5.5kV中压电能传输系统维护管理技术分析

摘要：20世纪末，我国在特大型桥梁、高速公路、机场、隧道等具有“长距离分散性负荷”特性的供配电系统工程中引入5.5kV中压电能传输系统，由于适用性强、性能优越，该技术得到广泛推广。文章总结近20年中压系统维护经验，对中压传输系统基本结构和工作原理进行了分析，阐述了系统的工作特性及其优缺性，并探讨了中压系统的维护技术和规范。

关键词：中压电能传输系统；中压保护柜；埋地变压器；中间头；终端头；维护管理 文献标识码：A

中图分类号：TM727 文章编号：1009-2374（2016）34-0168-04 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.34.082

按照国家标准将电压等级400V以上的电力系统称为高压系统，400V以下的电力系统称为低压系统，但随着社会和国民经济的发展，以及国外先进技术的引进，逐步形成了将10kV以下400V以上电力系统称为中压系统的概念，特别是近年来，在国内大力发展基础设施建设的背景下，这一系统得到了前所未有的发展。5.5kV中压电能传输系统就是在这样的环境下，从法国欧奇公司引入，由于适用于为“长距离、分散性和负荷较小”的负载特性，加上可靠的性能，目前在我国特大型桥梁、高速公路及隧道等方面得到了广泛应用。因此，为掌握其养护关键技术，提高营运单位养护管理水平，非常有必要对该系统进行基础理论和技术研究。本文总结了个人20年中压系统维护经验，对中压传输系统基本结构和工作原理的进行全面分析，进一步阐述中压系统的工作特性及其优缺点，并着力探讨和研究中压系统的维护技术和规范。

1 中压电能传输系统基本结构、工作原理及设备特性

1.1 中压电能传输系统基本结构

图1 中压传输系统主接线图

从图1可以看出中压电能传输系统供电结构为树型结构且具有可拓展性。特别是在单线路的传输过程中，通过中压三通拓展分支线路，可以对不同地点且不同供电方向的负荷进行供电；对于不同地点但同方向的负荷可通过现场变压器高压输出接头直接接入其他变压器予以供电。中压电能传输系统中主要应用的由三大设备构成：中压保护柜、中压电缆和埋地变压器。

1.2 中压电能传输系统工作原理

变电所通过升压变压器或降压变压器将所用电变为5.5kV的传输电压；通过中压保护柜输出，通过中压传输线路将电能传输至现场变压器（埋地变压器）；再由现场变压器变为负荷所需的供电电压400V，并传输至低压配电箱；最后通过低压配电箱对负荷供电。

1.3 主要设备特性

1.3.1 中压保护柜主要构成（EP11型中压保护柜）：（1）进线隔离单元：实现与降压变压器的完全隔离，保证中压系统安全检修；（2）辅助电源单元：提供控制柜的控制电源；（3）馈电接触器单元：30万次操作的电气寿命确保中压网络的供电，带有熔断器、零序电流和过电流保护装置，实现馈电缆的隔离、接地及短接；（4）母线联络单元：用于两段中压母线的联络；（5）测量单元：测量回路的中压电流和中压电压。

1.3.2 中压保护柜的特性：（1）高操作频率，电气寿命达30万次；（2）配电网络上下级保护具有选择性；（3）保护的灵敏度较高；（4）带有过流、低电压、熔丝熔断和接地保护；（5）带有防误操作联锁装置（防带负荷拉闸、防带电合接地开关、防止操作人员误入带电隔离区）；（6）组合式结构，功能和灵活性较强。

1.3.3 埋地变压器主要构成：

第一，中压侧连接盒（连接终端）。变压器中压侧连接终端为插入式结构，不需要任何特殊工具便可以将中压电缆插入或拔出。终端盒内部注入BIP绝缘液体，可防止水的侵入（其比重大于水），工作可靠。变压器中压侧保护用熔断器也是采用插入式安装，维护方便。

第二，变压器器身。（1）变压器的铁芯采用损耗低的铁磁材料制成，绕组铜耗与短路阻抗较低。变压器绕组内埋有热敏元件，当其过载时，热敏元件作用于低压侧断路器跳闸，从而极其有效地保护变压器；（2）变压器在额定容量的设计上也充分考虑了气体放灯的特性，有效输出容量为其额定容量的80%（按法国标准）。

第三，低压输出装置。变压器的低压输出配有6m长的HO7RNF铜电缆，电缆截面与变压器容量匹配。也可以采用低压插入式连接终端盒，可插入截面面积为25cm2的铜芯电缆。

1.3.4 埋地变压器的主要特性：（1）中压保护采用一体化熔断器，低压侧保护采用热电磁式微型断路器，变压器由埋置在内部的热敏元件作过载保护；（2）插入式连接终端能防渗水，而且安装与维护更加简便；（3）使用防渗水耐腐蚀的环氧树脂外壳极其坚固耐用，防护等级达IP68；（4）特别设计的中压配电网络插入连接方式系统灵活，拓展容易；（5）变压器绕组连接组采用Yzn11接，从而具有耐雷击能力；（6）考虑到气体放灯的特性（尖峰电流和谐波电流），低压侧的保护不采用熔断器而是采用热电磁式微型断路器，电磁式脱扣器电流为50N，瞬时动作，起短路保护；热脱扣器则埋在变压器绕组内部的热敏元件作用起过载保护。这些保护都有密封措施，适合于野外工作。

1.3.5 中压电缆的安装及运行要求：

第一，中压电缆的安装要求：（1）直埋在地下的电缆应使用铣装电缆；（2）直埋电缆的埋直深度在0.7m以上；（3）直埋电缆对建筑物地下基础最小距离为0.3m；（4）电缆直接进入建筑时，应加钢管保护；（5）电缆接头处的铜甲和铅包，应有良好电气连接，两端要用不小于10m2的铜线接地，接地电阻不大于4欧；（6）电缆终端处应挂牌注明型号、电压、截面、使用设备等。

第二，中压电缆的允许运行条件：（1）中压电缆正常运行电压，不应超过电缆额定电压值的15%，备用及不用电缆线路应尽量连接于电力系统上；（2）中压电缆允许负荷，在紧急事故情况下，电缆允许短路过负荷，但过负荷达到15%时，连续运行不允许超过2小时；（3）中压电缆允许运行温度（直埋），表面最高允许温度为50℃；（4）中压电缆长期允许负荷，应按表1所列的经济电流密度来参考；（5）中压电缆绝缘电阻，电缆长度为500m以下者其绝缘不低于400兆欧，长度为500m以上者，绝缘电阻与长度成反比例换算；摇测时应使用2500V以上的摇表，读测绝缘数值应为摇表1分钟以后相对稳定的读数，并根据电缆的长度而增加读取时间；各相绝缘的不平横系数不得大于2.5倍。

2 中压电能传输系统的适用性、优越性和绝限性

2.1 适用性

中压电能传输系统适用于高速公路、特大型桥梁、机场、隧道、地铁和港口等处具有“长距离（20km以内）、大范围、负荷小和负荷分散”特点的场所。因为这些场所对供配电系统的结构和运行要求相当高，供配电设计时主要考虑到以下因素：

2.1.1 配电线路较长。

2.1.2 配电线路上的负载小而分散。

2.1.3 通电瞬间产生的短时冲击电流。

2.1.4 气体放电灯启动期间（4～5分钟）内过电流（1.2In～1.5In）。

2.1.5 保证设备良好运行的允许电压偏差。

2.1.6 电气装置对温度、震动和湿度等环境的

要求。

2.1.7 适应安装供配电设备的有限空间。

2.1.8 负荷及其配件线路的拓展。

2.1.9 长距离分布的电器设备的监控和维护。

2.1.10 工程投资和运营管理费用。

2.2 优越性

综合以上因素和其单体设备的特点中压电能传输系统的优越性体现在以下方面：

2.2.1 中压系统（5.5kV）的配电减少了配电的电缆面积，使得电缆敷设和连接容易，减小了电缆的投资和工程量。电缆截面的选择，主要考虑三个因素：电压损失、发热条件和短路热稳定。在20km的范围内，道路的照明负荷一般不超过500kW，采用中压配电时一般选用3*25mm的电缆即可，当采用10kV配电时，由于10kV的短路容量大，根据热稳定条件，所用截面通常为3*70mm的电缆。

2.2.2 中压保护技术先进，控制简单可靠。对长距离的气体放灯线路保护的运动性、灵敏性、可靠性和稳定性比较好，并备有远程通信接口，可以对线路的运行状态和故障状态进行监测和控制。

2.2.3 中压电能传输系统主接线简单灵活，具有很强的扩展性。

2.2.4 特别设计的埋地变压器具有防护等级高、绝缘性能好和免维护等功能，适应野外恶劣环境工作，特别值得一提的是在水下也能良好工作。

2.2.5 中压电能传输系统的设计思路符合我国电网改造的“小容量、短半径、密补点”的方向发展。

2.3 绝限性

2.3.1 由于中压电能传输系统中电压（5.5kV）等级的原因，配电设备大多都只能采用进口设备，同时增加了配电环节，直接带来的是总体投资成本较高，大约是普通设计方案的1.5倍。

2.3.2 埋地式变压器的额定容量太小，最大只有80kVA，如果某供电点的负荷较大时，必须单独增加变压器，即增加投资，以南京长江二桥为例：沿线共计101台埋地变压器，仅此项投资就近1500万元；另外，如果某处须增加负荷时，首先必须考虑上级控制开关的容量限制，因此在适用范围上存在一定的局限性。只适合于“负荷小而分散”的场所。

2.3.3 由于系统为全套进口产品，维护技术力量缺乏，备品备件需进口，后期维护成本相对较高。

3 中压电能传输系统的维护管理

3.1 中压保护柜的维护

3.1.1 当设备脱载时，必须每六个月检查一次保护柜性能指标，实际用户可根据使用情况决定保养频率。

3.1.2 严格检查安全防范措施到位后，才能进行维护保养。

3.1.3 在季节性的温度最大幅度地上升和下降时，应当进行一次对中压柜进出线连接部分紧固工作。

3.1.4 在重新投入使用前，擦去以前的油脂，清洁所有的绝缘设备，在SF6接触器接触部位涂上一层凡

士林。

3.1.5 每年一次检查需检查进出线及动静触头部位的氧化及配合情况（比如插头夹等）。如果有需要保养，必须在断开进线电源，合上接地开关，做好相应安全措施后进行。

3.2 中压保护柜的常见故障处理

中压保护柜的常见故障处理见表2：3.3 中压电缆的维护

3.3.1 巡查周期。变电所的电缆沟、电缆井、电缆桥架及电缆线路等的巡查，至少每三个月一次。变电所内用户端头的检查可与其他设备同时进行，但每月至少两次。

3.3.2 巡查内容：（1）对敷设在地下的电缆线路，应查看路面是否正常，有无挖掘痕迹及线路标桩是否完整无缺；（2）电缆线路上周围无积水、积灰及堆放杂物；（3）对于通过桥架的电缆，应检查桥架两端电缆情况，是否拉得过紧，保护管线槽有无脱开或锈烂现象，顶层桥架或托盘盖板是否良好；（4）电缆终端头绝缘子完全清洁，引线相色必须与母线相色一致，引线的连接使用卡子与保持坚固无发热现象；（5）电缆沟内的中间接头应检查有无外力损伤及过热现象，干式塑料电缆头应检查表面是否变色及是否有放电痕迹；（6）电缆终端头接地线必须良好，无松动断股现象；（7）电缆终端头不应积水或堆积污物，不允许向沟内排水，沟盖应无损伤，排水管应不堵塞，且电缆支架无损坏；（8）电缆密集的地方无花火、放电现象；（9）做好在巡查中发现的缺陷记录。

3.4 中压电缆中间头制作工艺

3.4.1 严格按照10kV电缆接续施工工艺流程操作施工，确保接续质量和安全。

3.4.2 接续强调电缆接头防潮密封，雨天禁止进行电缆接续施工。

3.4.3 保证在清洁和干燥环境下进行正确使用喷灯，注意防火。

3.4.4 从剥切到制成试验，应不间断操作，尽量缩短线芯的暴露时间，一次完成。

3.4.5 电缆不应受潮，绝缘状况良好。

3.4.6 所有附件规格技术性能应与电缆配套一致。

3.5 中压变压器运行维护

埋地式变压器由中压输出单元、器身、低压输出单元组成。中压输入单元即由压熔丝对中压侧进行保护，低压输出单元即为空气开关为低侧提供保护措施。

3.5.1 中压变压器主体的维护：（1）每月对变压器表面进行除尘和清理，防止灰尘或其他杂物进入设备内部；（2）每两年调换一次防水封口。如果是第一次投入使用的，请沿着封口的相关表面擦净，安装前涂上油脂；（3）每季检查一次蓝色防水液高度；对于缺少的进行加注，对于变质的进行更换，并注意防水液液位控制在合理液位（70%）；（4）每季检查中压电缆终端盒内有无水。若有水，会浮在蓝色液体上面，用一根长约30cm的杆，顶端粘布，把水吸干；（5）每季检查每个固定螺帽是否安装牢靠，低压保护罩上与它外壳的衬垫物完好，接地螺钉与接地极连接良好；（6）每月检查设备运行状况（温度、声音、电流和电压等）。

3.5.2 三相终端的维护：（1）松开安全螺帽；（2）收回10cm终端头，停止20秒（让蓝色防水液流回终端盒）；（3）安全收回终端，把它放在干净的地方，防止受潮；（4）经过以上步骤，可以进行终端的检查和维护工作；（5）安全插入终端时，需慢慢地做，使蓝色防水液不漏出，并检查其是否充满终端；（6）重新紧固安全螺帽。

3.5.3 低压侧空气开关维护：（1）用工具卸下四只固定螺钉；（2）提起衬垫，在其下滑入一把螺丝刀，转动使其不再粘着，让空气进入；（3）检查空气开关及罩内情况正常后合上开关；（4）重新安装时需注意衬垫位置是否到位，螺钉是否固定。

3.5.4 中压侧熔丝维护。换过熔丝后，检查是否有防水封口及其情况；旋紧安全螺帽。

3.5.5 中压系统埋地变压器三相一体化插头的制作安装：

第一，三相一体化插头附件：热缩屏蔽、密封螺母、热熔胶带、带密封套的直接头或90°时接头、密封圈、三相一体化插头管、相线铜接管、带屏蔽网的屏蔽线铜接管、铜螺母及热缩套和紧固线。

第二，三相一体化插头制作安装方法：（1）电缆剥线：相关尺寸必须符合三相一体化插头要求及裸导体20mm、绝缘层70mm、铜屏蔽25mm、钢带10mm、剥线总长度直接型接头350mm、肘型接头340mm；（2）套上热缩管及密封螺母；（3）屏蔽网与铜屏蔽及钢带紧密连接；（4）安放接头、肘接头和三相一体化接头管，将铜接管螺母紧固；（5）缠绕（接续处）热熔胶带，用喷灯热缩保护管；（6）在变压器电缆终端盒内注入400mL大于水的BIP绝缘液体；（7）三相一体化插接头和相位插入终端，拧紧螺母；（8）检查电缆连续性及三相变压器绝缘性；（9）清理现场。

第三，三相一体化插头制作注意事项：（1）检查裸导体剥离长度（20mm），以保证铜接管正好顶住电缆裸线根部；（2）铜接管压接时，应事先将相线和地线位摆放好，以保证相序不颠倒；（3）安装过程中保持清洁，并用抹布和清洁剂擦拭；（4）严格按照组装程序，否则不能保证产品长期运行质量可靠性。

4 结语

中压电能传输系统有着良好的技术性能和广泛的应用领域，但由于受某些条件的制约，特别是受电压（5.5kV）等级的制约，在使用上存在一定的绝限性。另外，引进国外先进技术的目的，是为了转化为自己的先进生产力，而不是一味引用，应当做好开发和转化的工作，以求达到所谓的“以他人之技为我所用”的目的。具体应当做好两方面的工作：一方面加大开发的技术力度，着力研究相应电压等级的国产中压电能传输系统及相应配套设备和技术，使之设备完全国产化；另一方面，加大相应维护管理技术人才的培养，使得该项技术的维护管理更趋成熟，保障系统的长周期安全稳定经济运行。

作者简介：张焱（1972-），男，江苏丹阳人，南京公路发展集团工程技术部副经理，中级工程师（电气），研究方向：电气技术（电气自动化方向）。

（责任编辑：小 燕）