交联聚乙烯绝缘电缆防水接头的应用与分析

火 忆

（上海交通大学 电子信息与电气工程学院，上海 200240）

随着城市土地资源的紧缺和创建上海和谐城市的美观需要，大量新建的变电站选择了栖身地下的运行方式，而许多老式陈旧的变电站也逐渐改建到地下，这是社会发展的大协同。但是，在解决大都市土地和环境问题的同时，地下变电站的交联聚乙烯绝缘电缆（以下简称交联电缆）运行过程中，也凸现出一些从未碰到或者很少遇到的问题。例如：站内渗水和水渗入电缆问题，如果渗水问题得不到圆满解决，还会引发十分严重的生产安全问题，直接影响到电网的可靠供电。

1 交联电缆渗水原因分析

1.1 渗水引发故障

上海位于长江入海口，气候湿润多雨，每年会有长达1个月左右的梅雨季节，连续数日的阴天暴雨，给地下变电站的电缆安全运行带来了威胁。据统计，从2009年1月至2010年1月，因地下变电站交联电缆护层渗水而引发的电缆故障，市南地区共发生14起，其中13起发生在雨天。在14起故障中，由于发现及时有效处理了4起，而其他10起由于站内电缆仓为封闭式，未能及时发现，导致电缆户内终端烧毁，其中4起还引发了变电设备的故障，更换了部分开关柜，造成巨大的经济损失。2010年最严重的一起水渗入电缆故障，造成电缆短路，引发大火烧毁了大量电气设备。

1.2 渗水主要原因

地下变电站使用的10kV和35kV交联电缆，发生渗水的主要原因有两种。

1）电缆进站洞孔封堵不严 主要原因：一是封堵工艺不良，材料劣质，一段时间后封堵材料会脱落和开裂；二是施工人员责任心不强，操作马虎，对孔洞封堵不严。目前，在市南地区新增地下变电站工程中，对电缆进站洞孔的封堵，自2009年起使用3M公司生产的3M8822防水绝缘树脂作为堵水材料。由于该堵水材料性能好、操作简便，有效减低了电缆孔洞渗水情况。

2）电缆护层渗水 根据《电力电缆运行规程》Q／GDW512－2010规定，敷设电力电缆的埋深必须大于0.7m。雨天时，在重力的作用下，地层内水分会从电缆护层的破损处渗入电缆本体。而地下运行的交联电缆，由于电缆终端头位置远远低于地面标高（有些地下变电站超过20m），由于重力的因素，渗入电缆护层内的水分便会集中往低处渗透，当水分渗透至终端时引发短路烧毁设备。

2 电缆防水接头设计原理

交联电缆一般由线芯、绝缘层、屏蔽层（包括铜屏蔽、外半导电层、内半导电层）、保护层（包括外护套、钢带铠装、内护套、填充料）四部分构成。

1）防水接头结构 FSJ－10／3.3型电缆防水接头，在不破坏电缆的整体结构，不切断缆芯、主绝缘和半导电层的前提下，利用高压防水胶泥，预制成型的片材和衬条，在外半导电层外的每一层及相间实施阻水作业。外部采用高强度的防水胶带和铠装带绕包，从而阻止水分的渗入，保护电缆接头免遭渗水侵害。

FSJ－10／3.3型防水接头主要由防水片材、防水内衬条、外衬条、防水带和铠装带组合安装完成，防水接头截面图如图1所示。

图1 防水接头截面图

2）防水胶泥特性 选用耐高压和绝缘性高的防水胶泥，作为制作防水衬条和防水片材的基材。防水胶泥具有电绝缘性高、粘附力强，与导线金属铜、铝、塑料都能紧密粘附，不易脱开、防水性能优异，特别适用于潮湿部位的防潮；优良的热稳定性和耐候性，特别是抗氧化性强，耐光稳定，长期使用不会粉化；极强的耐腐蚀性，遇到酸碱不腐蚀；优良的耐热老化性，在130℃下胶泥不开裂，不降低粘结强度等特性。

3）防水带和铠装带 使用3M公司的防水带和铠装带，包括恒力弹簧，有力地保障了电缆接头的防水性和可靠性。

3 安装工艺及注意事项

对于无铠装层的交联电缆来说，一旦外部有水渗入电缆外护层，会轻易地入侵铜屏蔽层，到达缆芯外半导电层外，然后纵向延伸，威胁电缆接头的安全运行。因此，防水附件必须在靠近电缆接头的线路上，从各个层面阻止渗入水分，这就要求在不破坏电缆整体结构和电气性能的情况下，提高安装防水接头的施工工艺。

3.1 防水接头的安装工艺

1）包覆防水材料 在交联电缆的缆芯外半导电层外和铜屏蔽层外包覆防水材料，并确保两层防水材料紧密粘连。为此，在恢复铜屏蔽时，绕包必须留出一定的间隙，露出里面的防水胶层，利用2层防水胶层及夹在其中的铜屏蔽构建“防水堤坝”，如2图所示。

图2 安装防水材料

2）嵌入防水内衬条 分别包覆好交联电缆三相防水材料后，铠入在中间的防水内衬条则在三相线缆贴紧后，完全封堵了中间空隙的渗水路径，如3图所示。

图3 安装防水内衬条

3）缠绕防水外衬条 在合并后的交联电缆相间凹槽处缠绕3M防水外衬条，用舒张性和防水性能卓越的防水胶带恢复外护层，并使其与已安装的防水材料紧密粘结，再外包覆具有一定机械强度的铠装带，如4图所示。

图4 安装防水外衬条

3.2 安装注意事项

1）在铜带屏蔽带的切割上，首先要查看铜屏蔽带的缠绕方向，在逆方向距离外护套切口0.3m的三相铜屏蔽上绕包2圈PVC自粘带，切断铜屏蔽带（注意切勿伤及外半导电层），并将其松开至另一端（露出外半导电层应不少于0.3m）。如果方向选错了，铜屏蔽带则很难松开。

2）用高压防水胶泥制作的防水衬条和片材，自粘性很强，一旦相触便会紧密粘连。为此，在施工时要尽量把缆芯撑开。安装片材时，先剥除内部防护纸，安装好后暂时不剥除外部防护纸，以防互相粘结。

4 防水接头应用

在上海市南供电区域内，已经将地下变电站的重要用户电缆，改用FSJ－10／3.3型电缆防水接头列入每年的检修计划，并要求新建地下变电站必须使用FSJ－10／3.3型电缆防水接头。

4.1 应用效果

1）10kV闵行图书馆地下变电站 该地下变电站位于地面以下12m，自从2002年建馆以来，每年到梅雨季都会接到故障报修，需要对常用电缆“闵行图书馆”及备用电缆“闵行图书馆甲”停运，采取除水除潮、站外抽水等措施来保证设备安全，每次耗费人工材料费多达数万元，而且公共设施停电对社会造成的影响也不好。2011年夏季，当闵行图书馆地下变电站再次上报故障时，检修二组果断使用FSJ－10／3.3型电缆防水接头。修后巡视发现，即使雨天地面工井内积水高达50cm，站内设备依然安全运行，而1套FSJ－10／3.3型电缆防水接头一次性投入成本仅数千元。

2）虹桥枢纽地下变电站 该地下变电站是市南地区高低落差最大的地下站，位于地下20m。2009年竣工投运后，在当年梅雨季节发生了1起户内终端故障，因站内开关柜仓位狭窄，其中1起引发了火灾。由于站内防火措施齐全，未扩酿成大火，但电缆仓完全烧毁。该变电站是双电源供电，一路供电故障，另一路仍能保证设备运行。但是，假如当时突发2路进线都发生故障，将造成虹桥枢纽大面积设备瘫痪，甚至影响到虹桥机场的安全用电。2010年末，FSJ－10／3.3型电缆防水接头研发成功后，立即将虹桥枢纽地下变电站列为首批应用对象。改装后，在2011—2012年梅雨季节对其进行检测，期间电缆护层干燥，户内终端运行安全。

3）安装电缆防水接头后防水效果明显 据统计，自2011年2月防水接头正式投入使用至2012年11月，市南地区交联电缆未使用防水接头的地下变电站，共发生地下变电站电缆渗水故障10起；而使用了防水接头的地下变电站没有发生1起电缆渗水故障。

4.2 应用前景

1987年上海首座地下35kV锦江站建成投运后，至2007年500kV世博会静安地下变电站开工建设，上海前后建成数十座35kV地下变电站，上百座10kV地下变电站。随着时间的推移，越来越多的地下变电站将兴建，随之面临的电缆渗水问题也越发严峻。如果能在电力建设项目中安装FSJ－10／3.3型电缆防水接头，就能有效地避免因电缆护层渗水而发生故障，提高供电可靠率，保障电网安全运行。

对于面临梅雨季节的江淮地区、降雨较多的沿海城市，FSJ－10／3.3型电缆防水接头都能有效阻止因电缆在运输、存放或敷设过程中未遵守操作规程，造成电缆外护套破损水分渗入对户内终端造成威胁，从而提高地下变电站交联电缆的安全运行水平。

5 结语

供电可靠率是衡量电网运行的重要指标，是考核供电公司供电成效的主要依据，而减少和避免交联电缆的故障，一直是提高供电可靠性的首要工作。

FSJ－10／3.3型电缆防水接头以其简单的工艺、较低的成本、防止了护层渗水，成功地消除了地下变电站的电缆故障，同时也弥补了国内在交联电缆防水技术方面的空白。

今后将进一步扩大FSJ－10／3.3型电缆防水接头的应用成果，并将其应用于更高电压等级的交联电缆。