干式高压电缆终端头登塔装置的设计与应用

张建荣

（上海电力设计院有限公司，上海 200025）

0 引言

目前使用的高压电缆终端头，大多为充油瓷套管，即在交联聚乙烯电缆绝缘上，套装应力锥后再装瓷套，密封后充满硅油或其他绝缘介质。这种电缆终端头存在诸多弊端，例如：发生漏油不利于防火和防爆，污秽条件下容易闪络；又如：设备体积大、重量重、价格贵，不利于运输和安装。

我国于20世纪90年代开发出一种采用有机绝缘材料的干式穿墙套管。该套管的特点是剥去PVC外护套、接地屏蔽层、半导体屏蔽层后，将两端露出的导芯压在接线端子中，然后在电缆绝缘表面，用绝缘材料沿电缆轴向固定若干个金属电容屏，构成沿表面均压结构，并用多相聚合物交联热收缩材料做成外护套及伞裙。但是，采用该原理制作的电缆终端头，仍旧存在加工和施工不便等问题，例如：电缆终端头只能在现场施工，因为穿墙套管大多为水平配置，而电缆终端头却要垂直安置，还有不少终端头要安装在塔上和钢管杆上，十分不方便。

随着建设上海智慧城市电网的不断推进，城市电网线路改造的不断深化，110kV架空、电缆混合线路在市区道路旁的使用越来越多，如何解决征地和电缆登塔难题，加快割接工程的进度，被提上议事日程。

1 设计原理和结构特征

1.1 设计原理

一般高压电缆终端头的电极由导芯和法兰构成，属于带有强垂直分量的极不均匀电场。因此，沿套管表面各处流过的电流是不均匀的。当达到一定的沿面电位梯度并存在较高的电压变化速率时，在法兰处首先发生电晕，继而刷状放电、滑闪放电，最后形成闪络［1］。

GDZ型干式高压电缆终端由接线端子、等位带、导芯、电缆绝缘层、电容屏层、接地联接层、外护套、伞裙、接地及测量引线构成，如图1（a）所示。设计原理是沿电缆绝缘表面，从导电端到接地端，沿轴向间断地附设n个圆筒状电极屏，构成n个串联电容，强迫电缆终端表面电压分布均匀，其等值电路如图1（b）所示。

图1 GDZ型高压电缆终端头

图1 （a）中：C0、C1、…Cn为第n个电容屏与第n－1个屏之间的电容；K0、K1、…Kn为第n个电容屏与导芯之间的电容。

按图1结构可以精心设计每个电容屏，使得每2个电容屏之间的电压降相等以及沿面电压分布均匀，从而大幅度提高起晕电压和滑闪电压，限制放电的发生和发展，提高电缆终端的闪络电压和击穿电压。

1.2 结构特征

由图1可以看出，接线端子视其载流量大小选定，并与电缆导芯截面配套，在现有产品中选择；等位带是联接导芯与第一个电容屏的金属带，它的一端被压入接线端子，另一端与第一个电容屏焊接；电容屏层是强制电缆终端表面电位分布均匀的重要结构，在接线端子到被剥去的半导电层的边缘的电缆绝缘表面上，沿轴向均匀地布置N个电容屏，即用绝缘材料固定若干个相互绝缘的金属屏，从第一屏到末屏相互叠套，屏长逐渐加长。从倒数第二屏引出测量引线，从末屏上引出接地引线；联接末屏与半导电屏蔽层及接地屏蔽层的接地联接层用导电材料包绕而成，起到机械固定和电气联接的作用；用多相聚合物交联辐射热收缩材料制成的热缩管紧紧固定在电容屏层及接地联接层之外，起到外护套作用。为了达到一定的泄漏比距的要求，外护套粘了一定数量的伞裙；测量引线是为了带电或停电时测试所用，不用时与接地线联接并与设备一起接到接地网上。

GDZ型干式高压电缆终端头的局部放电性能和介质损耗特性十分突出，沿面电压分布均匀，污闪电压高，具有无油、无瓷、防火、防爆、体积小、质量轻、免维护、施工方便等特点，而且价格约为进口终端头的1／2。

2 登塔（杆）装置的设计

2.1 设计方案

从地下排管引出110kV电缆，分别沿电缆登杆杆身两侧（每侧3根单芯电缆）安装的单芯铝合金电缆夹头，敷设至上、中、下三相导线横担（在固定电缆终端头的导线横担上设置有供电缆安装人员使用的安装踏板），电缆由横担铝合金夹头固定，经GDZ型干式高压电缆终端头引出线，与导线横担间对拉导线绝缘子和避雷器连接，实现电缆与架空导线的连接。该接线方式简洁明了、安全可靠，完全满足电气间距，如图2所示。图2中①为单联耐张绝缘子串装置；②为双联可调耐张绝缘子串装置；③为避雷器；④为110kV户外终端头；⑤为电缆终端头固定板；⑥为T型线夹；⑦⑧为设备线夹；⑨为碗头挂板。

图2 电缆与架空导线搭接

2.2 方案比较

如图3（a）所示，在传统110kV电缆登塔（铁塔总高为26.5m，呼称高为16.0m）中，大多采用充油瓷套管电缆终端头。考虑到电缆终端头重量较重、需要定期维护，因此在电缆登塔时需要安装1个距地面7m以上的平台（110kV单回路的平台尺寸为8.0m×3.2m；110kV双回路的平台尺寸为2个6.2m×4.6m），这给检修工作带来不便，而且在城市景观道路旁由于征地困难而难以实施。

图3 电缆登塔方案比较

如图3（b）所示，110kV电缆GDZ -110干式高压电缆终端头安装在110kV电缆登杆上，利用干式电缆终端头的诸多优点，取消了电缆登塔时的安装平台以及较为繁琐的导线连接方式，直接利用钢管杆上的横担作为固定电缆点，再利用干式电缆终端头重量轻的特点，直接将其固定在电缆上。该110kV双回路电缆登杆总高为35.5m，呼称高为19.0m，地线横担与导线上横担距离为4.5m，杆身上共设置4层导线横担，间距均为4.0m。

2.3 效益比较

在变电站进线工程中采用GDZ -110kV干式高压电缆终端头登杆后，运行单位对GDZ-110kV干式高压电缆终端头装置的维护及运行状况非常满意，体现了GDZ -110kV干式高压电缆终端头的无油、无瓷、防火、防爆、体积小、质量轻、免维护、污闪电压高等诸多优点，同时也为在道路两侧架空线转换电缆提供了既美观又实用的装置。

110kV干式电缆头登塔装置与110kV双回路电缆登塔装置相比，明显减少了设备费用，同时也节省了征地费用，如表1所示。

表1 两种方案经济费用比较

由表1可知，电缆登杆高度（呼称高）19m，高于电缆登塔高度16m，若基于相同高度比较，经济费用效益更为显著。

3 结论

基于GDZ型干式高压电缆终端头设计的新型登塔装置，在110kV架空、电缆混合线路工程中的应用，不仅克服了充油瓷套管电缆终端头的漏油、易燃、易爆、维护工作量大的缺点，同时节省了电缆登塔占地面积，美化了道路两侧的景观，实现了电缆终端头的免维护，因此具有良好的应用前景。