Проблемы и меры по их устранению для 10-киловольтных газонаполненных (SF₆) общих баковых кольцевых распределительных устройств (европейского стиля) с кабельными соединениями

Проблемы и меры по устранению для 10 кВ SF₆ газонаполненных общих резервуарных секционных шкафов (европейского стиля) с кабельными соединениями

С широким использованием кабельных линий в городских распределительных сетях 10-киловольтные SF₆ газонаполненные общие резервуарные секционные шкафы (RMU) (европейского стиля) широко применяются как узлы сети благодаря своим характеристикам полной изоляции, герметичности, отсутствию необходимости в обслуживании, компактности и гибкости установки. Эти европейские SF₆ общие резервуарные RMU подходят для прибрежных районов с влажным и соленым туманом и обеспечивают высокую надежность эксплуатации.

Недавние отказы RMU показывают, что большинство проблем возникает на точках соединения между кабельными наконечниками RMU и 10-киловольтными кабелями. Это особенно актуально для внутренних и наружных RMU, работающих с большим током и крупносекционными кабелями. При возникновении отказа требуется обесточивание и замена всего RMU, а также повторная установка его кабельного T-образного соединителя. Это существенно влияет на надежность электроснабжения и приводит к значительным экономическим потерям.

Соединение между кабельными наконечниками RMU и 10-киловольтными кабелями является ключевой операционной слабой точкой. В данной статье анализируются существующие проблемы и предлагаются меры по их устранению.

1. Проблемы с общими резервуарными RMU и трехжильными кабельными соединениями

В настоящее время 10-киловольтные SF₆ общие резервуарные RMU (европейского стиля) и их соответствующие кабельные T-образные соединители в основном являются европейскими брендами. Они в основном предназначены для одножильных кабелей, которые легче фиксировать и устанавливать, не создают крутящего момента на кабельных наконечниках, обеспечивают хорошее соприкосновение между терминалом и кабельным наконечником и снижают вероятность тепловых отказов. В отличие от этого, установка трехжильных кабелей значительно сложнее, что приводит к нескольким проблемам, отсутствующим при установке одножильных кабелей:

1. Точка крепления трехжильного кабеля - это внешняя оболочка: отдельные фазы нельзя закрепить независимо. Даже после соединения, собственный вес кабеля или внешние силы могут передавать крутящий момент на участки кабельных наконечников.
2. Выравнивание последовательности фаз требует усилия: при установке трехжильных кабелей выравнивание последовательности фаз часто требует применения усилия до фиксации. После установки внутреннее напряжение от этого скручивания постепенно рассеивается, создавая восстанавливающий момент, действующий на кабельные наконечники.
3. Ограниченная высота кабельного отсека: компактная высота кабельного отсека RMU (предназначенного для одножильных кабелей) ограничивает доступную длину каждой отдельной фазы кабельного сердечника.
4. Ограниченная регулировка после окончания: после опрессовки кабельного наконечника длина установки фиксируется. С короткими отдельными сердечниками (из-за ограничений пространства), которые трудно согнуть, принудительное введение T-образного соединителя часто требует применения чрезмерных усилий толкания, тяги или рычага. Это может повредить кабельные наконечники или вызвать плохой контакт.

2. Меры по устранению

Для решения вышеуказанных проблем можно применить меры, касающиеся самого RMU, T-образных соединителей, практики установки и гражданского основания RMU.

2.1 Секционный шкаф (RMU)

2.1.1 Адекватное увеличение высоты кабельного отсека:
Кабельные отсеки SF₆ общих резервуарных RMU обычно малы (примерно H: 600 мм, W: 350 мм). Это подходит для одножильных кабелей, но делает установку T-образных соединителей, особенно для крупносекционных кабелей (240 мм² или 300 мм²), очень сложной для трехжильных кабелей. Трехветвящийся рукав T-образного соединителя также нуждается в пространстве, оставляя только около 400 мм для кабельных сердечников. Крупносекционные сердечники жесткие, и вместе с ограничениями места правильное позиционирование T-образного соединителя становится сложной задачей.

• Решение: Хотя общие резервуарные RMU стандартизированы, высота установки может быть увеличена с помощью удлиненной базы. Увеличение высоты камеры до примерно 800 мм и обеспечение вертикального расстояния от зажима кабеля до центра высоковольтного кабельного наконечника ≥750 мм позволяет иметь длину сердечников около 600 мм. Это облегчает правильную установку T-образного соединителя. По сути, удлиненная база удлиняет разделяемые однофазные сердечники после разделения трехжильного кабеля, позволяя выполнить соединение, аналогичное одножильным кабелям.
• Преимущества: (1) Значительно снижает крутящий момент на кабельных наконечниках; (2) Увеличивает допуск установки, минимизирует необходимость применения силы; снижает риск утечки газа; (3) Облегчает правильное позиционирование наконечников и стресс-конусов.

2.1.2 Учет проводимости кабельных наконечников при выборе RMU:
Стандартные RMU на 630 А часто имеют болтовые кабельные наконечники с внешним диаметром медной трубки 25 мм и резьбовым отверстием для болтов M16 (площадь проводимости ~289,6 мм²). Фактическая площадь контакта часто меньше из-за допусков на посадку. Когда используются болты из нержавеющей стали (из-за мягкости меди), проводимость зависит только от концевого контакта. Внутри герметичной изоляции теплоотвод плохой. Если контакт наконечника и кабельного наконечника плохой при больших токах (>400 А), возникают тепловые отказы.

• Решение: Для RMU, использующих кабели 240 мм² или 300 мм², работающие при токе >400 А, выбирайте модели с кабельными наконечниками на 800 А (внешний диаметр медной трубки Ø 32 мм) для снижения риска тепловых отказов.

2.1.3 Улучшение мониторинга температуры кабельных наконечников RMU:
Герметичные общие резервуарные RMU нельзя открывать для осмотра. Стандартная инфракрасная термография не может измерять температуру соединений. Добавление контрольных портов нарушает степень защиты IP.

• Решение:
• Регулярные проверки: вручную ощущайте температуру передней панели кабельного отсека для обнаружения перегрева T-образного соединителя.
• Критические узлы: периодически обесточивайте после первоначальной работы с высоким током для осмотра соединений на наличие признаков перегрева.
• Лучшая практика (технология): Установите датчики температуры непосредственно на кабельные наконечники RMU или T-образные соединители для мониторинга температуры в реальном времени.

2.2 Кабельное T-образное соединение

2.2.1 Обеспечение качества проводящих элементов:
Переход на болты из нержавеющей стали делает проводимость зависимой только от концевого контакта, увеличивая требования к конструкции и качеству материала наконечника. Часто встречающиеся проблемы:

Поверхность контакта наконечника слишком узкая/отверстие слишком большое → уменьшенная площадь контакта.

Низкое качество материала наконечника, неравномерное покрытие.

Несоответствие между конусностью отверстия наконечника и двухсторонним болтом → наконечник не может правильно контактировать с кабельным наконечником → проводимость только через болт.

Медная шайба слишком тонкая/маленькая → не обеспечивает параллельный контакт наконечника с кабельным наконечником.

Все это приводит к снижению токовой нагрузки и риску тепловых отказов.

• Решение: Ясно укажите проводящие элементы T-образного соединителя:
• Ширина поверхности контакта наконечника: 25 мм или 32 мм (соответствует площади проводимости кабельного наконечника).
• Материал наконечника: медь T2 (>99,9% Cu, электролитическая, формованная, отожженная). Покрытие оловом или серебром.
• Шайба: большая поверхность, ≥3 мм толщиной, чтобы обеспечить хороший контакт под давлением.

2.2.2 Выбор T-образных соединителей из мягких материалов для облегчения установки:
T-образные соединители из EPDM или жесткого пластика/резины жесткие/хрупкие, трудно регулировать при установке (особенно для крупных сердечников/стресс-конусов/изоляции), и сложно проверить позиционирование. Низкая эластичность/радиальное усилие создает риск долгосрочного разделения интерфейса и следования.

• Решение: Выберите T-образные соединители из силиконовой резины для общих резервуарных RMU. Преимущества: мягкие, эластичные → легкая регулировка позиции; отличное радиальное усилие и равномерность → хорошая герметизация, предотвращает следование; достаточная механическая прочность для камер RMU.

2.3 Практики установки на месте

2.3.1 Защита точки входа кабеля:
Зафиксируйте трехжильный кабель, входящий в RMU, непосредственно под высоковольтными кабельными наконечниками, используя зажим для кабеля. Избегайте наклона или нефиксированного входа кабеля. Нефиксированные кабели создают крутящие и тянущие усилия, потенциально нарушающие целостность кабельного наконечника и уплотнения → утечка SF₆, трещины в кабельных наконечниках, отказы высокого напряжения.

• Позиционируйте сердечники вертикально и симметрично; минимизируйте скручивание.
• Разместите ветвящуюся перчатку и зажим для кабеля как можно ниже (≥750 мм вертикального расстояния от кабельных наконечников).
• Процесс на месте: После протягивания кабеля через основание в камеру, отрежьте поврежденный конец кабеля. Проверьте последовательность фаз. Выровняйте угол входа кабеля, чтобы сердечники были направлены прямо к кабельным наконечникам. Если угол слишком большой, вытащите кабель обратно в траншею/яму, исправьте угол, затем снова введите и зафиксируйте крепко. Двойное фиксирование: Где возможно, добавьте вторую точку крепления (например, балку фиксации в кабельной яме ниже) для дополнительного закрепления внешней оболочки.

2.3.2 Разделение фаз кабеля и подготовка:

1. Зафиксируйте ветвящуюся перчатку кабеля с помощью зажима до обрезки длины сердечников.
2. Выровняйте фазу B с кабельным наконечником B.
3. Незначительно согните фазы A/C наружу у основания, прежде чем выровнять их вертикально с их кабельными наконечниками.
4. Вставьте болт окончания в кабельный наконечник, свободно повесьте наконечник на него.
5. Обрежьте концы сердечников до точной требуемой длины после проверки выравнивания.

• Критически важно: Зафиксируйте кабель до окончательной обрезки. Несоблюдение этого приводит к неодинаковой длине сердечников → напряжение на кабельных наконечниках и плохой контакт.
• Процесс снятия изоляции/очистки:
• Следуйте точно размерам снятия изоляции, указанным производителем T-образного соединителя.
• Избегайте повреждения внутренних слоев при снятии внешних слоев.
• Абсолютно предотвратите продольные царапины на изоляции сердечника → предотвращает внутреннее следование.
• Используйте очистительные бумаги, предоставленные производителем. Избегайте других растворителей, таких как технический спирт.
• Используйте смазку на основе полифторэфира (совместимую с силиконовой резиной). Избегайте силиконового масла → взаимное растворение → высыхание интерфейса → риск следования.

2.3.3 Установка стресс-конуса:

• Убедитесь, что стресс-конус соответствует размеру кабеля → правильная посадка. Слишком тугая: трудная установка, риск растрескивания. Слишком свободная: плохая герметизация, риск поверхностного разряда.
• Позиционируйте строго в соответствии с инструкциями производителя T-образного соединителя (позиции относительно изоляции и сердечника кабеля влияют на контроль стресса и герметизацию). Минимальный допуск.
• Если возможно, установите стресс-конус на вертикальном участке кабеля → обеспечивает лучшую герметизацию.
• Предотвратите повреждение острыми предметами поверхностей из силиконовой резины.
• Нанесите равномерное покрытие совместимой смазки на поверхности посадки.

2.3.4 Обеспечение достаточной площади контакта проводника:
Соединение проводника внутри изоляционного рукава невидимо/трудно проверить. Необходимо обеспечить:

• Поверхность наконечника параллельна проводящей поверхности кабельного наконечника → минимизируется напряжение на кабельном наконечнике.
• Отличный контакт для предотвращения нагрева.
• Опрессовка: Опрессуйте наконечник на сердечник в соответствии с процедурой. Убедитесь, что ориентация поверхности наконечника параллельна плоскости кабельного наконечника. После полного закрытия матрицы опрессовки удерживайте давление в течение 10-15 секунд. Зачистите поверхности. Очистите наконечник и изоляцию сердечника.
• Соединение: Поместите наконечник на болт, вставьте T-образное соединение в кабельный наконечник → убедитесь в параллельном контакте наконечника и кабельного наконечника перед затяжкой.

2.3.5 Обеспечение надежного заземления:
Экранированные T-образные соединители должны быть правильно заземлены с помощью специальных заземляющих колец/проводов, подключенных к заземляющей решетке RMU. Риск при несоблюдении: накопление статического заряда на поверхности → опасность поражения электрическим током.

Поверхностный разряд к ближайшему заземлению → электроэрозия материала.

2.4 Требования к гражданскому основанию RMU

• Основание RMU обычно находится на высоте 300-500 мм над уровнем земли.
• Глубина кабельной ямы ниже основания должна быть ≥800 мм; стремитесь к 1000 мм, если позволяет место.
• Цель: Обеспечивает достаточный радиус изгиба для входа кабеля (особенно для крупных сечений), позволяя почти вертикальный вход → снижает напряжение на кабеле и соединении.