5.5kV中壓電能傳輸系統(tǒng)維護(hù)管理技術(shù)分析

摘要：20世紀(jì)末，我國在特大型橋梁、高速公路、機(jī)場、隧道等具有“長距離分散性負(fù)荷”特性的供配電系統(tǒng)工程中引入5.5kV中壓電能傳輸系統(tǒng)，由于適用性強(qiáng)、性能優(yōu)越，該技術(shù)得到廣泛推廣。文章總結(jié)近20年中壓系統(tǒng)維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，對中壓傳輸系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了分析，闡述了系統(tǒng)的工作特性及其優(yōu)缺性，并探討了中壓系統(tǒng)的維護(hù)技術(shù)和規(guī)范。

關(guān)鍵詞：中壓電能傳輸系統(tǒng)；中壓保護(hù)柜；埋地變壓器；中間頭；終端頭；維護(hù)管理 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM727 文章編號：1009-2374（2016）34-0168-04 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.34.082

按照國家標(biāo)準(zhǔn)將電壓等級400V以上的電力系統(tǒng)稱為高壓系統(tǒng)，400V以下的電力系統(tǒng)稱為低壓系統(tǒng)，但隨著社會和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以及國外先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)，逐步形成了將10kV以下400V以上電力系統(tǒng)稱為中壓系統(tǒng)的概念，特別是近年來，在國內(nèi)大力發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的背景下，這一系統(tǒng)得到了前所未有的發(fā)展。5.5kV中壓電能傳輸系統(tǒng)就是在這樣的環(huán)境下，從法國歐奇公司引入，由于適用于為“長距離、分散性和負(fù)荷較小”的負(fù)載特性，加上可靠的性能，目前在我國特大型橋梁、高速公路及隧道等方面得到了廣泛應(yīng)用。因此，為掌握其養(yǎng)護(hù)關(guān)鍵技術(shù)，提高營運(yùn)單位養(yǎng)護(hù)管理水平，非常有必要對該系統(tǒng)進(jìn)行基礎(chǔ)理論和技術(shù)研究。本文總結(jié)了個人20年中壓系統(tǒng)維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，對中壓傳輸系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)和工作原理的進(jìn)行全面分析，進(jìn)一步闡述中壓系統(tǒng)的工作特性及其優(yōu)缺點(diǎn)，并著力探討和研究中壓系統(tǒng)的維護(hù)技術(shù)和規(guī)范。

1 中壓電能傳輸系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)、工作原理及設(shè)備特性

1.1 中壓電能傳輸系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

圖1 中壓傳輸系統(tǒng)主接線圖

從圖1可以看出中壓電能傳輸系統(tǒng)供電結(jié)構(gòu)為樹型結(jié)構(gòu)且具有可拓展性。特別是在單線路的傳輸過程中，通過中壓三通拓展分支線路，可以對不同地點(diǎn)且不同供電方向的負(fù)荷進(jìn)行供電；對于不同地點(diǎn)但同方向的負(fù)荷可通過現(xiàn)場變壓器高壓輸出接頭直接接入其他變壓器予以供電。中壓電能傳輸系統(tǒng)中主要應(yīng)用的由三大設(shè)備構(gòu)成：中壓保護(hù)柜、中壓電纜和埋地變壓器。

1.2 中壓電能傳輸系統(tǒng)工作原理

變電所通過升壓變壓器或降壓變壓器將所用電變?yōu)?.5kV的傳輸電壓；通過中壓保護(hù)柜輸出，通過中壓傳輸線路將電能傳輸至現(xiàn)場變壓器（埋地變壓器）；再由現(xiàn)場變壓器變?yōu)樨?fù)荷所需的供電電壓400V，并傳輸至低壓配電箱；最后通過低壓配電箱對負(fù)荷供電。

1.3 主要設(shè)備特性

1.3.1 中壓保護(hù)柜主要構(gòu)成（EP11型中壓保護(hù)柜）：（1）進(jìn)線隔離單元：實(shí)現(xiàn)與降壓變壓器的完全隔離，保證中壓系統(tǒng)安全檢修；（2）輔助電源單元：提供控制柜的控制電源；（3）饋電接觸器單元：30萬次操作的電氣壽命確保中壓網(wǎng)絡(luò)的供電，帶有熔斷器、零序電流和過電流保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)饋電纜的隔離、接地及短接；（4）母線聯(lián)絡(luò)單元：用于兩段中壓母線的聯(lián)絡(luò)；（5）測量單元：測量回路的中壓電流和中壓電壓。

1.3.2 中壓保護(hù)柜的特性：（1）高操作頻率，電氣壽命達(dá)30萬次；（2）配電網(wǎng)絡(luò)上下級保護(hù)具有選擇性；（3）保護(hù)的靈敏度較高；（4）帶有過流、低電壓、熔絲熔斷和接地保護(hù)；（5）帶有防誤操作聯(lián)鎖裝置（防帶負(fù)荷拉閘、防帶電合接地開關(guān)、防止操作人員誤入帶電隔離區(qū)）；（6）組合式結(jié)構(gòu)，功能和靈活性較強(qiáng)。

1.3.3 埋地變壓器主要構(gòu)成：

第一，中壓側(cè)連接盒（連接終端）。變壓器中壓側(cè)連接終端為插入式結(jié)構(gòu)，不需要任何特殊工具便可以將中壓電纜插入或拔出。終端盒內(nèi)部注入BIP絕緣液體，可防止水的侵入（其比重大于水），工作可靠。變壓器中壓側(cè)保護(hù)用熔斷器也是采用插入式安裝，維護(hù)方便。

第二，變壓器器身。（1）變壓器的鐵芯采用損耗低的鐵磁材料制成，繞組銅耗與短路阻抗較低。變壓器繞組內(nèi)埋有熱敏元件，當(dāng)其過載時，熱敏元件作用于低壓側(cè)斷路器跳閘，從而極其有效地保護(hù)變壓器；（2）變壓器在額定容量的設(shè)計上也充分考慮了氣體放燈的特性，有效輸出容量為其額定容量的80%（按法國標(biāo)準(zhǔn)）。

第三，低壓輸出裝置。變壓器的低壓輸出配有6m長的HO7RNF銅電纜，電纜截面與變壓器容量匹配。也可以采用低壓插入式連接終端盒，可插入截面面積為25cm2的銅芯電纜。

1.3.4 埋地變壓器的主要特性：（1）中壓保護(hù)采用一體化熔斷器，低壓側(cè)保護(hù)采用熱電磁式微型斷路器，變壓器由埋置在內(nèi)部的熱敏元件作過載保護(hù)；（2）插入式連接終端能防滲水，而且安裝與維護(hù)更加簡便；（3）使用防滲水耐腐蝕的環(huán)氧樹脂外殼極其堅固耐用，防護(hù)等級達(dá)IP68；（4）特別設(shè)計的中壓配電網(wǎng)絡(luò)插入連接方式系統(tǒng)靈活，拓展容易；（5）變壓器繞組連接組采用Yzn11接，從而具有耐雷擊能力；（6）考慮到氣體放燈的特性（尖峰電流和諧波電流），低壓側(cè)的保護(hù)不采用熔斷器而是采用熱電磁式微型斷路器，電磁式脫扣器電流為50N，瞬時動作，起短路保護(hù)；熱脫扣器則埋在變壓器繞組內(nèi)部的熱敏元件作用起過載保護(hù)。這些保護(hù)都有密封措施，適合于野外工作。

1.3.5 中壓電纜的安裝及運(yùn)行要求：

第一，中壓電纜的安裝要求：（1）直埋在地下的電纜應(yīng)使用銑裝電纜；（2）直埋電纜的埋直深度在0.7m以上；（3）直埋電纜對建筑物地下基礎(chǔ)最小距離為0.3m；（4）電纜直接進(jìn)入建筑時，應(yīng)加鋼管保護(hù)；（5）電纜接頭處的銅甲和鉛包，應(yīng)有良好電氣連接，兩端要用不小于10m2的銅線接地，接地電阻不大于4歐；（6）電纜終端處應(yīng)掛牌注明型號、電壓、截面、使用設(shè)備等。

第二，中壓電纜的允許運(yùn)行條件：（1）中壓電纜正常運(yùn)行電壓，不應(yīng)超過電纜額定電壓值的15%，備用及不用電纜線路應(yīng)盡量連接于電力系統(tǒng)上；（2）中壓電纜允許負(fù)荷，在緊急事故情況下，電纜允許短路過負(fù)荷，但過負(fù)荷達(dá)到15%時，連續(xù)運(yùn)行不允許超過2小時；（3）中壓電纜允許運(yùn)行溫度（直埋），表面最高允許溫度為50℃；（4）中壓電纜長期允許負(fù)荷，應(yīng)按表1所列的經(jīng)濟(jì)電流密度來參考；（5）中壓電纜絕緣電阻，電纜長度為500m以下者其絕緣不低于400兆歐，長度為500m以上者，絕緣電阻與長度成反比例換算；搖測時應(yīng)使用2500V以上的搖表，讀測絕緣數(shù)值應(yīng)為搖表1分鐘以后相對穩(wěn)定的讀數(shù)，并根據(jù)電纜的長度而增加讀取時間；各相絕緣的不平橫系數(shù)不得大于2.5倍。

2 中壓電能傳輸系統(tǒng)的適用性、優(yōu)越性和絕限性

2.1 適用性

中壓電能傳輸系統(tǒng)適用于高速公路、特大型橋梁、機(jī)場、隧道、地鐵和港口等處具有“長距離（20km以內(nèi)）、大范圍、負(fù)荷小和負(fù)荷分散”特點(diǎn)的場所。因?yàn)檫@些場所對供配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行要求相當(dāng)高，供配電設(shè)計時主要考慮到以下因素：

2.1.1 配電線路較長。

2.1.2 配電線路上的負(fù)載小而分散。

2.1.3 通電瞬間產(chǎn)生的短時沖擊電流。

2.1.4 氣體放電燈啟動期間（4～5分鐘）內(nèi)過電流（1.2In～1.5In）。

2.1.5 保證設(shè)備良好運(yùn)行的允許電壓偏差。

2.1.6 電氣裝置對溫度、震動和濕度等環(huán)境的

要求。

2.1.7 適應(yīng)安裝供配電設(shè)備的有限空間。

2.1.8 負(fù)荷及其配件線路的拓展。

2.1.9 長距離分布的電器設(shè)備的監(jiān)控和維護(hù)。

2.1.10 工程投資和運(yùn)營管理費(fèi)用。

2.2 優(yōu)越性

綜合以上因素和其單體設(shè)備的特點(diǎn)中壓電能傳輸系統(tǒng)的優(yōu)越性體現(xiàn)在以下方面：

2.2.1 中壓系統(tǒng)（5.5kV）的配電減少了配電的電纜面積，使得電纜敷設(shè)和連接容易，減小了電纜的投資和工程量。電纜截面的選擇，主要考慮三個因素：電壓損失、發(fā)熱條件和短路熱穩(wěn)定。在20km的范圍內(nèi)，道路的照明負(fù)荷一般不超過500kW，采用中壓配電時一般選用3*25mm的電纜即可，當(dāng)采用10kV配電時，由于10kV的短路容量大，根據(jù)熱穩(wěn)定條件，所用截面通常為3*70mm的電纜。

2.2.2 中壓保護(hù)技術(shù)先進(jìn)，控制簡單可靠。對長距離的氣體放燈線路保護(hù)的運(yùn)動性、靈敏性、可靠性和穩(wěn)定性比較好，并備有遠(yuǎn)程通信接口，可以對線路的運(yùn)行狀態(tài)和故障狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和控制。

2.2.3 中壓電能傳輸系統(tǒng)主接線簡單靈活，具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性。

2.2.4 特別設(shè)計的埋地變壓器具有防護(hù)等級高、絕緣性能好和免維護(hù)等功能，適應(yīng)野外惡劣環(huán)境工作，特別值得一提的是在水下也能良好工作。

2.2.5 中壓電能傳輸系統(tǒng)的設(shè)計思路符合我國電網(wǎng)改造的“小容量、短半徑、密補(bǔ)點(diǎn)”的方向發(fā)展。

2.3 絕限性

2.3.1 由于中壓電能傳輸系統(tǒng)中電壓（5.5kV）等級的原因，配電設(shè)備大多都只能采用進(jìn)口設(shè)備，同時增加了配電環(huán)節(jié)，直接帶來的是總體投資成本較高，大約是普通設(shè)計方案的1.5倍。

2.3.2 埋地式變壓器的額定容量太小，最大只有80kVA，如果某供電點(diǎn)的負(fù)荷較大時，必須單獨(dú)增加變壓器，即增加投資，以南京長江二橋?yàn)槔貉鼐€共計101臺埋地變壓器，僅此項(xiàng)投資就近1500萬元；另外，如果某處須增加負(fù)荷時，首先必須考慮上級控制開關(guān)的容量限制，因此在適用范圍上存在一定的局限性。只適合于“負(fù)荷小而分散”的場所。

2.3.3 由于系統(tǒng)為全套進(jìn)口產(chǎn)品，維護(hù)技術(shù)力量缺乏，備品備件需進(jìn)口，后期維護(hù)成本相對較高。

3 中壓電能傳輸系統(tǒng)的維護(hù)管理

3.1 中壓保護(hù)柜的維護(hù)

3.1.1 當(dāng)設(shè)備脫載時，必須每六個月檢查一次保護(hù)柜性能指標(biāo)，實(shí)際用戶可根據(jù)使用情況決定保養(yǎng)頻率。

3.1.2 嚴(yán)格檢查安全防范措施到位后，才能進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。

3.1.3 在季節(jié)性的溫度最大幅度地上升和下降時，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行一次對中壓柜進(jìn)出線連接部分緊固工作。

3.1.4 在重新投入使用前，擦去以前的油脂，清潔所有的絕緣設(shè)備，在SF6接觸器接觸部位涂上一層凡

士林。

3.1.5 每年一次檢查需檢查進(jìn)出線及動靜觸頭部位的氧化及配合情況（比如插頭夾等）。如果有需要保養(yǎng)，必須在斷開進(jìn)線電源，合上接地開關(guān)，做好相應(yīng)安全措施后進(jìn)行。

3.2 中壓保護(hù)柜的常見故障處理

中壓保護(hù)柜的常見故障處理見表2：3.3 中壓電纜的維護(hù)

3.3.1 巡查周期。變電所的電纜溝、電纜井、電纜橋架及電纜線路等的巡查，至少每三個月一次。變電所內(nèi)用戶端頭的檢查可與其他設(shè)備同時進(jìn)行，但每月至少兩次。

3.3.2 巡查內(nèi)容：（1）對敷設(shè)在地下的電纜線路，應(yīng)查看路面是否正常，有無挖掘痕跡及線路標(biāo)樁是否完整無缺；（2）電纜線路上周圍無積水、積灰及堆放雜物；（3）對于通過橋架的電纜，應(yīng)檢查橋架兩端電纜情況，是否拉得過緊，保護(hù)管線槽有無脫開或銹爛現(xiàn)象，頂層橋架或托盤蓋板是否良好；（4）電纜終端頭絕緣子完全清潔，引線相色必須與母線相色一致，引線的連接使用卡子與保持堅固無發(fā)熱現(xiàn)象；（5）電纜溝內(nèi)的中間接頭應(yīng)檢查有無外力損傷及過熱現(xiàn)象，干式塑料電纜頭應(yīng)檢查表面是否變色及是否有放電痕跡；（6）電纜終端頭接地線必須良好，無松動斷股現(xiàn)象；（7）電纜終端頭不應(yīng)積水或堆積污物，不允許向溝內(nèi)排水，溝蓋應(yīng)無損傷，排水管應(yīng)不堵塞，且電纜支架無損壞；（8）電纜密集的地方無花火、放電現(xiàn)象；（9）做好在巡查中發(fā)現(xiàn)的缺陷記錄。

3.4 中壓電纜中間頭制作工藝

3.4.1 嚴(yán)格按照10kV電纜接續(xù)施工工藝流程操作施工，確保接續(xù)質(zhì)量和安全。

3.4.2 接續(xù)強(qiáng)調(diào)電纜接頭防潮密封，雨天禁止進(jìn)行電纜接續(xù)施工。

3.4.3 保證在清潔和干燥環(huán)境下進(jìn)行正確使用噴燈，注意防火。

3.4.4 從剝切到制成試驗(yàn)，應(yīng)不間斷操作，盡量縮短線芯的暴露時間，一次完成。

3.4.5 電纜不應(yīng)受潮，絕緣狀況良好。

3.4.6 所有附件規(guī)格技術(shù)性能應(yīng)與電纜配套一致。

3.5 中壓變壓器運(yùn)行維護(hù)

埋地式變壓器由中壓輸出單元、器身、低壓輸出單元組成。中壓輸入單元即由壓熔絲對中壓側(cè)進(jìn)行保護(hù)，低壓輸出單元即為空氣開關(guān)為低側(cè)提供保護(hù)措施。

3.5.1 中壓變壓器主體的維護(hù)：（1）每月對變壓器表面進(jìn)行除塵和清理，防止灰塵或其他雜物進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部；（2）每兩年調(diào)換一次防水封口。如果是第一次投入使用的，請沿著封口的相關(guān)表面擦凈，安裝前涂上油脂；（3）每季檢查一次藍(lán)色防水液高度；對于缺少的進(jìn)行加注，對于變質(zhì)的進(jìn)行更換，并注意防水液液位控制在合理液位（70%）；（4）每季檢查中壓電纜終端盒內(nèi)有無水。若有水，會浮在藍(lán)色液體上面，用一根長約30cm的桿，頂端粘布，把水吸干；（5）每季檢查每個固定螺帽是否安裝牢靠，低壓保護(hù)罩上與它外殼的襯墊物完好，接地螺釘與接地極連接良好；（6）每月檢查設(shè)備運(yùn)行狀況（溫度、聲音、電流和電壓等）。

3.5.2 三相終端的維護(hù)：（1）松開安全螺帽；（2）收回10cm終端頭，停止20秒（讓藍(lán)色防水液流回終端盒）；（3）安全收回終端，把它放在干凈的地方，防止受潮；（4）經(jīng)過以上步驟，可以進(jìn)行終端的檢查和維護(hù)工作；（5）安全插入終端時，需慢慢地做，使藍(lán)色防水液不漏出，并檢查其是否充滿終端；（6）重新緊固安全螺帽。

3.5.3 低壓側(cè)空氣開關(guān)維護(hù)：（1）用工具卸下四只固定螺釘；（2）提起襯墊，在其下滑入一把螺絲刀，轉(zhuǎn)動使其不再粘著，讓空氣進(jìn)入；（3）檢查空氣開關(guān)及罩內(nèi)情況正常后合上開關(guān)；（4）重新安裝時需注意襯墊位置是否到位，螺釘是否固定。

3.5.4 中壓側(cè)熔絲維護(hù)。換過熔絲后，檢查是否有防水封口及其情況；旋緊安全螺帽。

3.5.5 中壓系統(tǒng)埋地變壓器三相一體化插頭的制作安裝：

第一，三相一體化插頭附件：熱縮屏蔽、密封螺母、熱熔膠帶、帶密封套的直接頭或90°時接頭、密封圈、三相一體化插頭管、相線銅接管、帶屏蔽網(wǎng)的屏蔽線銅接管、銅螺母及熱縮套和緊固線。

第二，三相一體化插頭制作安裝方法：（1）電纜剝線：相關(guān)尺寸必須符合三相一體化插頭要求及裸導(dǎo)體20mm、絕緣層70mm、銅屏蔽25mm、鋼帶10mm、剝線總長度直接型接頭350mm、肘型接頭340mm；（2）套上熱縮管及密封螺母；（3）屏蔽網(wǎng)與銅屏蔽及鋼帶緊密連接；（4）安放接頭、肘接頭和三相一體化接頭管，將銅接管螺母緊固；（5）纏繞（接續(xù)處）熱熔膠帶，用噴燈熱縮保護(hù)管；（6）在變壓器電纜終端盒內(nèi)注入400mL大于水的BIP絕緣液體；（7）三相一體化插接頭和相位插入終端，擰緊螺母；（8）檢查電纜連續(xù)性及三相變壓器絕緣性；（9）清理現(xiàn)場。

第三，三相一體化插頭制作注意事項(xiàng)：（1）檢查裸導(dǎo)體剝離長度（20mm），以保證銅接管正好頂住電纜裸線根部；（2）銅接管壓接時，應(yīng)事先將相線和地線位擺放好，以保證相序不顛倒；（3）安裝過程中保持清潔，并用抹布和清潔劑擦拭；（4）嚴(yán)格按照組裝程序，否則不能保證產(chǎn)品長期運(yùn)行質(zhì)量可靠性。

4 結(jié)語

中壓電能傳輸系統(tǒng)有著良好的技術(shù)性能和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，但由于受某些條件的制約，特別是受電壓（5.5kV）等級的制約，在使用上存在一定的絕限性。另外，引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)的目的，是為了轉(zhuǎn)化為自己的先進(jìn)生產(chǎn)力，而不是一味引用，應(yīng)當(dāng)做好開發(fā)和轉(zhuǎn)化的工作，以求達(dá)到所謂的“以他人之技為我所用”的目的。具體應(yīng)當(dāng)做好兩方面的工作：一方面加大開發(fā)的技術(shù)力度，著力研究相應(yīng)電壓等級的國產(chǎn)中壓電能傳輸系統(tǒng)及相應(yīng)配套設(shè)備和技術(shù)，使之設(shè)備完全國產(chǎn)化；另一方面，加大相應(yīng)維護(hù)管理技術(shù)人才的培養(yǎng)，使得該項(xiàng)技術(shù)的維護(hù)管理更趨成熟，保障系統(tǒng)的長周期安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

作者簡介：張焱（1972-），男，江蘇丹陽人，南京公路發(fā)展集團(tuán)工程技術(shù)部副經(jīng)理，中級工程師（電氣），研究方向：電氣技術(shù)（電氣自動化方向）。

（責(zé)任編輯：小 燕）