邱 揚，溫俊強，李洪才

（國網(wǎng)山東省電力公司青島供電公司，山東 青島 266000）

隨著經(jīng)濟與社會的發(fā)展，電纜在電能傳輸中得到了越來越廣泛的應(yīng)用[1-2]。在各大城市的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，由于地下空間資源較為緊張，許多建設(shè)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(shè)隧道存在較高火災(zāi)風(fēng)險[3]。傳統(tǒng)電纜故障搶修方式耗時較長，為保證快速恢復(fù)電力供應(yīng)，研究高壓電纜故障快速恢復(fù)技術(shù)及相關(guān)裝備具有重要現(xiàn)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(dǎo)致的絕緣擊穿；（2）由于路面塌方、隧道火災(zāi)、斷面喪失、自然災(zāi)害等外部原因造成電纜故障。目前電纜發(fā)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(fù)供電。然而，受地形條件限制及測量人員經(jīng)驗及技能影響，導(dǎo)致短時間內(nèi)無法對線路進行故障定位和應(yīng)急搶修，電纜故障恢復(fù)時間往往較長[4-5]。為有效應(yīng)對此類風(fēng)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(fù)技術(shù)，重點聚焦在110 kV電纜斷線故障發(fā)生后，如何用最短時間恢復(fù)臨時供電的應(yīng)急搶修技術(shù)及工程裝備研制。

電力電纜快速搶修恢復(fù)技術(shù)（即旁路轉(zhuǎn)電技術(shù)）于90年代后期在日本得到使用，主要應(yīng)用場景為6 kV城市配網(wǎng)系統(tǒng)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(zhuǎn)電技術(shù)，當(dāng)時此項技術(shù)的實現(xiàn)方式耗費材料過多，需大量特殊輔助器材以完成旁路轉(zhuǎn)電作業(yè)，并且要求參與操縱人員具備長期專業(yè)性培訓(xùn)，故而限制了該技術(shù)在應(yīng)急方面的應(yīng)用[6-7]。

目前，國內(nèi)外對于旁路轉(zhuǎn)電技術(shù)的研究僅僅停留在10 kV配網(wǎng)的低壓水平，針對高壓電纜（特別是110、220 kV電壓等級）旁路轉(zhuǎn)電技術(shù)中關(guān)于電纜與故障電纜的應(yīng)急搶修快速連接涉及較少，而通過調(diào)研所知，高壓電纜故障快速恢復(fù)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(fù)搶修技術(shù)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(xiàn)故障時，通過快速恢復(fù)搶修技術(shù)及設(shè)備，盡可能地快速恢復(fù)臨時供電。因此，研究高壓電纜故障快速恢復(fù)搶修技術(shù)，開發(fā)針對110 kV電壓等級的電纜適用的快速恢復(fù)技術(shù)及設(shè)備的前景廣闊。

針對上述問題，本文提出一種應(yīng)用于110 kV高壓電纜的快速恢復(fù)技術(shù)，首先研究了高壓電纜快速連接及分離技術(shù)，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(xiàn)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(fù)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(fù)時間，為城市電纜的應(yīng)急搶修提供了強有力的技術(shù)支撐。

1 研究目標(biāo)

高壓電纜快速恢復(fù)技術(shù)主要研究的技術(shù)應(yīng)用場景主要包括以下幾種情況：應(yīng)用于各種原因?qū)е碌脑娎|線路故障且無法短時間內(nèi)快速復(fù)電的情況，提升快速搶修的響應(yīng)速度、作業(yè)效率和質(zhì)量，例如：高壓電纜線路直埋段或排管敷設(shè)段電纜發(fā)生故障，隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)、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(zāi)害等其他因素導(dǎo)致的無法快速復(fù)電的情況 ，直埋敷設(shè)電纜線路，故障點無法準(zhǔn)確定位、須開挖某一段電纜 ，或者電纜線路采用排管敷設(shè)，排管某一段電纜出現(xiàn)故障需要整體更換，電纜線路運行過程中出現(xiàn)故障導(dǎo)致隧道起火、出現(xiàn)大面積燒毀的情況。

2 技術(shù)方案

為實現(xiàn)搶修電纜與現(xiàn)場原有電纜的快速連接，有效節(jié)省現(xiàn)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(shù)進行了專題研究與攻關(guān)?？紤]到通常情況下，高壓電纜應(yīng)急搶修設(shè)備中的搶修電纜為固定的某一種截面，可能與現(xiàn)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(xiàn)象，所以在快速連接技術(shù)研究過程中需解決電纜異徑對接的問題；此外，還需實現(xiàn)搶修電纜與現(xiàn)場原有電纜的快速連接分離，并可滿足多次、重復(fù)使用的工程要求。

2.1 高壓電纜快速連接及分離技術(shù)研究

基于高壓電力電纜插拔式快速接頭絕緣結(jié)構(gòu)和電場分布有限元數(shù)值分析[8-9]，以及復(fù)合材料的界面壓強對介質(zhì)界面沿面放電的電壓值變化的影響的研究結(jié)果，通過如下技術(shù)突破，針對應(yīng)急搶修的工況及需求，完成了快速接頭的絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計。

通過應(yīng)力錐結(jié)構(gòu)控制電場均勻分布。

在插拔的過程中，復(fù)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(yīng)力錐有效幾何尺寸的范圍內(nèi)。

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(shè)計，保證接頭的多次插拔可靠性。

在絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計中最為關(guān)鍵技術(shù)是電場控制應(yīng)力錐設(shè)計[10]，基于長期的電纜絕緣技術(shù)研究經(jīng)驗及技術(shù)儲備，本文攻克了電纜應(yīng)急搶修快線接頭特制應(yīng)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(shè)計，跨截面異徑對接等關(guān)鍵技術(shù)。快速連接及分離技術(shù)，實現(xiàn)電纜快速插拔頭在電纜故障應(yīng)急搶修時，快速實現(xiàn)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(biāo)的要求。

本文所研制的電纜應(yīng)急搶修快速接頭結(jié)構(gòu)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(shè)置牽引吊環(huán)，滿足電纜敷設(shè)時牽引用；在電纜兩端電纜插拔頭處設(shè)置密封保護罩，可充氮氣防潮，并設(shè)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(jié)構(gòu)圖示意圖

2.2 電纜雙向快速展放和回收裝置技術(shù)研究

電纜雙向快速展放和回收裝置技術(shù)研究內(nèi)容包括專用電纜盤結(jié)構(gòu)和展放裝置的研究，可在施工現(xiàn)場實現(xiàn)搶修電纜的雙向快速展放，確保搶修電纜能快速敷設(shè)到預(yù)定位置，實現(xiàn)和現(xiàn)場原有電纜的快速對接；在線路恢復(fù)正常供電后，還可實現(xiàn)搶修電纜的雙向快速回收。

本節(jié)重點研究了搶修電纜的雙向快速展放和回收技術(shù)、專用電纜盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計、電纜盤驅(qū)動及協(xié)調(diào)控制，成功設(shè)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(fù)集成裝置的技術(shù)研究

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

圖3 高壓電力電纜應(yīng)急搶修設(shè)備主要結(jié)構(gòu)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(tǒng)、轉(zhuǎn)運系統(tǒng)等各部件高度集成與整合，實現(xiàn)高壓電纜快速恢復(fù)應(yīng)急搶修設(shè)備的靈活轉(zhuǎn)場和現(xiàn)場故障線路的快速應(yīng)急搶修作業(yè)，最終實現(xiàn)故障線路的快速恢復(fù)送電。

110 kV 高壓電力電纜應(yīng)急搶修設(shè)備為集成廂式結(jié)構(gòu)，其主要由發(fā)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(yīng)急搶修需求，對高壓電纜快速恢復(fù)技術(shù)應(yīng)用需求進行分析，得出適合高壓電纜快速恢復(fù)應(yīng)急搶修關(guān)鍵技術(shù)的實施方向，研究編制高壓電纜快速恢復(fù)應(yīng)急搶修關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計方案，研制設(shè)計高壓電纜快速恢復(fù)應(yīng)急搶修設(shè)備及快速恢復(fù)工藝，并對高壓電纜快速恢復(fù)應(yīng)急搶修設(shè)備的相關(guān)性能試驗研究。

目前，高壓電纜快速恢復(fù)技術(shù)研究在國內(nèi)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(xiàn)場原有電纜的快速連接及分離技術(shù)等的研究，成功完成了國內(nèi)首套高度集成的110 kV高壓電纜快速搶修恢復(fù)設(shè)備的自主研發(fā)，該技術(shù)及裝備的應(yīng)用和推廣實現(xiàn)了電纜接頭搶修的效率提升和恢復(fù)時間縮短。

本文統(tǒng)計了青島地區(qū)110 kV電纜故障搶修的平均用時，對比了應(yīng)用本電纜應(yīng)急搶修解決方案的用時，得到結(jié)果如表1所示。傳統(tǒng)應(yīng)急搶修方法包含重新敷設(shè)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(shù)，顯著降低高壓電力電纜快速搶修恢復(fù)供電所需時間至5～8 h，滿足現(xiàn)場應(yīng)急搶修的快速性要求。

表1 本技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)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(fù)設(shè)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(biāo)準(zhǔn)工藝流程，以此項技術(shù)為基礎(chǔ)，后續(xù)可優(yōu)化電纜隧道故障快速恢復(fù)應(yīng)急處置現(xiàn)場預(yù)案，為電網(wǎng)安全提供更加堅強的保障。

4 結(jié)束語

通過應(yīng)用應(yīng)急搶修快速恢復(fù)技術(shù)及成套裝備，采用電纜快速接頭的快速連接技術(shù)，可將110 kV中間接頭凈時間縮短至3 h，110 kV電纜臨時恢復(fù)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(yīng)用前景廣闊，具有顯著社會效益和經(jīng)濟效益。