纵向阻水型导引电缆结构设计及性能的探讨

/国网北京市电力公司电力科学研究院 王名远

国网北京市电力公司朝阳供电公司 王明春

江苏上上电缆集团有限公司 刘威/

0 引言

随着近年国民经济建设的高速发展，能源、电力等基础行业发展更加迅猛，电力线路故障也随之增加。由于各大城市负荷增大，在高压电缆输变电系统、城市变电所供电或距枢纽变电所很近的发电厂供电线路中，迫切需要纵差保护和传输信号。导引电缆继电保护是一种性能较好的短线路保护，具有装置简单、运行可靠、维护量少、技术成熟、保护性能好等许多优点，因而广泛应用在短距离的输、配线路上。导引电缆与高压电力电缆平行敷设在同一沟道中，可以综合解决一些其他保护系统不易解决的问题。

导引电缆纵联保护的特点是将故障动作判别量直接经导引电缆这一专用线，传送到线路两侧或多侧，使其开关同时快速跳闸的一种保护方式。为了使电力系统安全可靠地运行，特别是对110kV及以上电压等级线路，由于这类线路都属于主干线路，一旦故障影响面积较大，以及系统稳定性要求高等原因，快速排除故障要求比较突出，因而在许多情况下，都需要装设纵联保护。尤其是对于中短线路导引电缆纵联保护有很大的优越性，该保护的关键之一在于导引电缆。一般这一线路出现在工矿企业集中地区或大城市，由于那里信息交换量很大，通过有线通道的综合设计，作适当的统筹规划，实行通信、联动与继电保护共用电缆，在客观上为实现导引电缆保护创造了条件。

当导引电缆出现外伤事故或绝缘层损坏的时候，水就会从损伤处进入电缆内部，影响电缆绝缘性能。纵向阻水型导引电缆是专门用于潮湿环境中的高压系统纵差保护装置的电缆，通过电缆阻水结构的改进，可使电缆达到纵向防水性能，在电缆发生故障时，可以有效避免水沿着电缆轴线方向延伸，减少更换电缆长度，减少维修成本，提高产品的使用寿命。

1 产品结构设计

1.1 纵向阻水型导引电缆结构示意图

1.2 纵向阻水型导引电缆结构设计分析及工艺要求

1.2.1 导体

选用电导率很高的铜作为导体，同时要求铜的纯度应不小于99.95%，以减少导体带来的损耗。

1.2.2 绝缘

由于导引电缆是与电力线路平行敷设的，它们之间的距离又甚小，因而要求导引电缆的线芯对地的绝缘强度非常高，以能抗衡电力系统发生接地短路故障时所产生的严重电磁感应电压。又因导引电缆的分布电容决定了电缆的传输衰减值，从而决定了线路的最大使用长度以及导引线纵差保护的安全性能。聚乙烯除了具有很高的耐压强度的特点外，其介电常数比聚氯乙烯更小，体积电阻率更高，介质损耗角更小。因此，选用聚乙烯作为绝缘材料，可使导引电缆的线芯对地具有很高的绝缘强度，又使导引电缆的分布电容小，传输损耗小。

1.2.3 对绞

两根绝缘线芯进行对绞。对绞的目的，除了保持回路传输参数稳定，增加电缆的弯曲性能外，还可减少电缆组间的电磁耦合，亦即减少组间串音，提高信号传输质量。对绞线由于不断地换位，可抵消由于电磁耦合引起的串音。另外，成缆过程应使相邻对绞组采用不同的节距，也有利于减少电缆组间串音。在音频或低频电缆的线组间的干扰主要是电容耦合的影响，只要在相邻线组间采用不同的对绞节距即可减少电缆组间串音干扰。

1.2.4 成缆

对绞组按同心退扭式绞合成缆，为保证产品的阻水性能，在成缆间隙采用高温、阻水型石油膏填充圆整，所有线芯空隙内均填满石油膏，石油膏应是高粘性的以减少对与对之间的相对移动，使电缆结构更稳定，更有利于电缆电性能的控制。

1.2.5 内护套

内护套采用防水性能很好的MDPE护套料。

1.2.6 铜带屏蔽

在高压电力电缆与导引电缆回路之间设置电磁屏蔽物，使感应磁通不能进入导引电缆回路，从而降低电磁干扰产生的纵感应电压。屏蔽层宜采用高导电率材料。虽然其磁导率与空气相近，干扰磁通可达到电缆芯线，但由于具有高电导率，在高频干扰的情况下，干扰磁场会在屏蔽层内感应出涡流，建立起反磁通，与干扰磁通相抵消，减少对芯线的影响。为此，电缆选择电导率高的铜带作为屏蔽。

1.2.7 隔离套

隔离套采用防水性能很好MDPE护套料，隔离套应紧密挤包在铜带屏蔽外，厚度均匀，无气泡、裂纹、杂质、机械损伤等不良缺陷。

1.2.8 钢丝铠装

要求钢丝直径不小于2.5mm，同时要求20℃时钢丝铠装层的直流电阻不大于0.9Ω/km。为此设计铠装钢丝时要求20℃时钢丝直流电阻不大于28.11Ω/km，同时在铠装时对钢丝最少根数也做了规定。钢丝铠装不但使电缆具有抗拉力作用外，还具有电磁屏蔽的作用。因为钢丝是高磁导材料对各种频率的外部磁场均有明显的抑制作用。主要是由于外部磁力线大部分集中通过铠装层，减少与铠装层内导线相交链，因而会减少在导线上产生感应电势。

1.2.9 外护套

外护套具有保护金属屏蔽层免受化学腐蚀及对地绝缘的作用，同时为提高电缆的防水性能、防白蚁性能及机械保护性能，电缆护套设计采用了高强度、防白蚁聚乙烯护套料。

2 电缆电气性能要求及检测

按照以上的结构设计，在制造过程中采用合适的工艺参数，制成样品后开展以下的试验检测：

交流电压试验：试验电压频率为49~61Hz的交流电源，检测方法符合GB/T 3048.8-2007规定，在导体与导体之间、导体与铜带屏蔽+铠装层之间施加15kV/1min工频交流电压，电缆不击穿。

直流电压试验：试验电压是波纹因数不大于3%的直流电压，检测方法符合GB/T 3048.14-2007规定，在导体与导体之间、导体与铜带屏蔽+铠装层之间施加22.5kV/1min直流电压，电缆不击穿。

导体直流电阻：采用双臂电桥进行导体直流电阻的测量，检测方法符合GB/T 3048.3-2007规定，20℃时导体直流电阻不大于12.1Ω/km。

钢丝铠装层直流电阻：采用双臂电桥进行导体直流电阻的测量，检测方法符合GB/T 3048.3-2007规定，20℃时钢丝铠装层直流电阻不大于0.9Ω/km。

工作电容（互电容）：1kHz时对的平均互电容不超过60nF/km；1kHz时任意两芯的互电容不超过70nF/km；1kHz时每公里99%的情况下最大互电容不超过72nF/km。

1kHz时，相邻线对之间不超过500pF/500m，允许不超过1%的修正电容不平衡值超过规定的500pF/500m。

绝缘电阻试验：试样的有效长度不小于10m，剥除试样两端的绝缘覆盖物并且不损伤绝缘表面。检测方法符合GB/T 3048.5-2007规定，在每根绝缘线芯的导体与其余绝缘线芯的导体+屏蔽+铠装的组合之间施加至少直流500V电压持续1min后测量室温下绝缘电阻不小于5000MΩ·km。

3 电缆纵向阻水性能检测

取2m长的成品电缆样品做弯曲试验，弯曲半径等于成品电缆外径的15倍，然后让电缆伸直。在样品长度的中央除去25mm长的缆芯包带及以外的电缆结构层，并且在暴露的线芯外要套一个不透水密封管以连接护套内的缺口（要保证缆芯以外的每层均应采用密封材料加以密封，不应透水）。电缆应水平放置，并把含有充足的用于探测渗出的水溶性荧光染料的1m水柱作用于样品。在20℃±5℃的温度下放置14天后，移走护套，在紫外线灯光下仔细分析线芯的水渗透。任意方向的水渗透不应超过离样品中心850mm处。

4 结束语

在高压电网继电保护系统中，纵向阻水型导引电缆作为线路纵联保护装置中的主要组成部分之一，以其优异的阻水性能和电气性能，必将在将来的坚强型电网中得以广泛应用。