大型水电站500kV电缆终端安装制作工艺研究

大型水电站５００ｋＶ电缆终端
安装制作工艺研究
张智泉　张朝亮　孔雪同
（雅砻江流域水电开发有限公司）
摘　要：某大型水电站５００ｋＶ超高压电缆为单芯、铜导体、交联聚乙烯（简称ＸＬＰＥ）绝缘的５００ｋＶ电力电缆，采用干式结构，主要由上部屏蔽金具、导体连接棒、应力锥、环氧树脂套管、压缩装置等部件构成。

该水电站在厂家现场督导下，克服了工期紧张、施工困难、粉尘污染等难题，圆满完成了５００ｋＶ超高压电缆电缆头的安装制作。

关键词：５００ｋＶ超高压电缆；电缆头；制作工艺
０　引言
某大型水电站位于四川省境内，具有多年调节能力，电站装机容量为３０００ＭＷ（６×５００ＭＷ），多年平均发电量１１０ ６２亿ｋＷ·ｈ。

电站对雅袭江、金沙江下游乃至长江的梯级电站都具显著的补偿作用，是西部水电开发、促进社会经济发展的战略性工程。

该水电站５００ｋＶ电缆为单芯、铜导体、交联聚乙烯（简称ＸＬＰＥ）绝缘的５００ｋＶ电力电缆。

该水电站共设２条５００ｋＶ电缆竖井连接地下主变洞和地面开关站（ＧＩＳ楼）。

６回电缆自主变洞５００ｋＶ电缆层引出，经下平洞分别引入１号电缆竖井（靠近主变洞端部）和２号电缆竖井，再分别沿电缆竖井引上至上平洞。

上平洞与地面开关站５００ｋＶ电缆层连接，该竖井垂直段高差约２５４ｍ。

每个竖井内敷设３回（９根）５００ｋＶ电缆。

１　５００ｋＶ高压电缆终端结构
两河口水电站５００ｋＶ电缆结构主要由导体、内屏蔽层、绝缘层、外屏蔽层、半导电垫层、铝护套和外护套组成。

各部分作用：
（１）铜导体：用于承载传输电流。

（２）半导电带：实现电缆［１］内部的电气连接、热传递、纵向阻水功能。

（３）挤制导体屏蔽层：改善金属电极表面电场分布。

在朝向ＸＬＰＥ绝缘电缆上现成光滑界面，与绝缘紧密接触，克服了绝缘与导体金属无法紧密接触而产生气隙的弱点。

如果没有这层，导体的凹陷、隆起和不规则的情形会产生局部电场应力集中，并显著减小绝缘强度。

（４）绝缘层：将导体与地电极或不同相的导体间彼此电气隔离，能够长期承受工作电压及各种过电压，保证电能输送。

（５）绝缘屏蔽：均匀电场分布。

在朝向ＸＬＰＥ绝缘电缆上现成光滑界面，与绝缘紧密接触。

（６）半导电垫层（缓冲层和纵向阻水层）：绝缘半导电屏蔽与金属屏蔽层或金属护套保持电气上接触良好，并满足补偿电缆运行中热膨胀要求；实现导电性能的连续性，起到缓冲和纵向阻水的作用，即防止金属护套生产过程中对屏蔽的磕碰伤、烫伤等，由此保护了屏蔽，又防止水分进入，避免水分的产生。

（７）皱纹金属护套：皱纹金属护套是电缆必不可少的结构，有如下几个作用：皱纹金属屏蔽，起到很好的屏蔽作用；能承载短路电流和运行接地电流，起到径向防水作用；防止电缆主绝缘进水受潮，保护绝缘线芯不受外力损坏起到保护作用。

（８）防腐层：用于保护电缆绝缘层在敷设和运行过程中免收机械损伤和各种环境因素的破坏，以保持长时稳定的电气性能。

（９）外护套：可复合阻燃、防水、防腐蚀等能力的保护层。

两河口水电站５００ｋＶ电缆截面结构，如图１所示。

该水电站５００ｋＶ电缆终端主要由上部屏蔽金具、导体连接棒、应力锥、环氧树脂套管、压缩装置等部件构成，如图２所示。

其特点如下：
（１）采用完全干式结构，终端无需添加绝缘浇注剂，维护简便，避免漏油。

图１
　５００ｋＶ
高压电缆结构图图２
　５００ｋＶ干式电缆终端结构图（２）采用进口的白色环氧树脂材料，便于异物管理。

（３）该环氧树脂的Ｔｇ比普通环氧树脂高１０℃，具有更好的耐热性。

（４）应力锥采用辅以压缩装置，保证面压维持稳定。

（５）采用半导电层模塑工艺，提高产品性能。

（
６）多点接触带设计可承载大电流。

（７）绝缘部件已在工厂预制成型，简化现场安装工序。

２　５００ｋＶ电缆终端安装制作工艺
电缆终端是５
００ｋＶ电缆系统［２ ３］
的关键部件。

该水电站电缆终端采用现场制作安装方式，因此安装场地的湿度和洁净度对绝缘性能影响很大，一旦有杂质、气隙等，极易造成电缆终端发生故障。

由于该水电站Ｇ
ＩＳ楼及地下厂房安装时期通风不畅，且持续存在交叉作业，难以控制空气中的湿度和粉尘。

因此施工时要搭建洁净棚，使用吸湿器、热风干燥等设备对
施工环境的洁净度、温度、湿度进行严格控制，为电缆终端的制作提供一个合格的环境。

该水电站的５００ｋＶ电缆终端两端均与ＧＩＳ设备连接，封闭在ＳＦ６气体中。

主变压器洞电缆层与ＧＩＳ楼地面电缆层的电缆终端采用同一规格的电缆终端。

主变压器室（侧端）的电缆终端为水平布置，ＧＩＳ楼电缆层（上端）的电缆终端为垂直布置。

该水电站的５
００ｋＶ电缆终端制作工艺如下：（１）电缆预切断（以ＧＩＳ终端为例）
首先将电缆竖起，并用固定夹预固定。

在竖起并固定电缆时，弯曲部分应满足电缆弯曲半径要求。

同时预留切断５００ｍｍ切断电缆，切断位置以环氧树脂套管下沿为基准点。

（２）外护套及铝护套剥离
工作前根据现场实际情况确认剥离长度。

依次用专用工具将电缆的外皮按规定的长度剥开第一层外护套层，紧接着剥开波纹铝护套，在使用手锯剥离铝波纹护套的过程中，注意勿损伤电缆的内层，把握好力度。

绕包缓冲层剥离到距离铝波纹护套／铅护套３０ｍｍ的位置。

（３）加热整直
在将外护套及铝护套剥离后，应对电缆内部铜导体、主绝缘等进行加热整直校正。

首先在半导电阻水带上缠绕锡箔纸，在电缆中央部位用胶带粘贴２块热电偶，粘贴完成后在外层缠绕电热带、锡箔纸，如图３所示。

对缠绕固定完成后的电缆控制温度进行加热，对于电缆绝缘层应将加热温度控制在８
５℃并持续８ｈ以上；对于电缆外护套应将加热温度控制在６５℃并持续８ｈ以上。

加热完成后使用角钢或角铝固定电缆，并保持平直８ｈ以上，自然冷却。

（４）外部半导电层剥离和绝缘打磨
首先剥离半导电阻水带到距离皱纹铝套２０ｍｍ的位置。

确认实际电缆切断尺寸，对多余电缆进行切断
处理。

注意应测量电缆的切断长度并记入检查表，确认其在组装图所示的误差范围内。

剥离外部半导电层，确认外部半导电层剥离后的绝缘外径，并将绝缘体端部过渡处切削为铅笔头状。

后对绝缘体进行平滑打磨处理，依次按照砂纸型号（＃２４０→＃４００→＃
６００）对电缆主绝缘进行打磨，打磨时应采用清洁巾与无水酒精进行清洁，完成后确认
打磨后的绝缘体外径满足要求。

（５）导体引出棒压缩
将导体引出棒完全套入导体，并在导体上对应导体引出棒端部的位置做标记，对导体引出棒进行压缩。

根据压缩前后标记的位置确认导体引出棒无插入不足现象。

压缩所产生的毛刺要用平挫去除，并将铜屑清扫干净，如图４所示。

图３
加热整直图４
　压缩导体引出棒 （６）半导电层模塑
首先从电缆端部开始缠绕半导电ＰＥ带（采用１
／２覆盖、缠绕１个来回）。

取一个模塑热缩管套入电缆，使用电吹风从中央向两端收缩，模塑热缩管两端部保持张口，不要缩紧。

第一个模塑热缩管完全缩紧后，取第二个模塑热缩管套入电缆，在第一个模塑热缩管缩紧位置进行收缩，两个模塑热缩管相叠加，并在外部卷缠锡箔纸。

卷缠完成后将热电偶放置在热缩
管中间位置，检测锡箔纸中心的实际温度，依次不叠加单方向卷缠锡箔纸、电热带。

最后用保温垫包裹电热带开始加热，控制热电偶的温度在１
４０～１５０℃的范围内，同时记录热电偶温度计的温度，当温度到达１４５℃并保持稳定后，计时加热４５ｍｉｎ。

加热完毕后，去除保温垫、加热带，自然冷却到５０℃以下，如图５所示。

图５
　半导电ＰＥ胶带模塑
（７）屏蔽处理
确认模塑后绝缘体表面无损伤和异物。

如有异物
时，使用纸巾和酒精清洗。

测量绝缘体外径并记录。

在规定尺寸处卷缠白色ＰＶＣ标记胶带。

进行内部屏蔽处理。

卷缠半导电Ｃ带（
１／２覆盖，单方向，从皱纹铝护套根部到距离外导模塑顶端１
５５ｍｍ的位置）；卷缠屏蔽金属网（
１／２覆盖，单方向，从喉箍扎紧处到距离外导模塑顶端１
６５ｍｍ的位置）；卷缠粘性ＰＶＣ带（
１／２覆盖，１个往复，距离皱纹铝护套端部３０ｍｍ的位置到距离外导模塑顶端１
６０ｍｍ的位置）；在距离导体引出棒上端规定的位置处缠绕白色粘性ＰＶＣ带，并用保鲜膜对电缆进行临时防护，如图６所示。

图６
　屏蔽处理（８）部件预安装
首先将保护金具、压缩装置和应力锥托套入，压
缩金具和应力锥托内径较大，套入前不必进行涂抹硅脂进行润滑，压缩金具位于应力锥托的下方，用来托起应力锥托。

将应力锥用沾有酒精的洁净纸内外擦拭并用热风机吹干内外水分，同时将主绝缘的表面使用洁净纸擦拭干净，在主绝缘表面均匀涂抹一层润滑硅脂，使得应力锥在套入的过程中起到润滑作用，防止应力锥与主绝缘产生摩损，应力锥套紧后，用洁净纸擦去多余的硅脂。

采用相同方法将制动环套入应力锥上部。

接下来用保鲜膜将主绝缘梯形面之下至压缩金具之间部分包裹住，起到了隔绝环境保护的作用，如
图７
所示。

图７
　部件预安装应力锥内径小于绝缘体外径，其目的是为了安装
应力锥的过程中使应力锥产生微小形变，使其更好地进行固定。

之后使用Ｓ
Ｎ绝缘自粘带将主绝缘梯形面至导体引出棒与铜导体压紧部分采用“１／２覆盖，３个往复”的方式进行缠紧，形成一个锥体形状，其下部直径不能
超过主绝缘梯形面直径，然后在使用粘性ＰＶＣ胶带，采用“１／２个覆盖，一个往复”的方法缠绕在Ｓ
Ｎ绝缘自粘带所形成的锥体中间位置，以起到紧固Ｓ
Ｎ绝缘自粘带的作用。

Ｓ
Ｎ绝缘自粘带主要起绝缘、密封、防漏气、防灰尘等作用。

（９）环氧树脂套管及部件安装
套管安装前应清洁制动环，制动环与应力锥的接触面上涂抹硅脂。

将制动环与应力锥贴紧，多余出来的硅脂须用纸巾清洁干净，并去除导体引出棒上的保
护粘性Ｐ
ＶＣ带。

注意电缆容许弯曲半径的同时，将电缆头插入环
氧树脂套管（出厂前，环氧套管、法兰、绝缘筒和中间法兰已组装完成）。

在套管另一侧观察导体引出棒的前端，径直插入电缆。

一旦导体引出棒露出头来，抓住导体引出棒的前端移动电缆到指定位置。

测量导体引出棒前端到环氧套管前端的距离，确认其在组装图要求范围内。

套管安装完成后即可进行剩余部件安装固定。

首先将轴Ｃ插入压缩金具下部法兰，一共１２根，其中对称的两根插入环氧树脂套管底部法兰用以连接时进行定位，使用木棒将压缩金具顶起以连接环氧树脂套管，上紧两部分连接螺栓。

因上部已预留所设定的导体引出棒长度，到此即完成了应力锥、环氧树脂套管和压缩金具的连接工作。

取２根镀锡软铜编组线，一端压接端子压接，将压接端子对称安装到轴Ｃ上。

将镀锡软铜编组线另一端分别与屏蔽金属网一起，用喉箍固定在皱纹铝护套上。

在皱纹铝护套上卷缠绝缘自粘胶带，使皱纹铝护套的外径与保护金具的内径吻合。

在密封圈（Ｐ８０）表面薄薄的抹上一层硅脂，与上部金具一起，小心的套入导体引出棒。

用６个内六角螺栓将上部金具连接到环氧套管上，再用６个内六角螺栓将导体固定金具安装到上部金具上。

通过内六角螺栓调整导体固定金具上表面到导体引出棒前端的距离，测量并确认其在组装图要求范围内，并用内六角固定防松螺母，最后将上部连接金具连接到导体引出棒上。

清洁保护金具的法兰面，薄涂一层硅脂到密封圈上，将其压入到保护金具的密封槽中。

套上保护金具，使之与压缩金具接合，以规定力矩对角均匀上紧螺栓。

用屏蔽金属网将皱纹铝护套凹陷处填平处理，并使用镀锡软铜线将保护金具上的镀锡软铜编组线固定到皱纹铝护套上（缠绕２周），最后将喉箍把镀锡软铜编组线紧压在屏蔽金属网上。

（１０）电缆终端进仓及防蚀处理
将做好的电缆终端头通过吊链、电动葫芦、滑车等专用工器具吊装到ＧＩＳ电缆仓内并与仓内的导体通过软连接连接好，做好密封处理。

并在保护金具底端对铝护套、喉箍等做防蚀处理。

依次从内到外卷缠绝缘自粘带、玻璃带、绝缘自粘带、防水带，卷缠完毕后使用电吹风将热缩套管从中间到两端加热收缩，最后在热缩管的两端缠绕粘性ＰＶＣ带。

至此，电缆终端组装完成。

３　结束语
该水电站５００ｋＶ电缆终端制作在厂家现场督导下，采用搭设洁净棚、穿戴洁净服，辅以吸湿器、热风干燥等设备净化了现场安装环境，并在安装制作过程中严格遵守工艺流程，克服了工期紧张、施工困难、粉尘污染等难题，使５００ｋＶ电缆系统高质量、高标准完成安装，为该水电站首批机组按期投产发电打下了良好的基础。

同时该水电站５００ｋＶ干式电缆终端的制作安装工艺亦为我国积累了宝贵的经验。

参考文献
［１］　叶灵，刘剑．官地水电站５００ｋＶ交联聚乙烯电缆的安装与试验［Ｊ］．四川水力发电，２０１２，３１（５）：２８
３０．
［２］　秦荔．高压电缆安装及电缆头制作工艺［Ｊ］．科技创新与应用，２０１２（２２）：１１３．
［３］　杨东．５００ｋＶ国产ＸＬＰＥ电缆选型及应用实践［Ｊ］．水电与抽水蓄能，２０２０，６（６）：１１３ １１６，１２０．
（收稿日期：２０２２ １２ １５）。