一種110 kV高壓電纜故障應急搶修快速恢復技術研究

邱 揚，溫俊強，李洪才

（國網山東省電力公司青島供電公司，山東 青島 266000）

隨著經濟與社會的發展，電纜在電能傳輸中得到了越來越廣泛的應用[1-2]。在各大城市的基礎設施建設中，由于地下空間資源較為緊張，許多建設工程緊鄰電力管線施工，容易造成電纜隧道被外力破壞、隧道坍塌等事件，且部分密集敷設隧道存在較高火災風險[3]。傳統電纜故障搶修方式耗時較長，為保證快速恢復電力供應，研究高壓電纜故障快速恢復技術及相關裝備具有重要現實意義。

在高壓輸電電纜線路的實際運行中，對電纜安全運行造成威脅的因素主要包括：（1）由于電纜本體缺陷而導致的絕緣擊穿；（2）由于路面塌方、隧道火災、斷面喪失、自然災害等外部原因造成電纜故障。目前電纜發生故障后最常用處置方案是運維人員通過巡視和專用工具對電纜線路進行檢測，定位出故障點，進而在原線路上停電檢修以恢復供電。然而，受地形條件限制及測量人員經驗及技能影響，導致短時間內無法對線路進行故障定位和應急搶修，電纜故障恢復時間往往較長[4-5]。為有效應對此類風險造成的隧道電力電纜故障，本文積極研究高壓電纜快速恢復技術，重點聚焦在110 kV電纜斷線故障發生后，如何用最短時間恢復臨時供電的應急搶修技術及工程裝備研制。

電力電纜快速搶修恢復技術（即旁路轉電技術）于90年代后期在日本得到使用，主要應用場景為6 kV城市配網系統架空線路故障不停電搶修。隨后，我國北京、云南、寧波、重慶等電力公司先后引進了部分旁路轉電技術，當時此項技術的實現方式耗費材料過多，需大量特殊輔助器材以完成旁路轉電作業，并且要求參與操縱人員具備長期專業性培訓，故而限制了該技術在應急方面的應用[6-7]。

目前，國內外對于旁路轉電技術的研究僅僅停留在10 kV配網的低壓水平，針對高壓電纜（特別是110、220 kV電壓等級）旁路轉電技術中關于電纜與故障電纜的應急搶修快速連接涉及較少，而通過調研所知，高壓電纜故障快速恢復搶修是電力運檢、供電保電亟待突破的難點，高壓電纜快速恢復搶修技術的需求量大，目前大型城市都對其有需求，保障在電纜線路出現故障時，通過快速恢復搶修技術及設備，盡可能地快速恢復臨時供電。因此，研究高壓電纜故障快速恢復搶修技術，開發針對110 kV電壓等級的電纜適用的快速恢復技術及設備的前景廣闊。

針對上述問題，本文提出一種應用于110 kV高壓電纜的快速恢復技術，首先研究了高壓電纜快速連接及分離技術，適用于連接不同截面電纜的工程需要。然后，基于電纜的雙向快速展放實現搶修電纜和原有電纜的快速對接。最后，研制了高壓電纜快速恢復集成裝置。試驗表明，基于本原理的裝備能夠大幅度降低高壓電纜故障恢復時間，為城市電纜的應急搶修提供了強有力的技術支撐。

1 研究目標

高壓電纜快速恢復技術主要研究的技術應用場景主要包括以下幾種情況：應用于各種原因導致的原電纜線路故障且無法短時間內快速復電的情況，提升快速搶修的響應速度、作業效率和質量，例如：高壓電纜線路直埋段或排管敷設段電纜發生故障，隧道內發生火災、滅火時封堵了部分線路 ，部分電纜故障后進水而又不具備處理條件 ，自然災害等其他因素導致的無法快速復電的情況 ，直埋敷設電纜線路，故障點無法準確定位、須開挖某一段電纜 ，或者電纜線路采用排管敷設，排管某一段電纜出現故障需要整體更換，電纜線路運行過程中出現故障導致隧道起火、出現大面積燒毀的情況。

2 技術方案

為實現搶修電纜與現場原有電纜的快速連接，有效節省現場的搶修時間，本文對110 kV電壓等級高壓電纜的快速連接技術進行了專題研究與攻關。考慮到通常情況下，高壓電纜應急搶修設備中的搶修電纜為固定的某一種截面，可能與現場原有線路的電纜截面不一致，甚至存在兩種電纜截面跨度較大的現象，所以在快速連接技術研究過程中需解決電纜異徑對接的問題；此外，還需實現搶修電纜與現場原有電纜的快速連接分離，并可滿足多次、重復使用的工程要求。

2.1 高壓電纜快速連接及分離技術研究

基于高壓電力電纜插拔式快速接頭絕緣結構和電場分布有限元數值分析[8-9]，以及復合材料的界面壓強對介質界面沿面放電的電壓值變化的影響的研究結果，通過如下技術突破，針對應急搶修的工況及需求，完成了快速接頭的絕緣結構設計。

通過應力錐結構控制電場均勻分布。

在插拔的過程中，復合材料的界面始終保持足夠的正壓強。

控制界面彈性變形量，使之不改變應力錐有效幾何尺寸的范圍內。

在插拔過程中，采取措施自動排除空氣，并且避免形成負壓。

通過對彈性變形的疲勞壽命進行合理設計，保證接頭的多次插拔可靠性。

在絕緣結構設計中最為關鍵技術是電場控制應力錐設計[10]，基于長期的電纜絕緣技術研究經驗及技術儲備，本文攻克了電纜應急搶修快線接頭特制應力錐的研制，插拔頭連接過程中電纜與中間接頭的界面壓強的研究設計，跨截面異徑對接等關鍵技術。快速連接及分離技術，實現電纜快速插拔頭在電纜故障應急搶修時，快速實現電纜的對接，并保證安全可靠的供電、保電，滿足防水、通流、耐壓、溫升和阻抗等各項電氣指標的要求。

本文所研制的電纜應急搶修快速接頭結構如圖1所示，快速接頭連接，尾管與電纜護套絕緣采用壓封密封處理，既保證密封，又能夠方便拆卸；金具采用插拔式壓接金具，并在金具上設置牽引吊環，滿足電纜敷設時牽引用；在電纜兩端電纜插拔頭處設置密封保護罩，可充氮氣防潮，并設置了觀測壓力表，對電纜快速接頭進行保護。

圖1 電纜快速接頭結構圖示意圖

2.2 電纜雙向快速展放和回收裝置技術研究

電纜雙向快速展放和回收裝置技術研究內容包括專用電纜盤結構和展放裝置的研究，可在施工現場實現搶修電纜的雙向快速展放，確保搶修電纜能快速敷設到預定位置，實現和現場原有電纜的快速對接；在線路恢復正常供電后，還可實現搶修電纜的雙向快速回收。

本節重點研究了搶修電纜的雙向快速展放和回收技術、專用電纜盤的結構設計、電纜盤驅動及協調控制，成功設計研制了快速搶修專用電纜展放裝置，如圖2所示。

2.3 高壓電纜快速恢復集成裝置的技術研究

為了適應電纜應急搶修的快速響應，提升搶修效率和質量，高壓電纜快速恢復集成裝置是整個高壓電纜快速恢復應急搶修技術的關鍵平臺。通過合作攻關，成功研制了110 kV電壓等級高壓電纜的快速恢復集成裝置，形成了集成高效的應急搶修平臺，如圖3所示。

圖3 高壓電力電纜應急搶修設備主要結構示意

該集成裝置通過將專用電纜盤、快速接頭、專用工具、動力系統、轉運系統等各部件高度集成與整合，實現高壓電纜快速恢復應急搶修設備的靈活轉場和現場故障線路的快速應急搶修作業，最終實現故障線路的快速恢復送電。

110 kV 高壓電力電纜應急搶修設備為集成廂式結構，其主要由發電機組艙、電纜及其展放裝置艙、工器具及配件艙組成。

3 研究成果

基于高壓電纜應急搶修需求，對高壓電纜快速恢復技術應用需求進行分析，得出適合高壓電纜快速恢復應急搶修關鍵技術的實施方向，研究編制高壓電纜快速恢復應急搶修關鍵技術設計方案，研制設計高壓電纜快速恢復應急搶修設備及快速恢復工藝，并對高壓電纜快速恢復應急搶修設備的相關性能試驗研究。

目前，高壓電纜快速恢復技術研究在國內外研究成果較少。本文通過對搶修電纜的雙向快速展放和回收，搶修電纜與現場原有電纜的快速連接及分離技術等的研究，成功完成了國內首套高度集成的110 kV高壓電纜快速搶修恢復設備的自主研發，該技術及裝備的應用和推廣實現了電纜接頭搶修的效率提升和恢復時間縮短。

本文統計了青島地區110 kV電纜故障搶修的平均用時，對比了應用本電纜應急搶修解決方案的用時，得到結果如表1所示。傳統應急搶修方法包含重新敷設電纜、加熱校直、制作中間接頭等過程，多個流程無法并行進行[11-12]，耗時可達2～3 d。而本文方法通過電纜快速連接接頭及雙向展放技術，顯著降低高壓電力電纜快速搶修恢復供電所需時間至5～8 h，滿足現場應急搶修的快速性要求。

表1 本技術與傳統技術耗時對比

目前，已通過一系列試驗驗證了110 kV高壓電纜快速搶修恢復設備的有效性和可靠性，并形成了電纜快速接頭搶修安裝的標準工藝流程，以此項技術為基礎，后續可優化電纜隧道故障快速恢復應急處置現場預案，為電網安全提供更加堅強的保障。

4 結束語

通過應用應急搶修快速恢復技術及成套裝備，采用電纜快速接頭的快速連接技術，可將110 kV中間接頭凈時間縮短至3 h，110 kV電纜臨時恢復時間縮短至5～8 h，有效解決了高壓電纜故障搶修時間長的問題，應用前景廣闊，具有顯著社會效益和經濟效益。