随着我国电缆和冷缩头技术的发展研究, 27.5kV专用电缆具有很高的可靠性, 并在客运专线和高速铁路建设中被广泛采用。根据牵引供电系统运营维护统计, 供电系统故障率约占牵引供电系统整个故障的13%, 属于牵引供电系统故障易发部位, 直接影响了电气化铁路的安全运营和牵引供电系统整体的可靠性。本文主要对牵引供电系统27.5kv交联聚乙烯绝缘电缆头制作和试验工艺进行探讨, 以期可靠施工质量, 来保证安全、可靠地运营。
电缆终端应满足以下条件: (1) 适用于27.5kV单芯XLPE带铠装、铜丝屏蔽电缆, 截面240mm2, 并采用金属铠装和金属屏蔽分开接地的双接地方式。 (2) 工作条件应满足使用环境条件。 (3) 电缆终端应用特种硅橡胶制作, 内设计应有应力锥, 以解决电缆终端的外屏蔽切断处电场集中问题。 (4) 应力控制部件与电缆半导电屏蔽层的搭接长度应满足55mm, 以保证电缆运行过程中, 绝缘发生最大收缩时, 不会出现电缆绝缘屏蔽层与应力控制部件脱离现象。
电缆终端制作时, 环境要保持清洁、无尘;相对湿度不应超过75%, 环境温度应高于5℃。安装过程应在水平场地进行, 完成后再竖直固定;终端的制作须由接受过培训、有一定操作经验的人员来进行。制作方法如下。
(1) 安装前检查电缆终端是否受伤、进水等;为确保电缆完好无进水现象, 应切除电缆头部500mm, 并对电缆终端部位 (距离电缆端部1米的范围内) 进行校直。
(2) 电缆校直后, 将距电缆端部1米部位进行固定;并按图1尺寸进行剥切。剥切时, 不要损伤屏蔽铜丝, 各环切断口与电缆铜芯垂直, 断口不能有毛刺和尖端凸起。在接地线安装位置用240#砂纸将表面氧化层去除, 在外护套上削出一个长3cm, 宽2cm的斜坡。
(3) 将铜编织带 (接地用) 用恒力弹簧固定在打磨后的3cm金属铠装接地环带上, 在恒力弹簧绕紧时将接地铜带反折一次, 压紧在外护套断口的斜坡上。压紧时, 可用铁锤将铜接地带砸平, 压紧, 防止松脱。
(4) 用防水密封胶拉伸50%从金属铠装断口在铜接地带和斜坡上进行半搭接绕包 (宽度80mm) , 对铜接地带进行绕包防水处理。防水处理后, 用绝缘防水带在防水密封胶的表面来回绕包2层, 再用宽PVC带绕包2层, 最后用热熔胶在距离内护套端部10cm处和距外护套90cm处表面绕包, 然后套上φ80X250的薄热缩管, 用加热具加热收缩。
(5) 在内护套断口处将铜丝屏蔽层反折, 折口整齐, 弯曲均匀, 必要时, 采用铁锤敲平, 然后在铜接地带对侧, 将铜丝均匀分成三股, 扎成麻花辫, 作为电缆的接地线, 并将其端部修剪整齐后, 依次套入热缩管、铜或不锈钢接地端子, 用压接钳将压紧接地端子, 再用加热具加热小热缩管, 使其紧缩在铜丝接地辫上。用PVC相色带把接地线固定在电缆上。
(6) 在距铜丝屏蔽反折处27.5cm处位置做好标记, 用钢锯在该标记处将约20cm长的多余电缆锯掉, 锯面必须与电缆铜芯垂直, 而且锯口平整。
(7) 电缆剥切。
绝缘层的剥切。在距电缆端头8.5cm处做好标记, 用切刀将此为8.5cm长的绝缘层切除, 切口须与线芯垂直, 最后在电缆端部暂时绕包PVC相色带3层, 以防止电缆芯散开。
半导电层的剥切。在距电缆芯绝缘层切口9.5mm处做好标记, 用切刀将此9.5mm长的半导电层切除, 剥切时, 须确保半导电层断口与线芯垂直, 且层间不能有剥脱现象。且误差控制在0～+3mm。用切刀在绝缘层端部倒角2×45°, 最后用240#砂纸将绝缘层和半导电层过渡处打磨平滑圆整, 确保该过渡处不能有台阶、尖角或波浪锯齿状。
电缆剥切时, 用力均匀, 要确保绝缘表面无刀痕;对半导电层断口斜坡处理时, 斜坡长度控制在1.5cm。
(8) 绝缘层、半导电层表面处理。
先用240#砂纸带将半导电层打磨圆滑, 后用400#砂纸进行抛光, 确保半导电层表面无铜丝痕迹;再用240#砂纸带沿圆周方向将绝缘层打磨光滑圆整, 后用400#砂纸进行抛光, 以确保绝缘层表面无凸凹痕、杂质、刀痕或残留的半导电颗粒等。打磨时, 用力要均匀, 确保剥切电缆段不能弯曲。
(9) 在距半导电层断口处3cm, 用半导电带拉伸200%包绕φ5.5×2cm的台阶, 接着用半导电带由半导体断口至屏蔽铜丝2.5cm间包绕宽φ6×2.5cm的半导电台阶, 来回包绕3层。再用防水密封胶, 在铜丝屏蔽折口处至后约8cm之间绕包2层, 然后用绝缘防水带在防水密封胶表面来回绕包2层, 作防水处理, 最后再用宽PVC带来回绕包2层, 完全盖住屏蔽铜丝。
(10) 先将电缆终端头热缩护套管安装到电缆上, 然后再安装电缆终端头铝外壳。特别需要提醒的是, 热缩护套管和终端头铝外壳都是一次性安装配件, 一经安装, 二者都不能重新利用, 所以, 安装时, 一定要按先后顺序。
(11) 用清洁纸清洁绝缘层表面。清洁时, 沿电缆本部方向一次性地擦拭, 禁止来回抹擦。擦拭后, 残留在绝缘层表面的清洁纸液体, 要让其自然状态挥发, 不能用纸或布擦拭, 也不能用嘴吹。待绝缘层残留清洁剂自然挥发完毕, 绝缘层表面符合要求后, 在绝缘层表面均匀地涂上硅脂, 特殊需要注意的是, 在半导电层上尽量少涂。
(12) 先在内锥表面上均匀地抹上硅脂, 然后将内锥套到电缆线芯上, 一手把住内锥终端头, 一手把住电缆, 用力将内锥终端套在电缆上, 直至应力锥端头与电缆上的半导电带绕体 (φ=55) 接触好为止。
(13) 按先后顺序在电缆线芯上分别安装承力环 (有台阶一端向内) 、压紧锥和接触环。然后, 用专用工具使接触环紧压在压紧锥上, 最后将内锥终端拉回至承力环接触的位置。需要注意的是, 承力环与压紧锥端部要密贴。
为雷电和过电压时对电缆进行保护, 电缆头制作完毕后, 应对27.5kV电缆进行接地保护, 即电缆的一端均需安装护层保护器;开关柜T、F线处需各设一套保护器, 电缆铠装、屏蔽层接地线并联后接入护层保护器, 保护器另一端用50mm2接地电缆接入专用接地装置。未安装护层保护器的电缆另一端屏蔽层接地线应用热塑带、胶带包扎, 杜绝接地线与铁件接触放电。
电缆接地安装完毕后, 需对电缆进行耐压测试。耐压试验有两种方法:一种是直流耐压试验, 另一种是交流工频耐压试验。
从电缆绝缘的电场分布来说, 在交流电压下, 交联聚乙烯电缆绝绝缘层内的电场分布是由介电常数决定的, 即电场强度按接电常数而反比例分配的, 这种分配是比较稳定的;而在直流电压作用下, 其绝缘层中的电场强度是按绝缘电阻系数而正比例分配的, 而这种绝缘电阻分布系数是不均匀的。直流耐压试验时, 会有电子注入到聚台物介质内部, 形成空间电荷, 使该处的电场强度降低, 从而难于发生击穿。XLPE电缆的半导体凸出处和荇秽点等处容易产生空间电荷, 但如果在试验时电缆终端头发生表面闪络或电缆附件击穿, 会造成电缆芯线上产生波振荡, 在已积聚空闻电荷的地点因振荡电压极性迅速改变为异极性, 使该处电场强度显著增大, 可能损坏绝缘, 造成多点击穿。
从电缆终端头、接头盒等电缆附件中电场分布来说, 直流电场强度的分布和交流电场分布强度完全不同, 在交流电压下, 不仅不能有效的发现交联聚乙烯电缆绝缘中的有机械损伤、应力锥放错或树枝状绝缘等缺陷, 由于其空间电荷的作用, 反而容易造成交流电压下绝缘最易发生击穿的地点在直流电压下往往不能击穿, 直流电压下绝缘击穿处往往发生在交流工作条件下绝缘平时不发生击穿的地点。加之, 直流耐压实验时发生的闪落或击穿可能会对其正常的电缆和接头绝缘造成危害。
另外, 直流电压下绝缘老化的机理和交流电压下的老化机理不同, 即交联聚乙烯电缆绝缘内易发生水树枝, 水树枝在直流电压下会迅速转变为电树枝, 并形成放电而加速绝缘劣化, 以致运行后在工频电压作用下形成击穿。而单纯的水树枝在交流工作电压下还能保持相当的耐压值, 并能保持一段时间。直流高电压试验还有积累效应, 还将加速绝缘老化, 缩短电缆的使用寿命。
基于上述原因, 直流耐压试验不能模拟XLPE电缆的运行工况, 故27.5kv交流聚乙烯电缆采用交流工频耐压试验。
交流耐压试验是破坏性试验。在试验之前必须对被试品先进行绝缘电阻、吸收比、泄漏电流、介质损失角等项目的试验, 若试验结果正常方能进行交流耐压试验, 若发现设备绝缘情况不良, 通常应先进行处理后再做耐压试验, 避免造成不应有的绝缘击穿。
交流耐压试验前, 应对试验的27.5kv交流聚乙烯电缆进行绝缘电阻测试, 绝缘电阻测试合格后再进行耐压试验。将电缆与试验仪器联通, 接通电源, 按操作规程开始升压进行试验。升压过程中应密切监视高压回路, 监听被试品有何异常的响声。当升至试验电压, 开始计时。时间到后, 按操作规程进行降压, 当降压至0时, 切断电源。如试验中无破坏性放电发生, 则认为通过耐压试验。
试验时, 在升压和耐压过程中, 如发现电流表指针急剧增加, 调压器往上升方向调节, 出现电流上升、电压不变或下降趋势, 被试品冒烟、焦臭、闪络、燃烧或发出击穿响声, 应立即停止升压, 并降压切断电源后检查原因。如上述不良现象出自绝缘部分, 则认为27.5kV交流聚乙烯电缆交流耐压试验不合格。如空气湿度或表面脏污等所致表面闪络, 应将被试品清洁干燥处理后, 再进行试验。如试验中途因停电等原因致试验中断, 则应在电源恢复后, 重新进行全时段持续耐压试验, 禁止“补时试验”。
通过27.5kV交流聚乙烯电缆终端的制作与试验理论探讨, 为牵引供电系统安全运营提供了可靠的理论依据, 也为高速铁路牵引供电系统电缆设计、施工、试验和运营提供了很好的基础。
摘要：27.5kV交联聚乙烯电缆作为我国牵引供电系统的专用电缆, 它与我国电力系统广泛使用的35kV电缆不同, 具有一定的独特性。为让27.5KV交联聚乙烯电缆施工技术得到提升, 本文对27.5kV交联聚乙烯电缆头制作与试验过程进行了详细的阐述。
关键词：电缆终端,制作,试验
[1] TB/T2822—1997.电气化铁道27.5kV单相铜芯交联聚乙烯绝缘电缆.
[2] 铁路电缆国标报批稿.电气化铁道27.5kV单芯交流交联聚乙烯绝缘电缆及附件.
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