旁路电缆终端匹配转换连接装置的研制与应用

杨正平何建军苏梓铭

（1.江苏省电力公司常州供电公司，江苏常州 213003；2.中国电力科学研究院，湖北武汉 430074）

旁路电缆终端匹配转换连接装置的研制与应用

杨正平1何建军1苏梓铭2

（1.江苏省电力公司常州供电公司，江苏常州 213003；2.中国电力科学研究院，湖北武汉 430074）

在配网系统中推广应用旁路电缆作业技术，可以有效解决常规作业方法无法解决的技术难题，能够在不停电或短暂停电的情况下完成应急抢修、临时供电等作业项目。在开展电缆旁路作业技术应用研究时，常常需要普通电缆与旁路电缆实现复杂现场环境下的快速电气连接，而现有的国内、外旁路作业设备中，尚没有这样的专用接头。因此，研发适用于旁路电缆作业用的新型电缆转换接头，可快速完成XLPE电力电缆与旁路柔性电力电缆在各种环境下的电气连接，应用于10kV旁路电缆综合作业，可大幅减少旁路电缆敷设长度，降低旁路电缆作业工程量，节省作业时间，为在配电网系统中广泛推广旁路电缆作业技术提供了保障。

旁路电缆作业 电缆转换接头 快速电气连接 电缆线路 环网柜检修与更换

10kV配网电缆线路覆盖面大、网络复杂、设备多样、现场环境特殊，计划检修和故障抢修工作量大，不可避免的会造成用户停电。以往国内电网企业多采用“一拉一条线，一停一大片”的检修做法，已不能满足社会的用电需求。用户对不间断供电的期望越来越高，尤其是敏感负荷要求一刻都不能中断。在这种情况下，提高供电可靠率成为供电企业的重要任务。目前国内电网企业已经开始重点推广带电作业、旁路电缆作业等方式对配网设备进行检修工作，目的是逐步实现对用户不间断供电。

图1 原来的作业方式原理示意图

图2 改进后的作业方式原理示意图

旁路电缆作业技术是包含了常规带电作业、旁路电缆作业、移动电源供电等多种作业技术。它利用柔性电力电缆、快速插拔式电缆连接器、旁路负荷开关、移动箱变车、移动环网柜车、自动放缆车等设备以积木组合方式搭建出不同的配电单元，跨越配网线路的检修线路段，实现旁路供电，使配电作业人员可以在不间断供电的状态下，完成线路的计划检修工作；另外，对于较难处理的架空线路故障和电缆线路故障抢修，可采取该技术进行临时供电，缩小停电范围，减少对用户的停电影响。

旁路电缆作业技术早期应用于10kV架空线路检修项目中，实现了对用户不停电作业。然而，随着国内城市缆化程度提高，经济发达城市的配网系统主要以电缆线路为主。为了适应配网建设发展的需要，必须大力拓展旁路作业技术应用于电缆线路的探索与研究。

1 电缆转换接头的设计目的

图3 螺栓紧固式T形电缆终端

图4 自锁定快速插拔式旁路电缆终端

电缆线路旁路电缆作业一般是利用旁路电缆及相关设备在现场快速搭接一条旁路供电线路，跨接待检修或抢修电缆线路段或设备，通过倒闸使旁路线路代替原线路向用户供电，同时，施工人员对处于停电状态下的原电缆线路待检修段或设备进行维护、检修和更换。根据旁路电缆作业技术原理，使用原有的旁路作业设备更换环网柜，一般采用旁路电缆线路直接连接此环网柜进出线供电单元，这种跨接方式往往会因为进出线供电单元之间距离间隔太远，而造成旁路电缆线路需要敷设很长的距离，施工工程量大，作业时间长，需要旁路电缆作业的设备数量多，并且安全隐患点多。作业原理图见图1。

图5 自锁定快速插拔式旁路电缆中间接头

图6 旁路电缆转换接头一端尺寸选择

图7 旁路电缆转换接头另一端结构选择

如果可以利用待更换环网柜原有进出电缆直接与旁路电缆设备进行连接，跨越此环网柜完成旁路作业则可大幅减少旁路电缆作业的使用设备数量，大幅提高整个工程作业效率。作业原理图见图2。

此种作业方式，需要通过电缆转换接头，实现原有进出电缆直接在现场各种复杂环境下，能够快速完成与旁路电缆设备的电气连接，并保持绝缘连续，共同组成临时旁路电缆供电线路。

2 旁路电缆转换接头的设计原则

图8 旁路电缆转换接头连接方式

图9 旁路电缆转换接头绝缘结构图

图10 旁路电缆转换接头实物照片

表1 三元乙丙橡胶材料物理性能

表2 过盈值的转换

旁路电缆转换接头是将两种结构差异很大的电力电缆进行现场快速电气连接，并保持绝缘连续的一种电缆直通中间接头。国内配网中压10kV线路大多采用XLPE绝缘电力电缆，根据环网柜结构一般安装接线端子裸露的电缆户内终端或者接线端子封闭的T形电缆终端。随着环网柜小型化设计的趋势，全封闭的T形电缆终端逐步成为环网柜配套安装电缆终端主流。T形电缆终端根据与环网柜连接方式分为螺栓紧固式和带电插拔式。根据调查，满足带电插拔式的环网柜及其他设备在国内应用很少，所以电缆转换接头设计主要涉及螺栓紧固式T形电缆终端（图3）。旁路电缆作业系统采用的是柔性电力电缆，末端安装自锁定快速插拔式旁路电缆终端（图4）。本文涉及的旁路电缆转换接头设计，基本原则是将以上两种电缆终端进行快速电气连接，并保证绝缘连续。

表3 部分型式试验项目及试验结果

根据旁路电缆作业特点和作业现场施工条件，旁路电缆转换接头的设计要考虑以下几个问题：

（1）作业场地狭小，不规范；原线路电缆预留长度不够。所以旁路电缆转换接头的体积设计要尽量减小。

（2）XLPE电缆弯曲半径大，与旁路电缆转换接头连接时，要考虑连接后接口处的横向机械应力尽量小。如果横向机械应力太大，会造成接口变形，引发事故，所以旁路电缆转换接头的形状设计尤为关键。

（3）考虑现场运行环境复杂，可能缆线走廊积水，所以旁路电缆转换接头设计要考虑防水密封。

3 旁路电缆转换接头的设计方案

3.1 旁路电缆转换接头的外形结构设计

依据设计原则，设计方案选择了自锁定快速插拔式旁路电缆中间接头（图5）的设计作为蓝本。将自锁定快速插拔式旁路电缆中间接头的一端改造成能够与螺栓紧固式T形电缆终端连接的绝缘套管，外形尺寸与国内常用环网柜内单通套管尺寸一致（见图6），满足国内大多数厂家生产的标配型螺栓紧固式T形电缆终端的安装要求。另一端保持不变，仍然保留自锁定快速插拔式连接方式（见图7）。

考虑螺栓紧固式T形电缆终端外形及结构，将旁路电缆转换接头设计成L形，可以保证XLPE电缆与旁路柔性电缆在转接后能够形成平行敷设（见图8），不但可以减少旁路转换接头连接处XLPE电缆对接头的横向机械应力，还可以节约安装空间。

3.2 旁路电缆转换接头的绝缘结构设计

基于电缆中间接头绝缘结构以及复合材料的界面压强对介质界面沿面放电的电压值变化的影响［1］［2］的研究结果，旁路电缆转换接头的绝缘结构设计原则：（1）电缆转接过程中，复合材料的界面始终保持足够的正压强；（2）界面弹性变形量必须控制在不改变电缆终端应力锥有效几何尺寸的范围内。

在电缆转接过程中，两种电缆终端和旁路电缆转换接头复合材料的界面始终保持合理的正压强是绝缘结构设计中的难题，通常采取过盈设计。快速插拔配合的过盈值△D（△D =DXLPE-DSR）应通过试验验证的方法，在橡胶弹性范围内选择。橡胶弹性由橡胶物理特性决定，经过筛选，选择陶氏4520三元乙丙橡胶（物理性能见表1）。过盈值的大小可转换成变形的百分率，详见表2。

依据表1材料特性和表2试验结果，过盈值应控制在1.7～2.6之间，此时产生的压缩应力8～12kg/cm2可近似的看成旁路电缆转换接头绝缘界面受到的压强。

经过理论计算和试验验证，旁路电缆转换接头的绝缘结构基本为：1）导体连接部分一端采用铍青铜表带型触子结构，另一端采用螺栓紧固式结构；2）旁路电缆转换接头主绝缘层和半导电屏蔽层采用三元乙丙橡胶真空注橡成型；3）外屏蔽采用不锈钢材料与铝合金组成。同时，针对旁路供电电缆线路暴露在大气环境、甚至在阴雨天中运行，且邻近带电作业人员和过往行人，为了防止旁路电缆终端和旁路电缆转换接头意外脱离，特殊设计了密封防水、对位自锁定防脱装置。绝缘结构设计最终优化方案如图9所示，实物照片如图10所示。

4 旁路电缆转换接头的电气性能试验

由XLPE电力电缆、旁路柔性电力电缆、自锁定快速插拔式旁路电缆终端、螺栓紧固式T型电缆终端构成组合试品。为了严格考核旁路电缆转换接头，电气性能试验依据IEC60502标准和GB/T12706标准完成型式试验。部分试验结果列入表3中。

表3试验结果证实：旁路电缆转换接头电气性能符合标准要求，能够满足现场长期安全可靠运行的需要。

5 结语

本文通过对配网旁路电缆作业技术的理论及应用研究，提出了配网电缆线路旁路电缆作业技术新思路，介绍一种新型的旁路电缆转换接头的设计、研制及应用。

（1）旁路电缆转换接头采用L形外观设计，选用三元乙丙橡胶作主要绝缘材料，外屏蔽采用不锈钢和铝合金材料。一端设计成自锁定快速插拔式连接接口，另一端设计成螺栓紧固式连接接口。可应用于10kV旁路电缆作业中XLPE电力电缆与旁路柔性电力电缆的现场快速电气连接，并保持绝缘连续。

（2）旁路电缆转换接头与螺栓紧固式T形电缆终端及自锁定快速插拔式旁路电缆终端绝缘配合的过盈值、复合界面压强值的理论计算和试验验证基本一致，保证了旁路电缆转换接头安装后电气性能安全可靠。

（3）旁路电缆转换接头在配网电缆线路旁路作业中应用，大幅缩短了旁路电缆敷设距离，减少了旁路作业施工人员和工作量，提高了旁路作业施工效率。

（4）旁路电缆转换接头的成功应用为旁路电缆作业技术在配网电缆线路计划检修和故障抢修项目中实施提供了新的思路，为国内电网企业实现配网不停电作业奠定了基础。