高壓電纜附件安裝環境控制裝備研究及應用

廣東電網有限責任公司梅州供電局 劉文彬 郭希義 何 文 張國新 李君俞 黃 立 劉永興

據電纜業內數據統計，超過70%電纜缺陷都是由于電纜附件安裝質量不達標而引發的，其中電纜附件的安裝環境與條件的不合格是造成此事故的關鍵原因。尤其是在電纜隧道形式下，嚴重影響了高壓電纜運行的安全性、可靠性和經濟性。

1 高壓電纜附件安裝環境控制的必要性

近年來因附件安裝而引發的事故不斷發生，這些事故主要是由附件質量不合格、附件安裝環境過差、施工人員技術水平過低等原因引起的。以施工環境為例，一般電纜附件安裝現場溫度變化小、濕度大、粉塵嚴重。尤其是在接頭安裝過程中如有水分和小雜質附著在電纜絕緣表面，對電纜長期運行來說容易引起水樹枝和局部放電的發生，從而引發電纜故障。

我國高壓電纜附件安裝施工中隧道工程較多，在大部分地區的隧道形式的安裝環境，其搭建主要采用簡易腳手架做支撐棚架，棚架周圍使用尼龍薄膜、帆布進行圍蔽的形式進行環境控制，搭建的環境溫度、濕度、潔凈度的控制都極其粗糙和簡陋，對電纜附件安裝質量造成很大的隱患。

一些地區在電纜溝和終端電纜附件的安裝環境中雖采用整體集裝箱的形式搭建，但該方法要求較高，受限于現場環境，對現場空間不足、交通不便的隧道形式不適用。一些地區采用在附件安裝區域布置塑料密封布，對隧道的形狀定制充氣膜的骨架來實現防塵的目的。但這種方式存在局限性，對運行多年的電纜隧道錯綜復雜的管線情況不適用。如何針對上述搭建棚子時間長、搭棚不規范、現場溫濕度控制不好的問題，設計一款新型高壓電纜附件安裝環境控制裝備，已經成為關注的焦點。

2 高壓電纜附件安裝環境控制要素分析

2.1 環境濕度

環境濕度是影響高壓電纜附件安裝效果的重要因素，若環境濕度不達標，則很容易造成如下影響：

樹枝化劣化。對于濕度的要求，根據標準要求附件安裝時濕度不能大于70%，如濕度過大就會造成電纜附件面上或線芯內部凝聚水氣，浸入的水分有時也會凝聚起來，形成水樹枝，從這部分開始，最終引起電樹枝導致擊穿。

漏電痕跡劣化。絕緣體表面附著了含鹽類污穢物，再由于濕度大或者附著鹽水時絕緣體表面電阻下降、表面漏電流增加。在漏電流作用下局部被加熱。因此絕緣體表面部分變干，漏電流停止。這樣一來這部分分擔的電壓增加，將產生局部微小火花放電，該部分將進行碳化。這種現象反復進行，絕緣物在被腐蝕的同時將形成碳化導電通路。

化學反應。線芯內部的水氣會在電纜系統運行時，由于安裝時候凝聚在表面的水分，受熱后形成水氣跑到電纜附件搪鉛部位，加劇過渡搪鉛部位的電化學反應，最后使得電纜金屬護套接地不良、造成事故的產生。另外假使含有H2S 氣體則會腐蝕銅導體，在絕緣體內形成黑色的繡樹狀枝。

2.2 安裝溫度

通過安裝的實際經驗總結，如溫度過低會使得電纜彎曲的半徑過大，容易對外護層造成損傷，另外還會加大絕緣填充劑粘稠度。絕緣帶及半導電帶施工時不能到達要求，材料延展性差容易斷裂、粘結不牢，使制作的水平下降，影響附件的安裝質量。一般而言，高壓電纜附件安裝的過程中應盡量控制溫度大于5℃即可。

2.3 潔凈度

本次研究過程中利用有限元法分析反應器內填充固體介電材料時，材料性質對反應器內電場分布的影響時發現：填充固體介電材料能顯著增強其介質球接觸點處的電場，有效改善高場強區域在反應器內的分布；材料的介電常數和顆粒對電場分布有重要的影響。顆粒球徑不變時，接觸點場強隨著介電常數的增加先降低后增加；填充低介電常數材料（＜50）時，隨著顆粒的增加，顆粒球接觸點處場強先增強后降低；填充高介電常數材料（＞100）時，接觸點處場強隨著顆粒的增加大體上呈上升趨勢。

由此觀之，通常空氣中的雜質較小且介電常數低（形成氣隙），甚至會有帶電顆粒的存在、形成空間電荷，直接影響產品的電場分布，畸變劣化電纜表面原有的電場分布。因此，高壓電纜附件安裝的過程中應保證安裝現場沒有明顯的粉塵或腐蝕性的氣體存在，如果粉塵過大，就會讓雜質散落在電纜絕緣表面，影響產品的正常運行，如電纜溫升、產品的局部放電等。

3 高壓電纜附件安裝環境控制裝備的設計

3.1 關鍵指標

高壓電纜附件安裝環境控制裝備應操作簡單、使用方便，為電纜附件安裝提供快速、安全可靠、舒適便利的環境，大大降低搭棚所需的時間，有效提高附件安裝的效率與質量，極大提高電纜附件安裝質量與現場規范，其關鍵指標如下：溫度18～28℃，濕度≤60%，潔凈度為顆粒直徑≥1.0μm 的塵埃顆粒≤8000個/m3，配套安裝時間≤2小時。

除濕器可用于≤30m2施工環境，基本可覆蓋大部分電纜附件安裝環境所需尺寸。額定電壓220V，方便適用電源。除濕器質量控制在≤60kg 內，方便攜帶、搬運。除濕器濕度控制采用可調節式，能將安裝環境內濕度持續控制在≤60%；空調可用于≤30m2施工環境，基本可覆蓋大部分電纜附件安裝環境所需尺寸。額定電壓220V，方便適用電源。空調質量控制在≤60kg 內，方便攜帶、搬運。空調采用便攜式空調，能將溫度持續控制在18～28℃范圍內；空氣凈化器可用于≤30m2施工環境，基本可覆蓋大部分電纜附件安裝環境所需尺寸。額定電壓220V，方便適用電源。空氣凈化器質量控制在≤30kg 內，方便攜帶、搬運。空氣凈化器能將潔凈度控制范圍持續保持在顆粒直徑≥1.0μm 的塵埃顆粒≤8000個/m3。

3.2 裝備設計

3.2.1 主體結構

考慮到電纜隧道內空間狹小、兩側又都留有支架等設施，主要形式有方形、圓形、半圓形，因此本次電纜隧道安裝將采用韌性好強度高的材料作為支架，以獲得隧道的曲面形狀，充分利用隧道的空間（圖1）。環境控制裝備的大小按照梅州地區典型的電纜隧道尺寸選擇，選擇為長度10m、寬度3米、高度2.5米的形式，附件安裝區域面積按照≤30m2設計。

圖1 電纜隧道安裝環境控制裝備

3.2.2 材料設置

電纜隧道安裝環境控制裝備采用雙層結構的篷布包裹，棚體四周及棚頂采用防靜電布料和專用的帳篷面料。雙層作為垂簾棚體進行密封，使潔凈棚內部具有防靜電吸附灰塵、防污染的特點。

篷布面料采用涂層布進行制作，其機械強度高、具有防火阻燃功能，達到B1/M2級標準；采用環保材料制作，有防水防滲功能，重量大約850g/m2。韌性好輕度高的支撐桿采用玻纖管或者炭纖維材料制作。兩端的進出口采用磁吸式的門簾，電纜通過防塵袖的形式安裝。外篷主要作用為防水和隔熱，采用了分片式結構。外篷主要材料為涂層布通用帳篷布，當外部溫度較高時，內部依舊可通過冷氣機控制在舒適的環境溫度（18～28℃）。篷體所有縫紉部位和接縫采用了在外表面刷防水膠，內表面熱合熱熔膠條的防雨水滲漏處理。

3.3 性能檢驗

為了電纜隧道安裝環境控制裝備與環境控制設備配合達到預期的功能目標，盡可能找出裝備存在的缺陷，及時發現問題并將問題解決，避免問題積累，從而保證裝備的可靠、實用、高效、易推廣。本裝備性能檢驗過程主要包括以下三部分：

密封空間功能測試。側重于通過在隧道內搭建隧道安裝環境控制裝備，采用上述環境控制裝備的情況下，以實際測試研究隧道內環境的空間適用性、密閉性。經測試，電纜隧道附件安裝環境控制裝備的更衣風淋室與進口處能夠實現無縫對接。

裝備搭建時間測試。通過對裝備搭建的人數、熟練度兩個維度的對比，比較電纜隧道電纜安裝環境控制系統裝備的搭建時間是否滿足安裝時間≤2小時，操作人數分別為4～7人時的第一次搭建時間與熟練后的搭建時間（h）分別為3/1、2.5/0.8、2.2/0.5、2/0.5（安裝環境的搭建至少需要4人，在人數超過6人之后操作用時無明顯縮短）。

環境控制指標測試。主要包括并溫濕度測試、潔凈度測試、空氣處理時間測試等。采用上述環境控制裝備的情況下，經過測試，環境控制設備將溫度控制在18～28℃，濕度控制范圍≤60%，潔凈度控制范圍為顆粒直徑≥1.0μm 的塵埃顆粒≤8000個/m3。

綜上，高壓電纜附件安裝環境控制裝備研究及應用，能給電纜附件安裝需求的環境溫度、濕度、潔凈度提供可以控制的辦法，又能給施工人員一個舒適、干凈、安全的安裝環境。使用韌性好強度高的骨架，安裝環境控制裝備適應性更廣泛，同時具有重復利用的特性，更加便捷、高效、易推廣。同時，高壓電纜附件安裝環境控制裝備研究及應用為廣東地區建設高質量電纜線路奠定堅實的基礎，提供強有力的技術支持。