高压电缆附件安装环境控制装备研究及应用

广东电网有限责任公司梅州供电局 刘文彬 郭希义 何 文 张国新 李君俞 黄 立 刘永兴

据电缆业内数据统计，超过70%电缆缺陷都是由于电缆附件安装质量不达标而引发的，其中电缆附件的安装环境与条件的不合格是造成此事故的关键原因。尤其是在电缆隧道形式下，严重影响了高压电缆运行的安全性、可靠性和经济性。

1 高压电缆附件安装环境控制的必要性

近年来因附件安装而引发的事故不断发生，这些事故主要是由附件质量不合格、附件安装环境过差、施工人员技术水平过低等原因引起的。以施工环境为例，一般电缆附件安装现场温度变化小、湿度大、粉尘严重。尤其是在接头安装过程中如有水分和小杂质附着在电缆绝缘表面，对电缆长期运行来说容易引起水树枝和局部放电的发生，从而引发电缆故障。

我国高压电缆附件安装施工中隧道工程较多，在大部分地区的隧道形式的安装环境，其搭建主要采用简易脚手架做支撑棚架，棚架周围使用尼龙薄膜、帆布进行围蔽的形式进行环境控制，搭建的环境温度、湿度、洁净度的控制都极其粗糙和简陋，对电缆附件安装质量造成很大的隐患。

一些地区在电缆沟和终端电缆附件的安装环境中虽采用整体集装箱的形式搭建，但该方法要求较高，受限于现场环境，对现场空间不足、交通不便的隧道形式不适用。一些地区采用在附件安装区域布置塑料密封布，对隧道的形状定制充气膜的骨架来实现防尘的目的。但这种方式存在局限性，对运行多年的电缆隧道错综复杂的管线情况不适用。如何针对上述搭建棚子时间长、搭棚不规范、现场温湿度控制不好的问题，设计一款新型高压电缆附件安装环境控制装备，已经成为关注的焦点。

2 高压电缆附件安装环境控制要素分析

2.1 环境湿度

环境湿度是影响高压电缆附件安装效果的重要因素，若环境湿度不达标，则很容易造成如下影响：

树枝化劣化。对于湿度的要求，根据标准要求附件安装时湿度不能大于70%，如湿度过大就会造成电缆附件面上或线芯内部凝聚水气，浸入的水分有时也会凝聚起来，形成水树枝，从这部分开始，最终引起电树枝导致击穿。

漏电痕迹劣化。绝缘体表面附着了含盐类污秽物，再由于湿度大或者附着盐水时绝缘体表面电阻下降、表面漏电流增加。在漏电流作用下局部被加热。因此绝缘体表面部分变干，漏电流停止。这样一来这部分分担的电压增加，将产生局部微小火花放电，该部分将进行碳化。这种现象反复进行，绝缘物在被腐蚀的同时将形成碳化导电通路。

化学反应。线芯内部的水气会在电缆系统运行时，由于安装时候凝聚在表面的水分，受热后形成水气跑到电缆附件搪铅部位，加剧过渡搪铅部位的电化学反应，最后使得电缆金属护套接地不良、造成事故的产生。另外假使含有H2S 气体则会腐蚀铜导体，在绝缘体内形成黑色的绣树状枝。

2.2 安装温度

通过安装的实际经验总结，如温度过低会使得电缆弯曲的半径过大，容易对外护层造成损伤，另外还会加大绝缘填充剂粘稠度。绝缘带及半导电带施工时不能到达要求，材料延展性差容易断裂、粘结不牢，使制作的水平下降，影响附件的安装质量。一般而言，高压电缆附件安装的过程中应尽量控制温度大于5℃即可。

2.3 洁净度

本次研究过程中利用有限元法分析反应器内填充固体介电材料时，材料性质对反应器内电场分布的影响时发现：填充固体介电材料能显著增强其介质球接触点处的电场，有效改善高场强区域在反应器内的分布；材料的介电常数和颗粒对电场分布有重要的影响。颗粒球径不变时，接触点场强随着介电常数的增加先降低后增加；填充低介电常数材料（＜50）时，随着颗粒的增加，颗粒球接触点处场强先增强后降低；填充高介电常数材料（＞100）时，接触点处场强随着颗粒的增加大体上呈上升趋势。

由此观之，通常空气中的杂质较小且介电常数低（形成气隙），甚至会有带电颗粒的存在、形成空间电荷，直接影响产品的电场分布，畸变劣化电缆表面原有的电场分布。因此，高压电缆附件安装的过程中应保证安装现场没有明显的粉尘或腐蚀性的气体存在，如果粉尘过大，就会让杂质散落在电缆绝缘表面，影响产品的正常运行，如电缆温升、产品的局部放电等。

3 高压电缆附件安装环境控制装备的设计

3.1 关键指标

高压电缆附件安装环境控制装备应操作简单、使用方便，为电缆附件安装提供快速、安全可靠、舒适便利的环境，大大降低搭棚所需的时间，有效提高附件安装的效率与质量，极大提高电缆附件安装质量与现场规范，其关键指标如下：温度18～28℃，湿度≤60%，洁净度为颗粒直径≥1.0μm 的尘埃颗粒≤8000个/m3，配套安装时间≤2小时。

除湿器可用于≤30m2施工环境，基本可覆盖大部分电缆附件安装环境所需尺寸。额定电压220V，方便适用电源。除湿器质量控制在≤60kg 内，方便携带、搬运。除湿器湿度控制采用可调节式，能将安装环境内湿度持续控制在≤60%；空调可用于≤30m2施工环境，基本可覆盖大部分电缆附件安装环境所需尺寸。额定电压220V，方便适用电源。空调质量控制在≤60kg 内，方便携带、搬运。空调采用便携式空调，能将温度持续控制在18～28℃范围内；空气净化器可用于≤30m2施工环境，基本可覆盖大部分电缆附件安装环境所需尺寸。额定电压220V，方便适用电源。空气净化器质量控制在≤30kg 内，方便携带、搬运。空气净化器能将洁净度控制范围持续保持在颗粒直径≥1.0μm 的尘埃颗粒≤8000个/m3。

3.2 装备设计

3.2.1 主体结构

考虑到电缆隧道内空间狭小、两侧又都留有支架等设施，主要形式有方形、圆形、半圆形，因此本次电缆隧道安装将采用韧性好强度高的材料作为支架，以获得隧道的曲面形状，充分利用隧道的空间（图1）。环境控制装备的大小按照梅州地区典型的电缆隧道尺寸选择，选择为长度10m、宽度3米、高度2.5米的形式，附件安装区域面积按照≤30m2设计。

图1 电缆隧道安装环境控制装备

3.2.2 材料设置

电缆隧道安装环境控制装备采用双层结构的篷布包裹，棚体四周及棚顶采用防静电布料和专用的帐篷面料。双层作为垂帘棚体进行密封，使洁净棚内部具有防静电吸附灰尘、防污染的特点。

篷布面料采用涂层布进行制作，其机械强度高、具有防火阻燃功能，达到B1/M2级标准；采用环保材料制作，有防水防渗功能，重量大约850g/m2。韧性好轻度高的支撑杆采用玻纤管或者炭纤维材料制作。两端的进出口采用磁吸式的门帘，电缆通过防尘袖的形式安装。外篷主要作用为防水和隔热，采用了分片式结构。外篷主要材料为涂层布通用帐篷布，当外部温度较高时，内部依旧可通过冷气机控制在舒适的环境温度（18～28℃）。篷体所有缝纫部位和接缝采用了在外表面刷防水胶，内表面热合热熔胶条的防雨水渗漏处理。

3.3 性能检验

为了电缆隧道安装环境控制装备与环境控制设备配合达到预期的功能目标，尽可能找出装备存在的缺陷，及时发现问题并将问题解决，避免问题积累，从而保证装备的可靠、实用、高效、易推广。本装备性能检验过程主要包括以下三部分：

密封空间功能测试。侧重于通过在隧道内搭建隧道安装环境控制装备，采用上述环境控制装备的情况下，以实际测试研究隧道内环境的空间适用性、密闭性。经测试，电缆隧道附件安装环境控制装备的更衣风淋室与进口处能够实现无缝对接。

装备搭建时间测试。通过对装备搭建的人数、熟练度两个维度的对比，比较电缆隧道电缆安装环境控制系统装备的搭建时间是否满足安装时间≤2小时，操作人数分别为4～7人时的第一次搭建时间与熟练后的搭建时间（h）分别为3/1、2.5/0.8、2.2/0.5、2/0.5（安装环境的搭建至少需要4人，在人数超过6人之后操作用时无明显缩短）。

环境控制指标测试。主要包括并温湿度测试、洁净度测试、空气处理时间测试等。采用上述环境控制装备的情况下，经过测试，环境控制设备将温度控制在18～28℃，湿度控制范围≤60%，洁净度控制范围为颗粒直径≥1.0μm 的尘埃颗粒≤8000个/m3。

综上，高压电缆附件安装环境控制装备研究及应用，能给电缆附件安装需求的环境温度、湿度、洁净度提供可以控制的办法，又能给施工人员一个舒适、干净、安全的安装环境。使用韧性好强度高的骨架，安装环境控制装备适应性更广泛，同时具有重复利用的特性，更加便捷、高效、易推广。同时，高压电缆附件安装环境控制装备研究及应用为广东地区建设高质量电缆线路奠定坚实的基础，提供强有力的技术支持。