高压交联电缆整体预制式异形对接中间接头计算分析

高压交联电缆整体预制式异形对接中间接头计算分析

李春洋

长园电力技术有限公司珠海519085

摘要：本文针对现阶段电网出现了高压交联电缆整体预制式异形对接中间接头，对接头的结构设计，电场分布进行计算，对预制式异形对接中间接头结构可靠性做出来验证。

关键字：预制式异形对接中间接头接头模型电场分布

前言

随着城市建设的飞速发展，越来越多的高压架空线路被地下电缆取代，电缆的结构类型、规格尺寸繁杂多样，随之而来的问题是城市电缆接线方式日趋复杂，为较快的缓解供电压力，满足不同的用电需求，很多新式的附件均有了不同的应用，虽然用量不多，但作用重大，不可缺少。能够将不同截面电缆进行对接的异形对接中间接头就是其中之一。

一、整体预制式异形对接中间接头介绍

由于受电缆制造、运输、敷设以及一些电气技术要求的影响，在电缆线路建设中，电缆不可能使用完整的一根电缆敷设完整个线路，需要将若干段电缆对接起来，而对接的位置就必须使用电缆中间接头进行连接，通常情况下对接的两根电缆是同样规格尺寸的。

随着城市电缆接线方式日趋复杂，很多电缆线路出现新旧电缆对接，以及临时电缆对接的问题，这个时候就可能出现需要对接的两根电缆是不同截面的，异形对接中间接头结构较常规中间接头结构根据复杂，需要考虑的不单是一根电缆与接头的界面配合，而是要考虑两根电缆与接头界面配合再加上两根电缆之间的相互影响。

整体预制式异形对接中间接头顾名思义就是连接的两侧电缆截面不同的中间接头。异形对接接头包含有两种结构，整体预制式和组合式。从电气绝缘性能和安装便利角度，整体预制式均优于组合式，本文64/110kV1×630mm2对接1200mm2规格为例，对接头的电场分布计算进行详细的介绍，以验证整体预制式异形对接中间接头的可靠性。

二、产品结构设计及电场分析

2.1接头结构设计

64/110kV交联电缆整体预制式异形对接中间接头的结构图1，通过将预制接头橡胶主体设计制作成两端异径，中间屏蔽管内部异形的方式，再使用特制的异径连接金具，满足110kV大小截面电缆对接的需求。

图1接头结构图

2.2电场分布的计算

2.2.164/110kV交联电缆整体预制式异形对接中间接头内部场强的电位分布。接头内部电场中，主要计算电缆半导断口处的电场强度分布、电缆主绝缘与接头绝缘界面的电场强度分布、接头应力控制管的电场强度分布。接头电场中高电位为：电缆芯线、连接金具、应力控制管。零电位：电缆绝缘屏蔽、接头屏蔽、接头应力锥。

2.2.2接头有限元分析模型结构形式如图2所示。

图2接头有限元分析模型

2.2.3从图2可以看出，接头的电场是轴对称旋转体结构，包含了七种不同的介质，分别是导体+连接金具、XLPE、电缆绝缘屏蔽、半导应力锥、半导应力管、接头绝缘橡胶和接头半导外屏。

2.2.4接头绝缘的厚度42mm；小径侧内径58mm（630mm2），大径侧内径66mm（1200mm2）施加工作电压64kV来计算接头内部的电场分布。

2.3、设定参数

2.3.1其电场求解可归结为如下的边值问题：

强加电位面：高电位为：电缆导体+连接金具、应力管。零电位：电缆绝缘屏蔽、接头外屏，应力锥。对称边界面及内场和外场的分界面。在不同介质的分界面满足衔接条件。

各种介质的相对介电常数εr选取为：

XLPE：relativepermittivityεr＝2.1

绝缘硅橡胶：relativepermittivityεr＝2.3

2.3.2采用Ansoft-Maxwell2D软件在工程电磁场中的应用，对计算模型采用网格化和对应用网格相结合的方法进行有限元剖分。对于模型整体采用由程序自动考虑几何图形的曲率及线与线的接近程度的智能网格剖分。

2.4、计算说明

2.4.1由于我们所算的接头模型是轴对称的形式，故选择Ansoft二维分析技术-Ansoft二维电场分析，由两部分组成：电缆接头模型的前处理和电缆接头模型的计算和后处理。

2.4.2电缆接头模型的前处理

2.4.3电缆接头模型的计算和后处理

（1）电缆线芯上施加电压64kV时内部电压分布，如图11。等位线分布平缓，无明显的畸变情况。电缆线芯上施加电压64kV时内部电场分布，如图11。接头最大工作场强4.76kV/mm，接头最大工作场强取电缆本体最大工作场强的45%~60%，110kV交联电缆绝缘最大工作场强约为10.1kV/mm，因此接头满足使用要求。

图11

（2）此630对1200异形对接接头，主要是接头应力管的异形内径设计，因此重点分析应力管表面的场强情况。

2.4.4根据有限元的计算结果来看，对于此接头在64kV的电压荷载下，接头内部电场的最大工作场强为4.76kV/mm,应力管表面最大工作场强为2.54kV/mm，满足设计要求，

3结论

3.1整体预制式异形对接中间接头是在等径整体预制式中间接头的基础上进行改进设计，接头保持原有成熟可靠的绝缘强度和安装方法，可最大程度的降低安全风险。

3.2通过采用有限元方式进行对接头的电场分布进行技术，接头内部电场均匀，满足技术要求，因此大小异径对接的主体结构设计是合理的。

3.3整体预制式异形对接接头的安装方法与常规等径接头的安装方式一致，均是采用推拉式结构，但因存在一端直径大、一端直径小，因此安装时因将接头的长端设置在小直径端电缆，短端设置在大直径电缆端，已减小安装时的界面阻力。同时应尽量避免异形接头两侧电缆的截面差距较大，最好只差一个级差，即比如800mm2和630mm2对接，630mm2和400mm2对接等。这样附件容易生产，安装难度少，质量更容易保证。

3.4随着电网建设中电缆线路的日益增长，线路维护、迁改、抢修等情况不可避免的增加，为较快的缓解供电压力，满足不同的用电需求，在处理不同电缆对接时，采用整体预制式异形对接中间接头是一种很好的选择。

参考文献

[1]《电力工程电缆设计规范[S]》.GB50217-2007.

[2]《城市电力电缆线路设计技术规定[S]》.DL/T5221-2005.

[3]《电磁场有限单元法》曾余庚等..北京:科学出版社,1982.

[4]《电缆附件电场有限元计算方法》陈守直.祝丽雯等.高电压技术1996

作者简介

李春洋（1988－），男，本科，从事电力电缆附件设计研发、技术应用管理工作。现就职于长园电力技术有限公司，任技术部经理。