10kV电缆带电作业旁路系统

电力18讯：    
北京电力朝阳供电公司  王明春

随着城市电网电缆化进程的快速发展, 电力电缆线路安全运行是保障供电可靠性的关键。由于电缆线路运行中的突发故障，需要在电缆线路完全停电的状况下，用较长的时间测寻和修复故障，恢复供电的时间难以有效控制，最终造成停电时间长、电网供电可靠性下降，因此有必要探讨带电作业旁路系统，能够在很短的时间内，构建一套临时供电系统，在不间断地供电状态下，确保故障段电缆线路安全快捷完成抢修工作的同时，向沿线用户保持不间断临时供电。该旁路系统必须安全、可靠，且安装简单、方便。在很短时间内，通过现场带电作业，安装积木式组件，快速调整旁路线路长度和供电分支数量，有效跨接故障线路段，保证对用户临时用电的安全可靠。

1 带电作业旁路系统

带电作业旁路系统最早应用于10 kV架空绝缘线路故障抢修。它是一种由旁路电缆、旁路接头、旁路开关以及相关辅助器材和设备组成的临时输电系统。该系统在韩国、日本和上海、浙江等地得到应用，其工作原理如图1所示。


图1 带电作业旁路系统工作原理图
图1中，当进行10 kV架空线路故障检修或例行维护时，在现场快速装配一条临时输电线路，跨接该故障检修或例行维护线路段。通过旁路开关操作，断开该故障段电源，并将电源引向这条临时旁路输电线路，通过旁路系统保持对线路用户不间断供电。同时进入停电状态下的线路故障检修或例行维护，确保工作安全。

这种线路旁路系统还可以通过安装旁路接头（即插拔式自锁定快速终端和直通中间接头），实现现场任意延长或减短临时旁路供电线路长度，以跨接不同长度的检修及维护线路段；同时，配合“T”型中间接头，还可调节旁路电缆连接支路用户数量，保证各个支路用户的正常用电，并保证人身和设备安全，提高了供电可靠性，使经济效益和社会效益十分显著。

目前，该带电作业旁路系统已经完成了自主知识产权的国产化应用研究，并已通过严格的型式试验，各项技术性能满足带电作业技术要求，完全可以取代进口同类产品，逐步推广应用于配电系统不停电作业和不停电故障抢修，大幅度缩短抢修时间、降低劳动强度和提高供电可靠性。

不言而喻，探讨这种旁路作业系统，应用于电缆线路不停电故障抢修、缺陷处理、例行维护的条件基本具备。推广应用所必须完成的工作是：改进旁路系统两端的快速插拔式终端设计，使之能够现场快速与各种型号的电缆分支箱或环网柜可靠连接，快速装配一条临时旁路线跨接于需要抢修、缺陷处理、例行维护的电缆线路，然后将线路段的供电负荷转移到临时旁路电缆线路，继续对沿线各用户保证供电。

2 技术关键

电缆线路旁路作业系统暴露在大气环境中运行，且因为其敷设方式的临时性，时常会影响邻近人口密集和交通密集区域，其安全、可靠性能显得犹为重要。基于插拔式快速终端和接头位置的电场严重畸变，是绝缘性能最为薄弱的环节，因此，其绝缘结构设计、界面压强和电场控制以及制造质量，直接关系到线路旁路作业系统安全、可靠运行。

其次，线路旁路作业系统中插拔式终端和接头，要求具有插拔1000次的使用寿命，在1000次插拔过程中，接头材料会产生大量磨损。这种磨损会使界面配合尺寸发生变化，界面压强减小，所以沿面放电的电压值也会随之降低，产品轴向沿面击穿的几率升高。

线路旁路作业系统中电气连接，考虑到现场安装的便捷性，都是采用插拔方式连接，普通插拔连接方式都存在通流能力低，接头容易发热的问题。

架空线路与地缆线路敷设方式、线路设备等许多方面都存在技术性差异，所以存在旁路作业系统与线路连接接头方式多样性设计的问题。

3 技术方案

3.1 采用电场有限元数值分析方法，优化插拔式快速终端和接头的绝缘设计

绝缘结构设计主要内容包括：通过理论计算复合介质内部和界面电场分布，合理优选电场应力控制方法，借以确定复合介质几何形状、尺寸和复合介质界面沿面放电距离，达到保证电缆、终端和中间接头安全可靠运行的目的。

大量的理论分析和长期试验验证结果表明：电场应力控制锥是最简单、最可靠的均匀介质内部电场分布的手段。当今电气设备小型化、轻型化发展趋势，大量是采取电场应力控制锥结构。特别是在高压或超高压电气设备中，电场应力控制锥得以广泛采用。在设计插拔式快速终端和接头绝缘结构时，亦首选电场应力控制锥结构，应力锥的几何形状和尺寸通过电场分布计算结果作优化选取。

3.2 研究复合材料的界面压强、永久变形率与介质界面沿面放电的电压值变化的规律，对材料及配方进行筛选

电缆插拔式快速终端和接头绝缘结构是典型的固体复合介质绝缘结构，界面沿面放电与界面压强和界面状态密切相关。采用模拟试品