1672-3198（2011）12-0293-02
1 超高压电缆附件故障率高的原因
超高压电缆附件相对于超高压电缆结构复杂，因此超高压电缆附件不能像超高压电缆那样可完全在工厂内完成其生产过程，只可在工厂内完成组部件的生产过程后在施工现场完成其组装过程，且其组装的大部分工作由手工完成。因此超高压电缆附件的组装过程与超高压电缆生产过程相比，其环境控制、加工误差以及工艺性等都很难得到较好的控制。
1.1 环境控制
超高压电缆绝缘内杂质要求为：
（1）成品电缆绝缘中应无大于0.05mm的微孔；大于0.025mm，小于、等于0.05mm的微孔换算到每10cm3体积中微孔数应不超过18个。
（2）成品电缆绝缘中应无大于0.125mm的不透明杂质；大于0.05mm，小于、等于0.125mm的不透明杂质换算到每10cm3体积中不透明杂质数应不超过6个。
（3）成品电缆绝缘中应无大于0.16mm的半透明深棕色杂质物。
（4）半导电屏蔽层与绝缘层界面应无大于0.05mm的微孔。
（5）导体半导电屏蔽层与绝缘层界面应无大于0.08mm进入绝缘层的突起和大于0.08mm进入半导电屏蔽层得突起。
（6）绝缘半导电屏蔽层与绝缘层界面应无大于0.08mm进入绝缘层的突起和大于0.08mm进入半导电屏蔽层得突起。
超高压电缆生产主绝缘时需在空气净化等级为千级的净化间内生产。交联聚乙烯绝缘料采用重力加料的方式，整个生产过程绝缘材料不与外界接触。操作人员进入操作间时需着净化服经风淋后方可进入。可有效的控制杂质进入电缆绝缘内部。
而超高压电缆附件在现场组装时，由于空间大小、现场环境的限制只能采用临时搭置的工棚。只要无可视的扬尘，温度、湿度达到工艺要求即可安装。
1.2 机械性能及防水密封性能
（1）对主绝缘的保护。
超高压电缆金属护套的结构功能不仅是超高压电缆的电容电流以及短路电流的通道，还须对超高压电缆的绝缘具有保护作用，包括机械及防水的保护功能。
超高压电缆接头的金属铜壳与电缆金属护套的连接处一般采用铅封或绕包玻璃丝带涂敷环氧树脂泥的方式。上述两种方式均是采用一种中间的介质（铅或环氧树脂泥）来连接两种不同的金属材料。其密封性能及机械性能都无法与超高压电缆的金属护套相比。
（2）对金属护套的保护。
超高压电缆的外护层需能够保证电缆金属护套与大地的电气绝缘，因此其本身应具有一定的绝缘性能及机械性能。
超高压电缆采用连续挤包的聚乙烯或聚氯乙烯，具有较好的机械、电气、防水性能。
超高电缆接头铜壳外绝缘与电缆外护层的交界处多采用热熔胶+热收缩管+绕包防水带材的方式，在地下水位较浅的区域额外增加玻璃钢防水盒的方式。但其机械、电气、防水性能均较连续挤包的聚乙烯（聚氯乙烯）护套差。
（3）工艺控制。
超高压电缆及附件内部电场强度极高，而其电场强度最集中的位置就在电缆绝缘与电缆附件应力锥接触的位置，而此处又是电缆系统绝缘性能薄弱位置，且此处电缆的处理工作又是由手工完成。因此要求电缆附件的安装人员应具有较高的理论基础及安装技能，且安装人员在安装前，还须完全充分理解所安装产品的安装程序、操作方法和应注意事项，方可进行安装。
2 超高压电缆系统使用接头数量的决定因素
超高压电力电缆系统使用中间接头的数量主要受制约于电缆的实际供货长度，而电缆的实际供货长度受到以下因素的限制。
2.1 电力电缆的最大供货长度的限制
超高压电力电缆最大供货长度受以下几方面影响：
（1）电力电缆最大制造长度。
（2）电力电缆例行试验设备能力。
（3）运输能力。
目前国内110kV 240mm2~630mm2超高压电缆的最大供货长度可达到1500m以上，110kV 800mm2~1600mm2可达到1200m以上。220kV 240mm2~1200mm2超高压电缆的最大供货长度可达到1000m以上，220kV 1400mm2~2500mm2可达到800m左右。
2.2 电缆线路土建环境限制
（1）当电力电缆路径经过公路、铁路、江、河、湖、海，电缆需敷设需采用穿管敷设时由于没有施工空间所以不能在此安装电缆中间接头。
（2）当电力电垂直敷设或倾斜角度较大敷设时不能在垂直段安装电缆中间接头。
（3）当电力电缆在隧道或电缆沟中敷设时，在转弯处不能安装电缆中间接头。
电缆线路土建的限制是由于地理因素造成的，是不可改变的因此由于土建的限制影响电缆中间接头数量的因素可不加以考虑。
2.3 电缆金属护套上感应电压大小限制
电缆金属护套上感应电压计算公式为：
（1）三角形敷设情况下：
Us=2×I×LN2SDs×10-7×L
2） 水平敷设情况下：
Us=I×（X2s×Xs•Xm+X2m）0.5×L
Xs=2•LN2SDs×10-7
Xm=2•LN（2）×10-7
其中：I——流过电缆线芯的电流（A）
US——感应电压（V）
S——电缆相间距（mm）
Ds——电缆金属护套中径（mm）
L——电力电缆长度（km）。
根据上式可以看出，电力电缆金属护套上的感应电压与I、Us、S、Ds、L等因素有关。其中，I系统要求值，当系统确定时，此值为常数。Ds为电缆结构亦可认为常数。S受土建施工的限制，只可微调亦可认为常数。只有L（电缆段长）可以调整，即为影响电力电缆金属护套感应电压大小的主要因素。
3 增加超高压电力电缆实际供货长度的方法
根据DL/T 5221—2005城市电力电缆线路设计技术规定：金属屏蔽层上的感应电压，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,在正常满负荷情况下，不得大于50V。在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,在正常满负荷情况下，不得大于100V。以国内超高压电缆生产企业的实际生产能力，结合上诉计算方法可以得到，电力电缆在额定负荷的情况下，110kV电缆金属护套上的感应电压一般可达到180V~200V，220kV电缆金属护套上的感应电压一般可达到100V~120V。因此受到电缆金属护套上的感应电压的限制，目前国内超高压电缆系统中超高压电缆的实际段长大部分为500m~700m。
以110kV 630mm2电缆为例电缆实际可供货长度为2000m，正常运行时感应电压为216V。在不考虑电缆金属护套上的过电压的情况下，目前多采用减小电缆的实际供货长度（700~900m），增加电缆中间接头，电缆金属护套一端直接接地，一端保护接地；或两侧直接接地，中间交叉互联的方式来降低金属护套上的感应电压以满足规程需要。
如将电缆的实际供货长度提高至（1500m~1800m），当电缆敷设完成后在电缆的中间位置将电缆的外护层剥除。剥除电缆外护层的位置采用直接接地的方式，而电缆的两端采用保护接地的方式，即可满足规程要求又可以减少电缆系统的接头使用数量。不但降低电缆系统的故障率，而且大大提高的电缆系统的经济效益。减少接头的数量可见下表：
4 结语
上述方法只破坏的电缆的外护层，并未处理电缆的主绝缘，因此对电缆的电气性能无任何影响。不过剥除电缆外护层的位置仍对其绝缘性能及防水性能有较高的要求，但以目前国内安装工艺的水平，完全可以解决剥除电缆外护层位置的绝缘及防水性能的回复。因此笔者建议电缆系统中多采用上述方式来降低电缆系统的故障率，提高的电缆系统的经济效益。
参考文献
［1］IEC 62067.额定电压220kV交联聚乙烯绝缘电力电缆［S］.
［2］IEC 60287.电缆载流量和损耗的计算［S］.GB/T 18890.
［3］额定电压220kV交联聚乙烯绝缘电力电缆及附件［S］.
注：“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”
关键词：超高压电力电缆；接头；事故率；经济效益
中图分类号：TB
文献标识码：A
文章编号：1672-3198（2011）12-0293-02
1 超高压电缆附件故障率高的原因
超高压电缆附件相对于超高压电缆结构复杂，因此超高压电缆附件不能像超高压电缆那样可完全在工厂内完成其生产过程，只可在工厂内完成组部件的生产过程后在施工现场完成其组装过程，且其组装的大部分工作由手工完成。因此超高压电缆附件的组装过程与超高压电缆生产过程相比，其环境控制、加工误差以及工艺性等都很难得到较好的控制。
1.1 环境控制
超高压电缆绝缘内杂质要求为：
（1）成品电缆绝缘中应无大于0.05mm的微孔；大于0.025mm，小于、等于0.05mm的微孔换算到每10cm3体积中微孔数应不超过18个。
（2）成品电缆绝缘中应无大于0.125mm的不透明杂质；大于0.05mm，小于、等于0.125mm的不透明杂质换算到每10cm3体积中不透明杂质数应不超过6个。
（3）成品电缆绝缘中应无大于0.16mm的半透明深棕色杂质物。
（4）半导电屏蔽层与绝缘层界面应无大于0.05mm的微孔。
（5）导体半导电屏蔽层与绝缘层界面应无大于0.08mm进入绝缘层的突起和大于0.08mm进入半导电屏蔽层得突起。
（6）绝缘半导电屏蔽层与绝缘层界面应无大于0.08mm进入绝缘层的突起和大于0.08mm进入半导电屏蔽层得突起。
超高压电缆生产主绝缘时需在空气净化等级为千级的净化间内生产。交联聚乙烯绝缘料采用重力加料的方式，整个生产过程绝缘材料不与外界接触。操作人员进入操作间时需着净化服经风淋后方可进入。可有效的控制杂质进入电缆绝缘内部。
而超高压电缆附件在现场组装时，由于空间大小、现场环境的限制只能采用临时搭置的工棚。只要无可视的扬尘，温度、湿度达到工艺要求即可安装。
1.2 机械性能及防水密封性能
（1）对主绝缘的保护。
超高压电缆金属护套的结构功能不仅是超高压电缆的电容电流以及短路电流的通道，还须对超高压电缆的绝缘具有保护作用，包括机械及防水的保护功能。
超高压电缆接头的金属铜壳与电缆金属护套的连接处一般采用铅封或绕包玻璃丝带涂敷环氧树脂泥的方式。上述两种方式均是采用一种中间的介质（铅或环氧树脂泥）来连接两种不同的金属材料。其密封性能及机械性能都无法与超高压电缆的金属护套相比。
（2）对金属护套的保护。
超高压电缆的外护层需能够保证电缆金属护套与大地的电气绝缘，因此其本身应具有一定的绝缘性能及机械性能。
超高压电缆采用连续挤包的聚乙烯或聚氯乙烯，具有较好的机械、电气、防水性能。
超高电缆接头铜壳外绝缘与电缆外护层的交界处多采用热熔胶+热收缩管+绕包防水带材的方式，在地下水位较浅的区域额外增加玻璃钢防水盒的方式。但其机械、电气、防水性能均较连续挤包的聚乙烯（聚氯乙烯）护套差。
（3）工艺控制。
超高压电缆及附件内部电场强度极高，而其电场强度最集中的位置就在电缆绝缘与电缆附件应力锥接触的位置，而此处又是电缆系统绝缘性能薄弱位置，且此处电缆的处理工作又是由手工完成。因此要求电缆附件的安装人员应具有较高的理论基础及安装技能，且安装人员在安装前，还须完全充分理解所安装产品的安装程序、操作方法和应注意事项，方可进行安装。
2 超高压电缆系统使用接头数量的决定因素
超高压电力电缆系统使用中间接头的数量主要受制约于电缆的实际供货长度，而电缆的实际供货长度受到以下因素的限制。
2.1 电力电缆的最大供货长度的限制
超高压电力电缆最大供货长度受以下几方面影响：
（1）电力电缆最大制造长度。
（2）电力电缆例行试验设备能力。
（3）运输能力。
目前国内110kV 240mm2~630mm2超高压电缆的最大供货长度可达到1500m以上，110kV 800mm2~1600mm2可达到1200m以上。220kV 240mm2~1200mm2超高压电缆的最大供货长度可达到1000m以上，220kV 1400mm2~2500mm2可达到800m左右。
2.2 电缆线路土建环境限制
（1）当电力电缆路径经过公路、铁路、江、河、湖、海，电缆需敷设需采用穿管敷设时由于没有施工空间所以不能在此安装电缆中间接头。
（2）当电力电垂直敷设或倾斜角度较大敷设时不能在垂直段安装电缆中间接头。
（3）当电力电缆在隧道或电缆沟中敷设时，在转弯处不能安装电缆中间接头。
电缆线路土建的限制是由于地理因素造成的，是不可改变的因此由于土建的限制影响电缆中间接头数量的因素可不加以考虑。
2.3 电缆金属护套上感应电压大小限制
电缆金属护套上感应电压计算公式为：
（1）三角形敷设情况下：
Us=2×I×LN2SDs×10-7×L
2） 水平敷设情况下：
Us=I×（X2s×Xs•Xm+X2m）0.5×L
Xs=2•LN2SDs×10-7
Xm=2•LN（2）×10-7
其中：I——流过电缆线芯的电流（A）
US——感应电压（V）
S——电缆相间距（mm）
Ds——电缆金属护套中径（mm）
L——电力电缆长度（km）。
根据上式可以看出，电力电缆金属护套上的感应电压与I、Us、S、Ds、L等因素有关。其中，I系统要求值，当系统确定时，此值为常数。Ds为电缆结构亦可认为常数。S受土建施工的限制，只可微调亦可认为常数。只有L（电缆段长）可以调整，即为影响电力电缆金属护套感应电压大小的主要因素。
3 增加超高压电力电缆实际供货长度的方法
根据DL/T 5221—2005城市电力电缆线路设计技术规定：金属屏蔽层上的感应电压，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,在正常满负荷情况下，不得大于50V。在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,在正常满负荷情况下，不得大于100V。以国内超高压电缆生产企业的实际生产能力，结合上诉计算方法可以得到，电力电缆在额定负荷的情况下，110kV电缆金属护套上的感应电压一般可达到180V~200V，220kV电缆金属护套上的感应电压一般可达到100V~120V。因此受到电缆金属护套上的感应电压的限制，目前国内超高压电缆系统中超高压电缆的实际段长大部分为500m~700m。
以110kV 630mm2电缆为例电缆实际可供货长度为2000m，正常运行时感应电压为216V。在不考虑电缆金属护套上的过电压的情况下，目前多采用减小电缆的实际供货长度（700~900m），增加电缆中间接头，电缆金属护套一端直接接地，一端保护接地；或两侧直接接地，中间交叉互联的方式来降低金属护套上的感应电压以满足规程需要。
如将电缆的实际供货长度提高至（1500m~1800m），当电缆敷设完成后在电缆的中间位置将电缆的外护层剥除。剥除电缆外护层的位置采用直接接地的方式，而电缆的两端采用保护接地的方式，即可满足规程要求又可以减少电缆系统的接头使用数量。不但降低电缆系统的故障率，而且大大提高的电缆系统的经济效益。减少接头的数量可见下表：
4 结语
上述方法只破坏的电缆的外护层，并未处理电缆的主绝缘，因此对电缆的电气性能无任何影响。不过剥除电缆外护层的位置仍对其绝缘性能及防水性能有较高的要求，但以目前国内安装工艺的水平，完全可以解决剥除电缆外护层位置的绝缘及防水性能的回复。因此笔者建议电缆系统中多采用上述方式来降低电缆系统的故障率，提高的电缆系统的经济效益。
参考文献
［1］IEC 62067.额定电压220kV交联聚乙烯绝缘电力电缆［S］.
［2］IEC 60287.电缆载流量和损耗的计算［S］.GB/T 18890.
［3］额定电压220kV交联聚乙烯绝缘电力电缆及附件［S］.
注：“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”