单位文秘网 2022-02-21 08:17:15 点击: 次
摘 要 在电力系统10 kV配网电缆化工程中,电缆分接箱以其经济、可靠、维护方便等特点广泛应用,它的全绝缘、全密封的结构特性使线路故障大为降低。但是美式电缆分接箱、欧式电缆分接箱和带开关的电缆分接箱分别具有不同的结构特点,在生产制造、现场验收和安装使用中的质量控制尤为重要。同时,电缆分接箱在配网电缆系统中产生了巨大经济效益,发挥着重要的作用。
关键词 电缆分接箱;质量控制;可靠性;经济效益
中图分类号:TM2 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2014)01-0151-03
在现代城市化建设中,电力电缆线路正在以其特有的占地小、相对安全、供电可靠性高等诸多优点飞速发展,高压电缆分接箱作为配电系统的重要配套设备,有效解决了电缆分接问题,同时凭借其全绝缘、全密封、耐腐蚀、免维护、体积小、结构紧凑、安装组合灵活多变、环境美化等特点而被广泛应用。高压电缆分接箱制造工艺、质量控制、漏气率、连接电缆终端的安装施工工艺、连接点接触质量、分接箱本体连接套管的绝缘等因素,直接关系到线路的安全运行。本文从运行中的10 kV电缆分接箱的实际运行状况、存在的问题及所采取的措施等方面进行简述,并对电缆分接箱应用中产生的经济和社会效益进行了简要分析。
1 户外电缆分接箱的发展
1.1 作用
随着配电网电缆化进程的发展,当容量不大的独立负荷分布较集中时,需要将电缆分接或转接。同时随着电力工业现代化建设事业的迅速发展,电网改造已全方位启动。地下主线电缆在一定的距离需要实现多回路分支配电时,采用电缆分接箱作为配电的重要配套设备是既经济又方便安全的一种办法,在这种条件下,电缆分接箱就应运而生了。
1.2 现状
电缆分接箱在欧美各国发展较早,发展速度也相当快。因为其城市电网负荷密度较大,中压电网大都以环网接线形式、开环运行,在这种电缆系统中,分接箱的使用较多,已经推行了将近半个世纪。
在我国,“九五”期间电缆系统才开始尝试性应用,不带开关的普通电缆分接箱也刚刚得到试用性应用。开关型电缆分接箱的发展更是滞后于国外,其在国内普遍推广还不到20年。
1.3 技术
国外的电缆分接箱技术成熟、性能优越、可靠性高。主要体现在技术水平和工艺实现、质量控制等方面,体积小、安装使用方便、故障率低,例如:ABB、施耐德、西门子、美国G&W等国外著名厂家产品。
20世纪90年代,我国率先引用美国G&W的美式普通型不带开关的电缆分支箱,其全绝缘、全封闭、可触摸、体积小、200A可插拔等特点鲜明,得到了电力系统的普遍好评。
随着电缆分接箱用量的增加,产品结构的需求,欧式电缆分接箱逐步需求越来越多。它采用双开门、利用穿墙套管作为连接母线。具有尺寸小、结构紧凑、电缆排列清楚、电缆安装方便,具有带电显示装置,安全性高等特点。
随着近几年电力配网系统的电缆化广泛应用,国内电缆分接箱制造商在原有欧式分接箱的基础上开发了新一代带开关的电缆分接箱,分接箱采用SF6作为绝缘介质,是一种可以带负荷操作的新式的电缆分接箱。其全密封全绝缘结构,抗污秽、抗腐蚀,体积小、结构紧凑,满足局部停电维修的要求,可实现区域停电检修,极大的缩小停电范围,提高供电的可靠性。
2 电缆分接箱的结构分类及优缺点
电缆分接箱按照结构形式和电缆头种类大致分为美式电缆分接箱、欧式电缆分接箱、带开关的电缆分接箱3种。
2.1 美式电缆分接箱
美式电缆分接箱是一种广泛应用于北美地区的电力配网系统中的电缆化工程设备,近年在国内也得到了广泛应用。
2.1.1 结构特点
单相开门、横向多通母排设置、结构简单、箱体深度小,组合灵活,全绝缘、全屏蔽等。按照额定电流可以分为600 A和200 A两种分支回路,600 A主回路采用旋入式螺栓固定连接,200 A分支采用拔插式连接,且可以带负载拔插。
2.1.2 功能特点
1)全绝缘、全密封结构,无需空气绝缘距离,可靠保证人身安全。
2)防尘、抗洪涝、防腐、免维护,适用恶劣的运行环境。
3)组合非常灵活,进出线分支路数可根据需要自行确定,满足多种接线要求。
4)200 A插拔式可带负荷插播,具有隔离开关的部分特点。
5)可加装短路故障指示器,便于快速查找电缆故障点。
2.1.3 缺点
1)采用多通母排,如果母排出现故障,影响范围大,损失较大。
2)单开门方式在某些位置使用、维护不方便。
2.2 欧式电缆分接箱
欧式电缆分接箱是近几年来广泛应用于电力配网系统中的电缆化工程设备。
2.2.1 结构特点
双向开门方式,利用穿墙套管作为连接母排,品字排列,进出线电缆头在双侧,安装维护方便。具有电缆排列清楚、三芯电缆跨度小等显著优点。
2.2.2 功能特点
1)全绝缘、全密封、全防护、全工况。
2)进出线灵活,安装、维护方便。
3)体积小,结构紧凑,安装简单,可靠性高。
4)具有带电显示装置,可提示设备带电状态,安全性高。
5)可加装短路故障指示器,便于快速查找电缆故障点。
2.2.3 缺点
深度方向尺寸大,整体高度偏高。
2.3 带开关的电缆分支箱
带开关的电缆分支箱是近年来国内电缆型分接箱制造厂在原有欧式电缆分接箱的基础上研发并制造的产品,该型电缆分接箱使用SF6作为绝缘介质,是一种可带负荷操作的灵活性强的新式分接箱。
2.3.1 结构特点
采用内外箱的结构,内箱为充SF6的全密封气箱,具有气压(或密度)显示装置,随时监控内部压力情况。气箱内采用SF6绝缘,比常规开关体积小,且气箱采用最优质的304不锈钢材料。同时设有气体泄压装置和专用泄压通道。开关单元具有强制性安全保护措施。当电缆分接箱的某一馈线回路需要停电检修时,可单独进行分闸操作,将这一回路停电,而不影响其他回路的正常供电。外箱表面均采用静电喷塑工艺加工,美观,大方,可按不同的环境选择不同的颜色加工。箱内均具有相应的电缆固定夹及接地端子。是一种高可靠性、适用范围广的新型电缆分接箱。
2.3.2 功能特点
1)全绝缘、全密封,模块化,免维护设计。
2)可触摸型式,安全可靠,体积小、重量轻、结构紧凑、安装简单,操作方便适用于各种恶劣环境,并满足防潮的要求,SF6气室防护等级达到IP65。
3)喷塑工艺和工序符合国际标准,抗腐蚀能力强。
4)环网柜具备完善的防误操作功能,具备五防联锁功能。
5)能够实现配网自动化。
6)使用寿命:20年。
7)满足局部停电检修要求,实现区域停电检修,可以极大地缩小停电范围,提高供电的可靠性。
8)装有带电显示器和短路故障指示器,实现人机界面,便于迅速查找电缆故障等特点。
2.3.3 典型方案
图1 带开关电缆分接箱典型接线
3 电缆分接箱常见问题及解决方案
3.1 生产制造环节的问题和解决方案
3.1.1 内壳体变形、锈蚀
内壳体生产工艺涉及钣金和焊接,由于内部有很多装配连接。因此对内壳体的精度要求较高,既要控制内壳体本身材料的性能,同时也要保证内壳体剪切、折弯、焊接的精度。如果上述两点不能够很好保证,将会带来如下问题:尺寸错误、精度不够、壳体变形扭曲,这些直接的现象将导致产品装配困难,产品特性不符合要求等。
针对上述问题采取的解决方案:
1)采用先进的数控设备或柔性钣金加工线,确保钣金材料的剪板、折弯精度准确,程序化减少加工失误。
2)采用国外最为先进的焊接机器人工作站焊接,机器人焊接可以更好的保证焊接质量,焊缝均匀,焊接速度合理,可减小焊接后产生的应力变形。
3)专用的焊接工装和板材转运工装,保证拼装和转运不至于使其变形。
3.1.2 密封性能及工艺控制
全密封结构的分接箱内壳体部分密封性能尤为重要,一旦产品发生泄漏,分接箱将不能够正常运行。涉及到的密封部位包括:密封圈密封结构、焊缝。
针对上述可能泄漏的问题采取的解决方案:
1)采用特殊材料的密封圈及密封结构,设计保证密封圈压缩量和高低温状态的良好密封性能。
2)采用国外最为先进的焊接机器人工作站焊接,机器人焊接可以更好的保证焊接质量,焊缝均匀,焊接速度合理,不存在夹渣等焊接缺陷。
3.1.3 绝缘问题
绝缘问题是分接箱产品经常遇到的问题,它的发生一般有如下环节。
1)绝缘件本身绝缘问题。
2)装配问题,绝缘距离无法保证。
3)内部水分处理不到位。
针对上述可能发生的问题采取的解决方案:
1)绝缘件本身绝缘问题:①选择优秀的、行业知名品牌的供货商;②对供货商的制造过程及质量管理进行管控;③采取进货检验全检方式,严格控制其绝缘质量。
2)装配问题:工艺文件要齐全,对操作人员进行培训,要求操作人员严格按工艺装配。生产装配采取全过程监控及检验的方式,严格控制装配质量。
3)采用国外先进的微水测试仪对充气后的产品进行水分测试,确保其抽真空和分子筛处于有效状态。
总之,电缆分接箱产品在生产过程中,严格按照ISO9001-2008质量管理体系要求控制质量,贯彻PDCA循环。从人、机、料、法、环、测等六大方面严格对产品生产制造进行有效控制,确保产品出厂是合格、安全、可靠的。
3.2 现场安装、运行维护的问题及解决方案
1)电缆分接箱安装。电缆分接箱的安装施工十分重要,电缆安装人员在电缆分接箱与电缆接头安装连接过程中的操作方法是否正确,电缆头安装工艺是否准确,电缆分接箱内部组件与电缆接头部件组合的先后次序是否按照厂家安装使用说明书进行操作等等,都将直接影响电缆分接箱的使用寿命和正常运行。
调查表明,每年在配网电缆系统中,90%以上的设备故障、事故来自于电缆接头处制作和安装。最为突出的安装问题是在电缆头与分接箱套管安装时,紧固螺栓紧固不到位或电缆端子方向不对扭曲致使端子与套管无法平面完全接触,在运行中,电流作用下,此处接触面不够或虚接导致发热。在发热一段时间后,电缆头本体和套管处长时间高温开始绝缘老化,最终导致绝缘击穿,造成烧毁事故。
正确的电缆端子安装方法:在压接电缆端子时,确保端子平面方向与分接箱套管端面平面平行。在插入电缆接头后,电缆端子与套管端面平面接触紧密,且不能与螺栓受力,紧固螺母时务必保证拧紧,使电缆端子与套管端面完全接触并紧固完好。
2)电缆头安装制作。电缆头安装制作在电缆分接箱现场事故中也占有一定比例,主要体现在以下几方面:①在剥制电缆半导体层时,下刀过深,造成绝缘层受到损伤,设备带电运行后,绝缘逐渐降低,最终导致击穿;②应力锥安装不到位,致使应力锥半导电部位与电缆半导电无法接触,运行后放电,最终烧毁;③应力锥靠下,电缆安装时扭曲,这样应力锥与电缆头本体部分间隙较大,长时间内部形成凝露,致使烧毁;④端子压接毛刺未清理:端子压接后产生金属毛刺,没有进行清理,在插入电缆头时,将电缆头内部划伤,绝缘受损,送电后,造成绝缘击穿;⑤电缆不能按要求较好的固定。在现场运行中发生分接箱漏气事故中,有绝大多数来源于电缆没有很好固定。电缆不固定就意味着,所有电缆的重量长时间由分接箱套管承受,长时间套管难以承受,套管的压板慢慢产生变形,致使套管根部密封圈处发生泄漏。更有甚者,套管受力导致开裂,造成烧毁事故。
3)防腐处理。部分电缆分接箱采用铁质板材或普通钢材,受环境条件的影响,且分接箱多安装在电缆隧道、沟道上,沟道内部潮气凝露现象很严重,所以箱体腐蚀严重。
针对上述情况,在订货中选用不锈钢材料,采用先进的喷涂工艺,选用优质的喷涂涂层材料。另外,在选择产品安装地点时,尽量考虑通风条件,在电缆井地基增加通风口,以尽量解决通风条件,减少严重的凝露问题。
4)运行中的电力电缆线路运行方式不尽合理,电缆分接箱所带用户较多。容易发生出线用户电缆故障、电缆分接箱故障造成线路停电事故,而且由于所带用户较多,给故障排查带来一定的困难,加之众多专变用户配电装置管理不完善,造成发生故障后逐段逐户排查非常困难,不易快速排除故障,致使停电时间延长。
5)分接箱大多安装在电缆沟上、马路边等,且多数安装在电缆沟正上方,致使分支箱下的电缆沟内的电缆排列混乱,使有限的空间难以发挥其作用。
4 电缆分接箱产生的经济效益
4.1 技术经济效益
合理调节配网使其经济运行,电力系统的经济运行主要是确定机组的最佳组合和经济地分配负荷。电网要考虑的是全系统的经济性,是在保证区域电网和地区电网的安全运行和保证供电质量的基础上,充分利用电网中现有输(配)变电设备,在系统有功负荷经济分配的前提下,做到配电网及其设备的经济运行是降低线损的有效措施。
1)合理调整配电线路的联络方式。配电线路应该采取最佳运行方式使其损耗达到最小,如通过互为备用线路、手接手线路、环网线路、并联线路、双回线路等是可以达到的。这些线路的相互连通及高效运行都离不开电缆分接箱,其在系统中起着重要作用。
2)环形供电网络,按经济功率的分布选择网络的断开点。对于环形的供电网络,正常需要运行断开,其中扮演重要角色的开关型电缆分接箱和环网柜。
3)电缆分接箱安装方便,原理简单,功能实用,确保电缆系统合理分配分支。
4)一旦10 kV供电系统有故障发生时,通过投切分支可以有效避免故障范围扩大,提高电网设备安全运行可靠性。
4.2 社会效益
1)电缆分接箱通过不同出线分支的投切,可以减小停电面积,将故障而带来的损失降到最低,保障了电网设备安全可靠运行。给电力系统带来了一定的经济效益及良好的社会效益。
2)美式、欧式电缆分接箱没有SF6气体,避免因漏气而带来的空气质量影响,降低温室效应,带来一定的社会效益。
5 结束语
电缆分接箱的安全可靠运行,关系到整个配网的供电可靠性。其先进的设计理念、可靠的工艺管理、有效的质量控制是保证产品在电网中可靠运行的坚强后盾。做到了安全、可靠的运行,其产生的经济技术效益和社会效益才能充分体现。
参考文献
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