35kV 典型电缆 故障 修复方法 研究 Research on Reparation Methods of 35 kV Cable with Typical Faults 学科专业:电气工程 研 究 生:秦 涛 指导教师:杜伯学 教授 企业导师:唐庆华 高工 天津大学自动化学院 二零一四年十二月 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得 天津大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名: 签字日期: 年 月 日 我是爱天大的!! 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 天津大学 有关保留、使用学位论文的规定。特授权 天津大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 (保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名: 导师签名: 签字日期: 年 月 日 签字日期: 年 月 日 摘 要 随着社会的发展和城市化率的不断提高,市区输电线路广泛的以电缆的方式敷设于地下,可以节省地面空间而且更加安全,但是一旦电缆线路发生故障,电缆故障的测寻和修复都十分困难。目前没有任何一种监测方法能完全避免电缆缺陷发展为电缆故障,外力破坏电缆的事故也无法杜绝。所以,一旦电缆发生故障,如何快速修复电缆,节约修复材料、费用成为关键问题。按照现有的技术,电缆发生单相故障,修复电缆时,基于电缆三相绝缘完整性的考虑,要将故障部分锯掉,重新更换一段电缆,再重新制作两组三相的电缆接头。如果电缆只发生单相故障,如果完全更换,这样不仅耗费材料较多,而且安装电缆接头、开挖接头坑需要更多的人力成本,时间成本。开展电缆单相故障修复法的研究,使电缆在绝缘、电场、密封性等环节恢复到可以运行的状态,将大幅度降低电缆的修复成本,节省材料,减少电缆的修复时间。本文对电缆单相故障修复的工艺提出了新思路和新办法。 本文通过介绍国内外电缆在故障前后进行修复的方法,对比其中的不足和局限性,对电缆故障后修复方法进行探讨。首先,从 35kV 电缆的结构及附件类型入手,对比分析了常用电缆附件优缺点及对环境的不同适应性、常见的故障类型及引起故障的原因,初步确定了保证电缆附件安装质量的关键因素及可能威胁电缆安全运行的隐患和缺陷。最后,将以上理论作为基础,综合目前使用的附件安装技术及材料,运用本文提出的新方法,以 2013 年某 35kV 电缆线路终端故障修复现场操作工艺为蓝本,提炼出适用于中压 XLPE 电缆单相故障修复法,并应用到现场实际中,修复后电缆的安全可靠运行证明了此修复法的有效性和可推广性。通过实际分析表明此方法对电缆单相故障进行修复可以大幅提高抢修速度、减少停电时间、材料消耗和人力成本,达到“一箭多雕”的效果。 关键词: 35kV XLPE 电缆,单相故障,修复方法,电缆终端 ABSTRACT Along with the continuous improvement of social development and urbanization, a wide range of urban transmission cable lines are laid underground, which can save floor space and improve security. But once the cable line fails, it is difficult to find the fault point and repair the cable. There is no monitoring method which can avoid the development of a cable defect into a cable fault completely, it is impossible to eliminate the cable damage because of external forces. Therefore, once the cable fault occurs, the key issue is how to repair the cable quickly and save repairing materials and costs. According to the existing technology, when a single-phase fault occurs, a new part of the cable is always installed to replace the defective parts, in consideration of three-phase cable insulation integrity, and then the two group of three-phase cable connector should be reinstalled. If a cable with only a single-phase fault is totally replaced by a new one, it not only wastes expensive materials, but also spends more labor and time installing cable connectors and digging the cable hole. Researches which focus on repairing single-phase cable fault can reduce the time and cost of repairing the cable significantly and save materials. New ideas and new approaches to repair the single-phase cable fault are presented in this paper. Some methods of repairing the cable before and after the cable fault were discussed in this paper to compare the deficiencies and limitations. First, based on the structure and the accessory type of 35kV cable, the advantages and disadvantages of cable accessories, environment adaptability, the common types and reasons of the cable fault were analyzed. Then, the key factors of installing the cable accessories and defects that can thread the cable normal-running were found. Finally, according to the current technology and materials, the above theory was applied to repairing the medium voltage XLPE cables single-phase fault. It is proved effective and could be a promotion for cable reparation. This method can improve repairing speed and reduce outage time, material consumption and labor costs significantly. Key words: 35 kV XLPE cable, Single-phase cable fault, Reparation method, Cable accessories 目 录 第一章 绪论 .................................................................................................................... 1 1.1 研究背景和意义 ............................................................................................................. 1 1.2 国内外研究现状 ............................................................................................................. 3 1.3 研究的主要内容 ............................................................................................................. 5 第二章 电缆故障的检测 ................................................................................................. 6 2.1 电缆故障的分类 ............................................................................................................. 6 2.2 测寻方法的分类 ............................................................................................................. 8 2.2.1 故障性质的初判 ...................................................................................................... 8 2.2.2 故障点的粗测 .......................................................................................................... 9 2.2.3 精确定位 ................................................................................................................ 10 第三章 35kV 电缆运行质量影响因素 ........................................................................... 12 3.1 35kV 电缆的结构 ........................................................................................................... 12 3.2 35kV 电缆附件技术特点 .............................................................................................. 13 3.3 电缆附件的分类 ........................................................................................................... 14 3.4 冷缩式和热缩式附件的环境适应性 ........................................................................... 15 3.4.1 热缩附件问题及分析 ............................................................................................ 15 3.4.2 冷缩附件问题及分析 ............................................................................................ 17 3.5 附件安装过程可能存在质量缺陷 ............................................................................... 18 3.5.1 半导电层剥切环节引发的故障 ............................................................................ 18 3.5.2 附件安装不当引起的故障 .................................................................................... 21 3.5.3 其他原因 ................................................................................................................ 22 第四章 35kV 电缆单相故障快速修复工艺 .................................................................... 24 4.1 研究背景 ....................................................................................................................... 24 4.2 技术路线 ....................................................................................................................... 24 4.2.1 当前修复工艺的缺陷 ............................................................................................ 25 4.2.2 材料选择 ................................................................................................................ 25 4.3 实施过程 ....................................................................................................................... 25 4.3.1 达到的技术条件 .................................................................................................... 25 4.3.2 阶段性实施 ............................................................................................................ 26 4.4 工艺流程 ....................................................................................................................... 26 4.4.1 主要工艺步骤 ........................................................................................................ 26 4.4.2 实施的技术细节 .................................................................................................... 29 4.5 验证试验 ....................................................................................................................... 32 4.5.1 绝缘电阻测试 ........................................................................................................ 32 4.5.2 直流耐压与泄漏电流试验 ..................................................................................... 36 4.5.3 交流耐压试验 ........................................................................................................ 37 4.5.4 试验结论 ................................................................................................................ 39 4.6 效益分析 ....................................................................................................................... 39 4.6.1 经济效益分析 ........................................................................................................ 39 4.6.2 社会效益分析 ........................................................................................................ 39 第五章 结论与展望 ...................................................................................................... 40 5.1 结论 ............................................................................................................................... 40 5.2 展望 ............................................................................................................................... 40 参考文献 ......................................................................................................................... 41 致谢 ................................................................................................................................. 42 第一章 绪论 1 第一章 绪论 1.1 研究背景和意义 自从上海在 1897 年敷设并投运了我国第一条电力电缆,我国在 100 年来对于电力电缆的研究、制造和使用有了长足的发展。电力电缆线路因其特有的优点,在发电厂、城乡电网、变电站、工厂街道等人员密集场所起着架空线路所无法替代的作用。架空线是裸导线和绝缘导线架空敷设,靠绝缘子完成电气绝缘和机械固定。电缆的结构中除了电缆线芯(导体)之外还有能够承受电网电压的绝缘层和保护层,保护层包裹在绝缘层之外,保护其绝缘性能的。目前常见的 10kV 及以上电缆在导体外和绝缘层外还有用半导电或金属材料制成的屏蔽层。相比架空线复杂的结构,能保障电缆能够敷设在地下、水下等各种复杂环境中,满足长期、安全传输电能的需求。 与架空线比较,电缆具备以下长处:电缆敷设在地下,同一地下电缆通道可敷设多回线路,能够大大节省地面空间;在城市道路和大型工厂,用电缆供电有利于市容、厂容美观;电缆线路受自然条件(如雷电、风雨、盐雾、污秽等)和周围环境影响较小、供电可靠性高;电缆外层为零电位,并且敷设在地下,不会造成人身安全事故;运行维护电缆线路的花费比较低。所以随着城市化的发展,电力电缆线路因其敷设的隐蔽性及良好的性能,逐渐取代架空线路,成为市区输电线路的主要形式。 交联聚乙烯绝缘电力电缆(XLPE 电缆)的使用已有 50 来年的历史,发展速度极为迅速。美国较早的开展 XLPE 电缆的使用活动,目前已有 60 万公里电缆在使用。欧洲国家也都积极进行 XLPE 电缆的生产。1936 年在巴黎电缆的电压等级达到 220kV。 1952 年在瑞典电缆的电压等级达到 380kV [1] 。当今的制造技术允许地下输电电力电缆的电压等级高达 1100kV,在意大利安装了这种电缆。由此,可见 XLPE 电缆发展速度之快已远远超过了其他电力电缆。我国是世界上电力电缆制造大国,由表 1-1 可以看出我国 10-110 kV 电压等级的电力电缆显著的使用交联聚乙烯绝缘电力电缆取代其它绝缘类型的电力电缆 [2] 。 据天津电力公司内部统计资料表明:“十一五”期间电缆线路总长度增长率接近 100%,目前天津电网拥有 35kV 电缆线路 3441km。2011 年电缆线路总长度增长为 3862 km,2012 年电缆线路总长度增长为 4306 km,年增长率分别为 12%和 11% [3] 。电缆线路的快速增长带来了许多运行安全问题: 第一章 绪论 2 表 1-1 各电压等级 XLPE 绝缘电力电缆占电缆总长度百分比 电压等级 (kV) 电缆长度 (km)* 其中,XLPE 绝缘电力电缆所占的百分比(%) 10 73664 98.2% 35 11569 95.3% 110 (66) 5303 90.7% 220 (330) 528 57.9% 500 56 42.7% * 注:统计截止时间为二 00 一年十二月三十日。 1) 外力破坏造成电缆故障 由于近些年电缆线路长度成倍增加,而运行人员的数量没有明显的增长,加上天津地区地铁、高铁线路的开工建设,地下挖掘、地上打桩等施工点明显增多。这些不利因素严重的影响了电缆的安全运行。