高壓附屬檔案

電纜附屬檔案主要就分三大類，終端、連線頭與塞止接頭。其中終端製造難度大，高新技術含量比電纜本體要高得多，因為電纜整個運行系統中這一部分是個薄弱環節，對其設計製造時要極重視接頭部分的電場分布、溫度分布、壓力分布，絕對消除氣隙，模具設計極複雜，材料配方套用也有難度，因而必須引進高壓XLPE電力電纜附屬檔案生產設備及海纜軟接頭技術等。

發展現狀

近年全球電線電纜市場日趨成熟，電線電纜製造業發展趨緩，增長幅度不大。隨著外部環境的變化和內部競爭的影響，世界電線電纜行業已經進入幾大巨頭壟斷競爭的格局。

根據我國長遠規劃，未來我國的通信事業、電力工業、核電建設、汽車工業、電氣化鐵路和城市軌道交通、艦船及海上石油開採、住宅建設等均將有較大的發展，這些都將為電線電纜行業的發展帶來新的機遇。110～550kV交聯聚乙烯絕緣電力電纜，核電站電纜，大長度海底電力電纜，銅合金接觸線，高壓電纜附屬檔案，500kV大跨越架空導線，低煙、無鹵、阻燃、耐火環保型電纜以及各種電氣產品配套的特種繞阻線等都將成為“十一五”時期主要發展的產品。

我國目前高、中壓交聯電纜生產流水線近百條，比十年前增加了3倍。其中，引進國外成套交聯電纜生產線約六十多條，而且絕大部分是國外同一公司不同年代的產品。交聯電力電纜製造技術有了長足發展，但是電纜附屬檔案發展相對滯後。我國各地高壓和超高壓低下輸電線路中使用的交聯電纜附屬檔案，還是從外國進口，這與我國投入巨大力量開發超高壓交聯電纜的步伐很不協調。我國已在普及使用110kV交聯電纜，220kV交聯電纜已經國產化，但國內能夠製造110kV、220kV高壓電纜附屬檔案（終端和中間接頭）的企業鳳毛麟角，真正能夠生產110kV,220kV電纜附屬檔案所有關鍵部件的只有長沙電纜附屬檔案,並且該公司的產品在全國各地運行歷史也長,也沒有發生質量事故.其它公司都不全,要么就是全組裝(關鍵件一般是進口,如日本住友,比瑞利,耐克森等國外廠家的)。500kV交聯電纜已經製造出成功的樣品，並通過了鑑定，可是我們的電纜附屬檔案國產化還有時日。中國大部分水電站和抽水蓄能電站將採用500kV電纜作為超高壓新引出線，可目前能生產500kV電纜的有特變電工的魯纜公司，中天科技的中天海纜股份有限公司。技術力量強，產品質量好的企業將在競爭中處於有利地位。附屬檔案技術的落後現狀已嚴重製約高壓電纜推廣套用。因此，研製超高壓交聯電纜附屬檔案是我國電纜行業自主技術開發創新任務的當務之急。

分類

電纜附屬檔案主要就分三大類，終端（戶外終端、戶內GIS終端、變壓器油浸終端等）、連線頭（電纜中間接線盒、普通連線盒、絕緣連線盒、連線管及接線端子等）與塞止接頭（充油電纜附屬檔案），交聯電纜由於沒有油，因此交聯電纜附屬檔案只有終端與連線頭。當然如果線路中有交聯電纜與充油電纜的連線，這種過渡接頭可視作為交聯電纜的塞止接頭，目前國內還不存在這種需求。其中終端製造難度大，高新技術含量比電纜本體要高得多，因為電纜整個運行系統中這一部分是個薄弱環節，對其設計製造時要極重視接頭部分的電場分布、溫度分布、壓力分布，絕對消除氣隙，模具設計極複雜，材料配方套用也有難度。國外著名廠家如ABB、BICC、ALCTEL、PIERELLI、古河、住友等在附屬檔案設計製造方面處於國際領先地位，但他們的產品僅隨同電纜本體一起配套供應，並不單獨出售。因而必須引進高壓XLPE電力電纜附屬檔案生產設備及海纜軟接頭技術等。

國外附屬檔案技術動向

戶外終端頭

戶外終端又是終端中的絕大部分，因此可以說，戶外終端是最大數量附屬檔案。戶外終端從套用初期起就選用預製增強元件，即用乙丙橡膠或矽橡膠製作成應力錐，套到處理好的電纜表面上。這種結構是充油電纜環氧增強式結構的延伸。之後安裝瓷套，並把尾管固定，從瓷套頂部灌入矽油（日本）或高粘度聚異丁烯油（歐洲有些國家），為了解決負載變化、氣溫變化而帶來的油熱脹冷縮問題，在瓷套頂部高壓禁止帽區域留有氣隙，由它來調節油位高低。由於油沒有進行去氣處理，加上頂部氣隙存在，勢必降低內絕緣擊穿強度，為此橡膠增強應力錐不能在瓷套內部抬得過高，否則會導致終端內絕緣擊穿。應力錐位置太低造成瓷套內、外絕緣配合不當，瓷套表面電場極不均勻，集中在接地禁止處，因此外絕緣滑閃電壓明顯下降。為了提高終端內絕緣沿電纜表面放電水平，日本在154～220kV終端中也採用了在增強絕緣外部套以環氧元件，用彈簧對增強件施壓，把它頂在環氧件內側，從而增加增強件對電纜絕緣表面的壓力，增加沿電纜表面擊穿電場強度。為了改善瓷套表面滑閃電壓，滿足電性要求，在七十年代末開發275kV終端時，把充油電纜電容錐式終端結構移至交聯電纜上，直到現在275kV及500kV交聯電纜終端仍較多使用這種結構。由於交聯聚乙烯絕緣膨脹係數十倍於金屬，在電纜與預製電容錐之間必須要有緩衝層，不至於電纜膨脹時把預製電容錐脹裂。同時套管中也應充以去氣油，並處於正壓力狀態下。八十年代末，為了使橡膠增強元件（應力錐）用於超高壓終端，套管中絕緣油採取去氣處理，並用壓力箱使終端處於正壓力狀態，由它補充成吸收由於熱脹冷縮而造成終端油不足與過剩。這樣應力錐可以在瓷套中抬高到所需要的位置，改善了瓷套沿面場強，大大提高滑閃電壓。古河公司把橡膠增強件終端套用到420kV戶外終端[。荷蘭275～420kV戶外終端也採用增強式結構。其他公司也採用類似結構。在歐洲一些公司，用一種複合絕緣套管取代瓷套作為外絕緣的隔離件是戶外終端另一種動向，該絕緣套管內芯是玻璃纖維增強的環氧管，外面用防大氣污染的矽橡膠傘裙粘住。與瓷套相比較，它重量輕，易操作，不脆，因而不易損壞。矽橡膠有良好的耐水、耐髒性，並且能防止紫外線及臭氧老化，好的耐漏痕性，在同樣的重污染條件下，它的交流爬電滑閃電壓比瓷套高30%。

變壓器象鼻式終端

GIS終端（即電纜插入全封閉變電站用終端）與電纜插入變壓器的象鼻子終端結構類似，在此一起加以敘述。這二種終端因為外面均有接地外殼，它的電場分布與戶外終端大不相同，電纜集中在高壓禁止處，而不是像戶外終端那樣集中在接地禁止處，沿套管表面的電場分布要比戶外終端好得多。因此不論是110～154kV級，還是275～400kV級，均可採用橡膠增強式結構，二者一般採用環氧套管作為油氣或電纜油與變壓器油隔離件。除了橡膠增強件結構外，有的公司為了使環氧套管表面電場更均勻，在275～500kV級仍然使用油浸電容錐式結構。這二種終端的套管長度遠小於戶外終端，因此內絕緣的要求比戶外終端要求要高，一般均要油充滿整個套管，並由壓力箱或重力供油箱對終端進行供油。對於275kV～500kV電壓等級，通常對油還需要進行去氣處理。這樣的工藝給施工及運行帶來很大麻煩，九十年代中期隨著275kV級預製接頭大量套用，因此很多公司利用接頭技術分別試製出乾式GIS終端頭，並加以套用。 3. 連線頭與絕緣連線頭

七十年代開發的連線頭是用自粘帶繞包方法，它在繞包的絕緣帶之間以及絕緣帶與半導電帶之間有間隙，隨著電壓等級提高，允許的氣泡直徑越來越小，為了在154kV系統下工作而不發生局放，氣泡直徑必須小於150μm，這對於乙丙橡膠自粘帶不可能做到，因而自粘帶繞包接頭不宜用於110～154kV級系統中，我國初期引進的110kV級系統連線頭多次發生擊穿證實了這一點。基於以上原因，八十年代開發了模塑接頭。為了減小帶子厚度，採用可交聯的PE帶子繞包到連線的電纜上，之後加熱、加壓使PE帶子交聯形成整體，做成模塑接頭。可是這種接頭仍然不能避免氣泡，且施工環境要求嚴格，如果繞包周圍環帶不淨化，PE帶子很容易吸塵，雜質帶入連線頭中，造成連線頭的缺陷。加上交聯溫度及時間必須控制操作好，否則也會造成交聯度不足而惡化連線頭性能。我國八十年代中期模塑接頭多次事故充分表明它只能停留在110kV級。儘管歐洲一些公司用模塑法製作了400kV級連線頭，但他們也認為這不是方向。對275kV級及以上的更高電壓系統，外界雜質顆粒必須在100μm以下，日本首先致力於開發性能更好的模鑄連線頭（EMJ）。

製作工藝為：現場對二根電纜剝去外半導電層後，對絕緣表面進行光滑處理，當電纜導體採用壓接連線後，在連線處套上注塑模，現場用小型擠塑機把乾淨電纜料注入，冷卻後用X射線檢查，確認沒有缺陷後進行交聯工藝。這種接頭關鍵工藝是擠塑與交聯。而影響EMJ質量最關鍵的因素是雜質、電纜內半導電錶面及絕緣表面凸出缺陷和氣孔。因此日本進行一系列工藝研究，包括接頭製作環境條件改善、表面處理方法、雜質的檢測以及擠塑硫化工藝的改進，使增強絕緣儘量減少熱應力。從1989年第一回長線路開始套用EMJ後，直到九十年代中期，這種接頭在這階段占據了主導地位，線路中套用大約有1000多個這種接頭。但這種接頭製作周期長，日本報導一迴路3隻接頭需製作一個月；且現場必須要有嚴格工藝控制，這就使EMJ套用難以推廣到較低電壓等級（110～154kV），同時在超高壓長線路安裝敷設要快情況下套用也帶來困難，因此預製接頭（PJ）也就應運而生。它不僅與EMJ有相同的性能，而且安裝時間短（日本報導僅為製作EMJ一半時間），預製件在工廠內通過例行試驗，性能有保證，也不需要熟練的安裝技術工。目前世界各國均在競相開發PJ，從結構上看，它分為整體預製件及環氧、橡膠應力錐三件分體式二種結構。從使用材料角度看，整體預製件又可分為乙丙橡膠（EPR）與矽橡膠二種。為方便安裝，各公司又從不同角度開發不同結構預製件，下面分別加以介紹。⑴ 環氧 乙丙橡膠應力錐三分體式預製接頭

日本依據他們製作戶外終端的技術開發了這種結構。電纜二端按設計長度切割絕緣禁止、絕緣，並對絕緣表面、絕緣禁止表面加以處理，分別套上橡膠應力錐，在被連線的一端電纜同時套入預製環氧，對二段電纜導體進行壓接，之後把環氧件居中，再把橡膠應力錐移至規定位置，並用彈簧加壓，使橡膠應力錐與環氧及電纜表面保持穩定壓力。這種結構至九十年代中期已開始大量套用於275kV長線路中。日本古河公司在丹麥420kV線路中也使用了這種接頭，正在開發500kV級預製接頭。韓國及澳大利亞也有類似的預製連線頭。這種接頭結構複雜，需要多種材料組合而成，但是橡膠預製件結構小，因此不需要大的注橡機。

⑵ 整體橡膠預製件

這種預製件可以用乙丙橡膠也可用矽橡膠製作。它是把高壓禁止、應力錐禁止同時注橡在整體橡膠件中。安裝時，一根電纜的金屬護套或綜合護層要剝切二倍接頭長度，另一根電纜按圖紙剝切電纜護套及絕緣禁止，待二段電纜處理完畢後，把整體預製件套在剝去護套較長的一段電纜上，對二根電纜導體進行壓接，之後再把預製件移至居中，處理接地禁止及外護套即可。義大利pirelli公司在八十年代後期首先把整體預製件接頭套用於中國，之後美國Elasmold公司、Alcatel公司的子公司Euromold以及瑞士也分別在中國使用這種結構的預製件。這種預製接頭價格便宜，安裝簡便，但是預製件在絕緣禁止上來回拖曳容易造成損傷且會帶來新的污染，有可能影響性能，因此又有新的整體預製式結構開發。

⑶ click-fit預製式接頭

由荷蘭NKF公司開發，它的結構與傳統預製式結構基本相同，僅是導體連線採用不可拆卸的插接，阻止電纜導體與絕緣之間相對滑移，解決熱機械應力問題。這種結構預製件不需要在電纜上拖曳，避免帶來新污染源。NKF在介紹該產品時說，這種接頭可在工廠內與二盤電纜相連線後做出廠試驗，之後拔出，電纜及附屬檔案分別固定、包裝好運到工地，在現場直接插入該接頭，現場製作接頭只需半天時間。

⑷ 大擴徑緊湊型整體預製接頭

住友、古河公司為了改善傳統整體預製接頭的弱點，開發了大擴徑整體預製接頭。被連線的二根電纜不需要剝去較長的護套，在現場或在工廠內，預製件擴徑達到150%以上，二段電纜處理好後，若現場擴徑，把預製件擴逕到超過電纜外護套直徑，套在任意一段電纜上，對導體進行壓接，之後把預製件移至中間，拔去擴徑套，調整預製件到規定位置，處理絕緣外禁止及保護外殼即完成接頭製作。這種接頭已用於110kV級，正在使用到220kV級。

⑸ 現場澆鑄液態矽橡膠式整體接頭

德國西門子公司認為預製件擴大到420～500kV級必然導致接頭體積過大，給製造無氣泡預製件工藝及安裝工藝帶來困難，因此它們分別在工廠內先製作一個高壓禁止、二個應力錐矽橡膠預製件，在現場處理好電纜絕緣表面、導體壓接後，把三個預製件移到規定的位置，外面裝置澆鑄模，之後澆鑄液態矽橡膠（與三個預製件為同質材料），它能與三個預製件很好粘合而成整體預製件，同時利用交聯收縮而對電纜表面形成一個均勻面壓，得到良好的電性，。這種接頭已完成420kV型式試驗，從1995年8月開始進行一年預鑑定試驗。

⑹ BMJ接頭

日本三菱電纜公司針對模鑄接頭性能優良，缺點是製作時間太長的特點，開發出大塊模鑄形接頭（Block Molded Joint）。原先現場模鑄形狀的增強絕緣由工廠預製，增強絕緣中有高壓禁止電極，在現場對被連線的二段電纜處理完畢後，把預製可交聯的大塊增強絕緣放在一段電纜上，待導體壓接後，把該增強絕緣放在中間，之後套上模具，加熱、加壓，使該絕緣與電纜表面粘合成一體，尤如EMJ一樣。三菱電纜公司在66kV接頭樣品上取其交界面，從事官能基團、結晶度、密度、X射線分析、性能與EMJ相當。該工藝關鍵是交界面氣泡如何排除問題，三菱公司在導體連線區域設定氣泡從導體中逸出方法，該接頭已完成275kV型式試驗及預鑑定試驗。除了上述各種終端與接頭外，還有其它型式的附屬檔案，例如Alcatel公司終端中不充油，而充SF6氣體；德國F&G（nktcables)公司開發220kV連線盒時，用三個橡膠預製件，而不是整體預製件……。

交聯電纜附屬檔案動態

我國交聯電纜附屬檔案發展經歷了二個階段，即消化吸收階段及自行研製階段。八十年代初，沈纜第一次引進瑞典CCV交聯生產線，與此同時也引進了高壓交聯電纜附屬檔案的部分生產技術，如產品的設計圖紙與橡膠應力錐製造設備。上海電纜研究所與瀋陽電纜廠聯合消化吸收這些技術，1985年仿製的GIS終端與戶外終端通過了型式試驗要求（當時型式試驗尚無20天負荷熱循環試驗）。沈纜廠同時自行研製繞包式接頭及模塑接頭。由於當時國內城市供電仍然以充油電纜為主，交聯電纜尚無大量套用，因此交聯電纜附屬檔案開發趨於緩慢。 1988年開始，上海電纜研究所開始自行研製110kV附屬檔案，由於當時認識水平有限，主要研製了繞包式連線頭，繞包式戶外終端，半預製式戶外終端及GIS終端。1991年又研製了矽橡膠預製制應力錐式戶外終端及GIS終端，並於1992年開始在國內、外線路中安裝運行。 1995年國產110kV交聯電纜的銷售量開始超過進口量，促進了國內高壓電纜附屬檔案的開發，以上纜所技術力量為主的上海三原電纜附屬檔案公司聯合上海電力系統，開始研製三元乙丙橡膠應力錐預製式戶外終端與GIS終端，通過電腦程式對終端電場進行分析，尋求合理結構，並用進口的大型橡膠注射設備，自行研製配方、模具設計及注壓工藝，製作橡膠應力錐預製件。對環氧配方、工藝進行改進，澆鑄出GIS用套管。戶外終端從1996年開始運行，1997年通過國家電線電纜檢測中心及電力部電氣設備檢測中心聯合組織的型式試驗，之後又進行三級逐級雷電衝擊裕度試驗，並於1998年通過國家機械工業部與電力工業部二部產品鑑定。1997年三原公司又與美、日公司合作，生產三元乙丙橡膠整體預製110kV接頭與絕緣接頭，供電力部門套用。至1999年底，三原公司共銷售高壓交聯電纜附屬檔案900餘套，至今仍保持故障率為零的記錄，並榮獲國家部級最高獎項。九十年代瀋陽電纜廠與日本古河合作建立沈古公司，他們也積極從事附屬檔案開發研究，從事三件分體式預製接頭及預製式終端開發工作，目前正在採用矽橡膠整體預製式結構。有些電纜附屬檔案廠也仿造日本結構，進行110kV戶外終端研究工作，但對基礎技術研究不夠，因而尚不能走到自由王國地步。隨著三年城市電網改造進展，各大、中型城市均積極採用220kV交聯電纜線路進入城市中心地區，220kV電纜附屬檔案的需求日趨增多，三原公司與沈古公司均分別從事220kV戶外終端及連線頭的研製工作，沈古公司以古河技術為依託，三原公司在日本住友公司基礎上進行改進。二個公司均通過了IEC推薦的型式試驗。按照IEC推薦檔案，國家電線電纜檢測中心於1999年8月開始在露天試驗場對三原公司附屬檔案進行為期一年的長期負載循環老化試驗。試驗迴路包括二個外終端，一個絕緣接頭及35m的電纜。試驗施加216kV，加壓時間不少於一年。至少半年循環試驗為8小時加熱16小時冷卻。至今為止，冷熱循環及加壓試驗已近半年，試驗良好，預計今年8月份結束試驗。

我國高壓交聯電纜附屬檔案研究展望綜上所述，從國外交聯電纜附屬檔案研究過程來看，終端通常使用預製式與油紙電容錐式；接頭從自粘帶繞包式、模塑式、模鑄接頭到各種式樣的預製式。九十年代我國高壓交聯電纜附屬檔案研究開發瞄準了預製件結構，這一方向是正確的，今後研究方向仍然是預製件的不斷完善與改進。至今國產交聯電纜附屬檔案已經投運2000餘套，1999年國產附屬檔案銷售1000套左右，占據國內市場40～50%左右。由於生產繁忙，因此一些基礎研究跟不上形勢要求。日本早在八十年代末就開始短段套用500kV電纜，為了開發500kV長線路用附屬檔案，從1989年開始進行了4年的基礎研究，取得了成果。EMJ接頭於1995年開始從事老化試驗；預製接頭的基礎研究及改進工作仍在繼續中。因此今後幾年我國交聯電纜附屬檔案首先應加強基礎研究工作，對產品性能有一個完整的了解，為更高電壓等級使用預製接頭創造良好條件。歸納起來，我們認為應加強如下幾方面工作：

1. 加強電場分布研究與材料電性研究附屬檔案設計已不能用簡單公式對電場進行計算，往往用有限元對附屬檔案的電場進行解析，特別是連線頭，它的電場強度高於終端，因此在變化結構，特別是高壓禁止電極形狀、高壓禁止與接地禁止之間的距離，應力錐形狀……等變化時，通過計算機對電場分布應有一詳情了解，綜合預製件與電纜界面、高壓電極表面、應力錐起始點場強分析，尋求合理結構。對所用材料允許設計場強、其擊穿強度均應進行試驗，了解其性能。

2. 對安裝環境及安裝工藝應進行研究接頭性能好壞不僅取決於設計，很大程度上取決於工藝。八十年代末，日本初期套用預製接頭業績並不滿意，解剖所擊穿的預製件，主要有二個因素：電纜絕緣表面處理不好，有劃痕存在，另一個是雜質進入表面，例如人的頭髮進入電纜表面……等造成擊穿。因此日本從三個方面改進附屬檔案的製作。

⑴ 改善施工環境 除了設定施工房外，對房的清潔度及濕度應有要求。

⑵ 開發專用設備 對處理的電纜表面進行檢測，是否有劃痕，它的深度與寬度均有嚴格要求。

⑶ 改善施工工藝，減少污染與缺陷 對220kV終端與接頭仍然可以用不同細度砂皮打光電纜絕緣表面。在開發500kV級附屬檔案時，用砂皮打光仍然不能滿足其凹凸度要求，為此用粗砂皮進行初步處理後用熱塑管進行壓平處理。其效果與砂皮紙處理效果。目前日本正在考慮，在用120目粗砂皮打光之後，直接用熱收縮套進行壓平處理這樣簡單作業，可以取得用1000目砂皮對表面處理效果。半導電層末端表面處理也應受到重視。

3. 開發檢測技術按IEC推薦標準，高壓交聯電纜附屬檔案的預製件必須進行出廠例行試驗，不僅要從事耐壓試驗，而且要進行局放測定。我國對此僅開展一些探索工作，如何測得準確有待研究。

4. 預製件材料的應力鬆弛特性研究為了確保預製件長期運行性能，不僅應了解材料初期性能，長期擴張必定會帶來應力鬆弛，要確保30年後仍能保持所需要的對電纜表面壓力是必須重視的問題。三原公司準備在上面所述內容開展基礎研究工作，歡迎生產高壓交聯電纜製造廠與三原公司合作，為我國高壓交聯電纜及附屬檔案國產化貢獻我們的力量。