隨著城市電網(wǎng)電纜化進(jìn)程的快速發(fā)展, 電力電纜線路**運(yùn)行是保障供電可靠性的關(guān)鍵。由于電纜線路運(yùn)行中的突發(fā)故障，需要在電纜線路完全停電的狀況下，用較長的時(shí)間測尋和修復(fù)故障，恢復(fù)供電的時(shí)間難以有效控制，*終造成停電時(shí)間長、電網(wǎng)供電可靠性下降，因此有必要探討帶電作業(yè)旁路系統(tǒng)，能夠在很短的時(shí)間內(nèi)，構(gòu)建一套臨時(shí)供電系統(tǒng)，在不間斷地供電狀態(tài)下，確保故障段電纜線路**快捷完成搶修工作的同時(shí)，向沿線用戶保持不間斷臨時(shí)供電。該旁路系統(tǒng)必須**、可靠，且安裝簡單、方便。在很短時(shí)間內(nèi)，通過現(xiàn)場帶電作業(yè)，安裝積木式組件，快速調(diào)整旁路線路長度和供電分支數(shù)量，有效跨接故障線路段，保證對(duì)用戶臨時(shí)用電的**可靠。

1 帶電作業(yè)旁路系統(tǒng)

帶電作業(yè)旁路系統(tǒng)*早應(yīng)用于10kV架空絕緣線路故障搶修。它是一種由旁路電纜、旁路接頭、旁路開關(guān)以及相關(guān)輔助器材和設(shè)備組成的臨時(shí)輸電系統(tǒng)。該系統(tǒng)在韓國、日本和上海、浙江等地得到應(yīng)用，其工作原理如圖1所示。


圖1 帶電作業(yè)旁路系統(tǒng)工作原理圖
圖1中，當(dāng)進(jìn)行10 kV架空線路故障檢修或例行維護(hù)時(shí)，在現(xiàn)場快速裝配一條臨時(shí)輸電線路，跨接該故障檢修或例行維護(hù)線路段。通過旁路開關(guān)操作，斷開該故障段電源，并將電源引向這條臨時(shí)旁路輸電線路，通過旁路系統(tǒng)保持對(duì)線路用戶不間斷供電。同時(shí)進(jìn)入停電狀態(tài)下的線路故障檢修或例行維護(hù)，確保工作**。

這種線路旁路系統(tǒng)還可以通過安裝旁路接頭（即插拔式自鎖定快速終端和直通中間接頭），實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場任意延長或減短臨時(shí)旁路供電線路長度，以跨接不同長度的檢修及維護(hù)線路段；同時(shí)，配合“T”型中間接頭，還可調(diào)節(jié)旁路電纜連接支路用戶數(shù)量，保證各個(gè)支路用戶的正常用電，并保證人身和設(shè)備**，提高了供電可靠性，使經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分顯著。

目前，該帶電作業(yè)旁路系統(tǒng)已經(jīng)完成了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)化應(yīng)用研究，并已通過嚴(yán)格的型式試驗(yàn)，各項(xiàng)技術(shù)性能滿足帶電作業(yè)技術(shù)要求，完全可以取代進(jìn)口同類產(chǎn)品，逐步推廣應(yīng)用于配電系統(tǒng)不停電作業(yè)和不停電故障搶修，大幅度縮短搶修時(shí)間、降低勞動(dòng)強(qiáng)度和提高供電可靠性。

不言而喻，探討這種旁路作業(yè)系統(tǒng)，應(yīng)用于電纜線路不停電故障搶修、缺陷處理、例行維護(hù)的條件基本具備。推廣應(yīng)用所必須完成的工作是：改進(jìn)旁路系統(tǒng)兩端的快速插拔式終端設(shè)計(jì)，使之能夠現(xiàn)場快速與各種型號(hào)的電纜分支箱或環(huán)網(wǎng)柜可靠連接，快速裝配一條臨時(shí)旁路線跨接于需要搶修、缺陷處理、例行維護(hù)的電纜線路，然后將線路段的供電負(fù)荷轉(zhuǎn)移到臨時(shí)旁路電纜線路，繼續(xù)對(duì)沿線各用戶保證供電。

2 技術(shù)關(guān)鍵

電纜線路旁路作業(yè)系統(tǒng)暴露在大氣環(huán)境中運(yùn)行，且因?yàn)槠浞笤O(shè)方式的臨時(shí)性，時(shí)常會(huì)影響鄰近人口密集和交通密集區(qū)域，其**、可靠性能顯得猶為重要。基于插拔式快速終端和接頭位置的電場嚴(yán)重畸變，是絕緣性能*為薄弱的環(huán)節(jié)，因此，其絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、界面壓強(qiáng)和電場控制以及制造質(zhì)量，直接關(guān)系到線路旁路作業(yè)系統(tǒng)**、可靠運(yùn)行。

其次，線路旁路作業(yè)系統(tǒng)中插拔式終端和接頭，要求具有插拔1000次的使用壽命，在1000次插拔過程中，接頭材料會(huì)產(chǎn)生大量磨損。這種磨損會(huì)使界面配合尺寸發(fā)生變化，界面壓強(qiáng)減小，所以沿面放電的電壓值也會(huì)隨之降低，產(chǎn)品軸向沿面擊穿的幾率升高。

線路旁路作業(yè)系統(tǒng)中電氣連接，考慮到現(xiàn)場安裝的便捷性，都是采用插拔方式連接，普通插拔連接方式都存在通流能力低，接頭容易發(fā)熱的問題。

架空線路與地纜線路敷設(shè)方式、線路設(shè)備等許多方面都存在技術(shù)性差異，所以存在旁路作業(yè)系統(tǒng)與線路連接接頭方式多樣性設(shè)計(jì)的問題。

3 技術(shù)方案

3.1 采用電場有限元數(shù)值分析方法，優(yōu)化插拔式快速終端和接頭的絕緣設(shè)計(jì)

絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括：通過理論計(jì)算復(fù)合介質(zhì)內(nèi)部和界面電場分布，合理優(yōu)選電場應(yīng)力控制方法，借以確定復(fù)合介質(zhì)幾何形狀、尺寸和復(fù)合介質(zhì)界面沿面放電距離，達(dá)到保證電纜、終端和中間接頭**可靠運(yùn)行的目的。

大量的理論分析和長期試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果表明：電場應(yīng)力控制錐是*簡單、*可靠的均勻介質(zhì)內(nèi)部電場分布的手段。當(dāng)今電氣設(shè)備小型化、輕型化發(fā)展趨勢，大量是采取電場應(yīng)力控制錐結(jié)構(gòu)。特別是在高壓或超高壓電氣設(shè)備中，電場應(yīng)力控制錐得以廣泛采用。在設(shè)計(jì)插拔式快速終端和接頭絕緣結(jié)構(gòu)時(shí)，亦優(yōu)選電場應(yīng)力控制錐結(jié)構(gòu)，應(yīng)力錐的幾何形狀和尺寸通過電場分布計(jì)算結(jié)果作優(yōu)化選取。

3.2 研究復(fù)合材料的界面壓強(qiáng)、長久變形率與介質(zhì)界面沿面放電的電壓值變化的規(guī)律，對(duì)材料及配方進(jìn)行篩選

電纜插拔式快速終端和接頭絕緣結(jié)構(gòu)是典型的固體復(fù)合介質(zhì)絕緣結(jié)構(gòu)，界面沿面放電與界面壓強(qiáng)和界面狀態(tài)密切相關(guān)。采用模擬試品等效插拔式快速終端和接頭多層固體復(fù)合介質(zhì)絕緣結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)研究界面沿面放電電壓與界面壓強(qiáng)和界面狀態(tài)之間的內(nèi)在關(guān)系，模擬試品如圖2所示。


由于XLPE絕緣體的直徑DXLPE等于常數(shù)，當(dāng)選取不同原始直徑DSR的高彈性硅橡膠絕緣體，且DSR≤DXLPE，即可改變高彈性硅橡膠絕緣體與XLPE絕緣體之間的界面壓強(qiáng)（握緊力）。

實(shí)際測量界面壓強(qiáng)或握緊力比較困難，試驗(yàn)研究中，利用高彈性硅橡膠絕緣體的定伸強(qiáng)度換算成為界面壓強(qiáng)的物理量，調(diào)整硅橡膠絕緣體的配方可以得到不同定伸強(qiáng)度的硅橡膠絕緣體，然后制作成為不同的原始直徑的硅橡膠絕緣體試品，彈性變形套在XLPE絕緣體表面，便具有持續(xù)彈性回復(fù)力，為硅橡膠絕緣體與XLPE絕緣體之間的界面提供握緊力。

3.3 設(shè)計(jì)插拔式快速終端和接頭絕緣組件，以消除或減少材料界面損耗

應(yīng)優(yōu)選錐形（俗稱推拔形）主絕緣結(jié)構(gòu)，以減小插拔阻力，利用斜面力學(xué)原理提高界面正壓強(qiáng)，同時(shí)在插拔過程中快捷地排除界面氣隙。

提高模具的配合精度和表面光潔度，保證產(chǎn)品表面平整光滑，界面配合準(zhǔn)確完好。

每次插拔時(shí)均應(yīng)涂抹潤滑劑以降低界面摩檫系數(shù)，避免表面磨損，使得產(chǎn)品經(jīng)歷1000次插拔后仍具有足夠的過盈量，以保證界面始終保持足夠的界面壓強(qiáng)。

3.4 插拔式快速終端和接頭的觸頭可采用表帶觸頭設(shè)計(jì)

表帶觸頭的特點(diǎn)有：體積小，結(jié)構(gòu)簡單，不需要壓緊彈簧；接觸點(diǎn)多，導(dǎo)電能力強(qiáng)，額定電流可達(dá)到500A；動(dòng)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性都非常高；在插拔多次后仍能保證接觸良好，不會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象。

4 技術(shù)路線

采取科學(xué)的技術(shù)路線，實(shí)施上述技術(shù)方案，*終實(shí)現(xiàn)電力電纜線路不停電旁路作業(yè)，提高供電可靠性的目的。

技術(shù)路線包括如下階段：廣泛收集國內(nèi)外關(guān)于帶電作業(yè)旁路系統(tǒng)*新資料，聽取有關(guān)專家學(xué)者的意見和建議；組織人力和物力對(duì)相關(guān)資料分析整理，在比較國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)措施的基礎(chǔ)上，以**可靠、方便快捷為基本原則，進(jìn)行實(shí)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)和研發(fā)；按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)研發(fā)的產(chǎn)品進(jìn)行型式試驗(yàn)，考察其電氣性能；在公司管轄的電纜線路上投入實(shí)際運(yùn)行，系統(tǒng)地完成應(yīng)用試驗(yàn)研究，比對(duì)驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)場運(yùn)行考核的實(shí)測數(shù)據(jù)，積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)；總結(jié)分析理論研究結(jié)果、試驗(yàn)研究結(jié)果和試運(yùn)行考核結(jié)果，即時(shí)修正和調(diào)整技術(shù)方案，更進(jìn)一步改進(jìn)、完善電纜線路旁路作業(yè)的后續(xù)研究工作。

5 結(jié)束語

引入電力電纜線路旁路作業(yè)系統(tǒng)，進(jìn)行電纜線路不停電搶修、運(yùn)行維護(hù)的新措施，將有效改變電力電纜運(yùn)行維護(hù)技術(shù)，如故障搶修、缺陷處理、例行維護(hù)都需要在線路停電狀態(tài)下進(jìn)行， 且線路停電時(shí)間無法控制的現(xiàn)狀，為北京地區(qū)政治保電或其他臨時(shí)供電提供了新的方法、措施和思路。