中壓電纜用可分離連接器，一般用來把電纜連接到氣體絕緣組合電器設(shè)備（gas insulated switchgear, GIS）開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜、電纜分接箱、變壓器等全封閉電器設(shè)備上，故也可稱其為設(shè)備終端，俗稱電纜插拔頭。

按其外形及應(yīng)用接口類型可將其分為兩大類，即外錐式（outside cone）及內(nèi)錐式（inside cone）。其中，外錐式可被分為肘型可分離連接器、直型可分離連接器、T型可分離連接器（包括與其配套的擴(kuò)延式可分離連接器）等3大類。

外錐式可分離連接器的接口尺寸標(biāo)準(zhǔn)可被分為歐式（滿足歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50180或EN50181）、美式（滿足美國標(biāo)準(zhǔn)IEEE 386）兩大類。而內(nèi)錐式可分離連接器的接口尺寸標(biāo)準(zhǔn)，均需滿足歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 50180或EN 50181。

在配電系統(tǒng)的各種全封閉組合電器中，中壓電纜可分離連接器的應(yīng)用十分廣泛，其本體質(zhì)量及安裝質(zhì)量對配電電纜系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。然而，當(dāng)很多用戶進(jìn)行現(xiàn)場交接試驗(yàn)時，仍然存在一些技術(shù)細(xì)節(jié)上的缺失，使產(chǎn)品質(zhì)量問題無法得到有效排查，從而引發(fā)事故，或者由于操作瑕疵而把合格產(chǎn)品誤判為不合格。目前為止對這一關(guān)鍵問題的理論探討基本屬于空白。

本文著重探討安裝有外錐式可分離連接器、配電用橡塑電纜的現(xiàn)場交接試驗(yàn)方法及注意事項(xiàng)，并且進(jìn)行了詳細(xì)的理論推導(dǎo)及建模分析。以在國內(nèi)更具代表性的歐式可分離連接器為例進(jìn)行了相關(guān)討論。涉及美式可分離連接器的交接試驗(yàn)，可參考本文介紹的方法。

1 關(guān)于橡塑電纜的交接試驗(yàn)

1.1 橡塑電纜交接試驗(yàn)的技術(shù)要求

對于中壓配電電纜的交接試驗(yàn)技術(shù)要求，可以依照的國內(nèi)、國際標(biāo)準(zhǔn)較多。本文涉及4類標(biāo)準(zhǔn)，即IEC標(biāo)準(zhǔn)、中國國家標(biāo)準(zhǔn)、電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

電纜可分離連接器所適用的電纜，通常是橡塑電纜（即擠包絕緣電力電纜）。不同標(biāo)準(zhǔn)對橡塑電纜主絕緣交接試驗(yàn)的要求見表1。表1中所列舉的電纜電壓等級，系在中國電力系統(tǒng)中常見的8.7/ 10kV以及26/35kV。其他不常用的電壓等級，如6/10kV、12/20kV、18/30kV、21/35kV等，并未逐一列出。

從表1可以看出：

• 1）對于8.7/10kV的電纜系統(tǒng)，單相交流測試電壓最高可達(dá)21.8kV，0.1Hz超低頻試驗(yàn)電壓高達(dá)26.1kV，其直流測試電壓水平更可高達(dá)34.8kV。
• 2）對于26/35kV的電纜系統(tǒng)，交流測試電壓最高達(dá)52kV。

如果選用較高的測試電壓，在交接試驗(yàn)時就需要注意一些細(xì)節(jié)問題。

表1 各標(biāo)準(zhǔn)對橡塑電纜主絕緣交接試驗(yàn)的要求

1.2 電纜可分離連接器交接試驗(yàn)的現(xiàn)有技術(shù)情況

對涉及電纜可分離連接器的中壓配電電纜的交接試驗(yàn)而言，用戶目前普遍采用的試驗(yàn)安裝方式有以下3種。

• 1）在電纜端頭僅安裝電纜適配器，不安裝插拔頭主體（靴套）。本方式無法檢測插拔頭主體。
• 2）安裝插拔頭主體，但不將主體可靠連接在電纜上。本方式更容易出現(xiàn)試驗(yàn)失敗的情況。
• 3）把電纜插拔頭連接到設(shè)備接口上，處于正常電氣工作狀態(tài)。本方式不能單獨(dú)對電纜系統(tǒng)進(jìn)行測試。

2 可分離連接器交接試驗(yàn)涉及的問題

2.1 一起可分離連接器交接試驗(yàn)故障的描述

公司于2016年5月接到某客戶反饋：湖北武漢某10kV環(huán)網(wǎng)柜配套的630A歐式插拔式前接頭，未通過現(xiàn)場交接試驗(yàn)，要求公司派員協(xié)助解決。其配套電纜型號為YJV22-8.7/10kV 3×120。公司售后服務(wù)工程師及時趕到現(xiàn)場，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場已做好3組插拔頭，其中先進(jìn)行交接試驗(yàn)的1組出現(xiàn)了問題，其余2組尚未進(jìn)行試驗(yàn)。用戶決定先行處理本次試驗(yàn)故障，查找到故障原因后再繼續(xù)試驗(yàn)。

公司售后服務(wù)工程師從以下6個方面進(jìn)行了調(diào)查。

1）試驗(yàn)失敗產(chǎn)品的外觀檢查

當(dāng)檢查出現(xiàn)試驗(yàn)故障的產(chǎn)品時，發(fā)現(xiàn)插拔頭主體（靴套）內(nèi)腔與電纜適配器的安裝配合處均出現(xiàn)過明顯放電現(xiàn)象，如圖1所示，內(nèi)腔潤滑脂留有較多黑色放電痕跡。從電纜上拆除適配器后，在適配器與電纜絕緣的界面未發(fā)現(xiàn)明顯放電痕跡，如圖2所示。

圖1 插拔頭主體

2）試驗(yàn)方法的調(diào)查

現(xiàn)場線路布置如圖3所示。用戶現(xiàn)場負(fù)責(zé)交接試驗(yàn)的工程師介紹：從電纜線路另一端的冷縮終端處施加測試電壓，分相測試，單相測試時其他兩相的電纜導(dǎo)體均作接地處理。測試電壓為交流21.8kV（等于2.5U0）。確認(rèn)其試驗(yàn)電壓符合國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW 11316—2014中規(guī)定的交流耐壓要求（見表1）。

圖2 電纜適配器

圖3 交接試驗(yàn)電纜現(xiàn)場線路布置圖

3）可分離連接器的裝配狀態(tài)

GB 50150—2016的第三章規(guī)定：“進(jìn)行絕緣試驗(yàn)時，除制造廠裝配的成套設(shè)備外，宜將連接在一起的各種設(shè)備分離，單獨(dú)試驗(yàn)?！边@就要求在交接試驗(yàn)時，電纜可分離連接器最好能與設(shè)備接口處于分離狀態(tài)。經(jīng)詢問現(xiàn)場交接試驗(yàn)工程師，得知測試時冷縮終端以及插拔頭被分別安裝在電纜兩端（如圖3所示），且均與其他設(shè)備處于電氣脫離的狀態(tài)，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4）產(chǎn)品規(guī)格的匹配

現(xiàn)場測量電纜絕緣的直徑，3根纜芯絕緣直徑分別為23.5mm、23.5mm和23.6mm。測量電纜適配器的內(nèi)徑，均為20.5mm。電纜絕緣直徑尺寸與適配器規(guī)格相符合[15]。

5）電纜剝切尺寸及剝切工藝檢查

現(xiàn)場檢查所有剝切尺寸，并檢查電纜表面處理的效果，基本合格，即表面光滑，無刀痕。

6）出廠試驗(yàn)記錄

按照現(xiàn)場找到的可分離連接器合格證，將其編號發(fā)給公司質(zhì)檢工程師調(diào)閱出廠試驗(yàn)記錄，證實(shí)出廠試驗(yàn)記錄完備，各試驗(yàn)項(xiàng)目指標(biāo)合格。

2.2 故障分析

綜合前面所進(jìn)行的6方面的調(diào)查，公司技術(shù)人員認(rèn)為裝配問題應(yīng)該是本次試驗(yàn)故障的主要原因：①試驗(yàn)前，插拔頭未被裝配在設(shè)備的環(huán)氧套管接口上；②插拔頭的主體與電纜之間并未作有效固定；③其主體（靴套）會滑脫移位（如圖4所示），使產(chǎn)品處于不可靠的電氣狀態(tài)，從而導(dǎo)致試驗(yàn)失敗。故障機(jī)理分析詳見第3章。

圖4 主體移位

2.3 現(xiàn)場解決方案

公司售后服務(wù)工程師與現(xiàn)場交接試驗(yàn)工程師溝通協(xié)商后，決定施行以下措施：

• 1）現(xiàn)場未通過交接試驗(yàn)的產(chǎn)品，由公司予以調(diào)換。
• 2）由公司提供試驗(yàn)用套管，確保插拔頭主體（靴套）能夠穩(wěn)妥地與電纜固定在一起接受測試（如圖5所示），插拔頭所有組件均被完整安裝，以確保產(chǎn)品處于可靠的電氣狀態(tài)。

圖5 正常安裝

經(jīng)過上述措施，現(xiàn)場所有插拔頭均順利通過測試。用戶問題得到了及時解決。

3 可分離連接器交接試驗(yàn)故障的理論分析

對于此次現(xiàn)場試驗(yàn)故障，需要進(jìn)行深入的理論分析。追根溯源，可以對以后的工作提供扎實(shí)的理論依據(jù)。對于故障機(jī)理，可以通過電場仿真軟件進(jìn)行模擬并分析比對。

3.1 故障機(jī)理的理論推導(dǎo)

正常安裝的可分離連接器由雙頭螺栓和環(huán)氧堵塞固定在電纜導(dǎo)體的接線端子上，如圖5所示。

而圖4所示的可分離連接器主體未被可靠連接在電纜上，主體內(nèi)側(cè)的高壓屏蔽電極未與接線端子可靠連接。若在電纜另一端施加試驗(yàn)電壓UT，則接線端子的電勢為UT，主體的外表面因接地而電勢為零。此時，主體內(nèi)側(cè)高壓屏蔽電極的電勢應(yīng)當(dāng)介于試驗(yàn)電壓UT與零電位之間（即處于懸浮電位），而主體內(nèi)側(cè)的高壓屏蔽電極與接線端子之間存在的電勢差，會使得二者之間的空氣產(chǎn)生持續(xù)放電，進(jìn)而導(dǎo)致試驗(yàn)失敗。

可建立數(shù)學(xué)模型，并運(yùn)用Ansys電場分析手段來驗(yàn)證以上的理論推導(dǎo)。

3.2 仿真模型的建立

以10kV電纜配套的630A T型可分離連接器為例，分3種情況建立計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（computer aided design, CAD）模型，以供電場仿真軟件分析。

1）僅安裝電纜適配器及其電勢、電場云圖，如圖6所示。

圖6 僅安裝電纜適配器及其電勢、電場云圖

2）安裝插拔頭主體，但未將主體可靠連接在電纜上，插拔頭主體可以自由滑動，因而極易產(chǎn)生移位，如圖7所示。這里的模型將移位設(shè)定為33mm，導(dǎo)體接線端子與插拔頭內(nèi)部的高壓屏蔽電極處于脫離狀態(tài)。

圖7 插拔頭主體出現(xiàn)移位及其電勢、電場云圖

3）將插拔頭可靠安裝在設(shè)備接口上（或者試驗(yàn)工裝上），如圖8所示。

3.3 仿真過程及仿真結(jié)果

運(yùn)用Ansys軟件的電場分析模塊，對各CAD模型進(jìn)行系統(tǒng)化的模擬分析。

仿真條件：仿真電壓為21.75kV；交聯(lián)聚乙烯絕緣層介電系數(shù)為2.2；三元乙丙橡膠絕緣層介電系數(shù)為2.5；空氣介電系數(shù)為1.0。

圖8 插拔頭正常安裝及其電勢、電場云圖

1）僅安裝電纜適配器（不安裝插拔頭主體）。

如圖6所示，從Ansys軟件的仿真結(jié)果來看：在21.75kV的仿真電壓下，電纜適配器外部空氣的最高場強(qiáng)出現(xiàn)在適配器應(yīng)力錐的端點(diǎn)處，為2.9kV/mm，略低于空氣的起始放電場強(qiáng)3.0kV/mm。這說明在系統(tǒng)沒有明顯故障的前提下，單獨(dú)在電纜上安裝適配器是可以通過交接試驗(yàn)的。

2）安裝插拔頭主體，但未將主體可靠連接在電纜上。

如圖7所示，從Ansys軟件的仿真結(jié)果來看：在21.75kV的仿真電壓下，電纜適配器外部空氣的最高場強(qiáng)出現(xiàn)在適配器應(yīng)力錐的端點(diǎn)處，為2.3kV/mm；另外一個較高場強(qiáng)點(diǎn)在主體外屏蔽層的下端，為2.4kV/mm，低于空氣的起始放電場強(qiáng)3.0kV/mm。

空氣最高場強(qiáng)出現(xiàn)在插拔件主體內(nèi)部，接線端子下部的空氣場強(qiáng)高達(dá)4.1kV/mm。而電纜適配器頂端與電纜絕緣結(jié)合點(diǎn)的空氣場強(qiáng)也高達(dá)3.1kV/mm；這兩處的空氣場強(qiáng)均高于空氣的起始放電場強(qiáng)。

仿真結(jié)果說明：當(dāng)插拔件主體出現(xiàn)明顯的滑脫移位現(xiàn)象時進(jìn)行交接試驗(yàn)，其內(nèi)腔極易出現(xiàn)空氣放電現(xiàn)象，并造成耐壓試驗(yàn)失敗。

3）將插拔頭可靠安裝在設(shè)備接口上（或者試驗(yàn)工裝上），處于正常的工作狀態(tài)。

如圖8所示，從Ansys軟件的仿真結(jié)果來看：在21.75kV的仿真電壓下，插拔頭內(nèi)部的空氣場強(qiáng)極低。接線端子表面的最高場強(qiáng)不超過0.3kV/mm，電纜適配器頂端與電纜絕緣的結(jié)合點(diǎn)的空氣場強(qiáng)不超過0.01kV/mm，電纜適配器頂端與插拔頭主體內(nèi)腔的結(jié)合點(diǎn)空氣場強(qiáng)不超過0.01kV/mm。這說明，對于正常安裝的合格產(chǎn)品，在進(jìn)行交接試驗(yàn)時，不會在插拔頭內(nèi)部空氣中產(chǎn)生放電。

4 推薦的交接試驗(yàn)方式

綜上所述，可以對不同的交接試驗(yàn)方式進(jìn)行比較，確定一種可靠的方式。

4.1 交接試驗(yàn)方式對比

對于涉及可分離連接器的交接試驗(yàn)通常有如下4種操作方式。

• 1）僅安裝電纜適配器（不安裝插拔頭主體）。此種操作，相當(dāng)于把電纜適配器作為一個臨時的戶外終端，僅能對相關(guān)電纜的絕緣性能進(jìn)行檢測，而無法對插拔頭主體進(jìn)行電氣檢測。
• 2）安裝插拔頭主體，但未將主體可靠連接在電纜上。此種操作，即前文第2節(jié)中的試驗(yàn)故障案例，容易出現(xiàn)主體滑脫移位、耐壓無法通過的情況。
• 3）將電纜插拔頭連接到設(shè)備接口上，處于正常的電氣工作狀態(tài)。這樣進(jìn)行交接試驗(yàn)，相當(dāng)于把電纜和設(shè)備作為一個系統(tǒng)來進(jìn)行測試，可以對電纜插拔頭進(jìn)行有效的電氣測試。但是如若出現(xiàn)試驗(yàn)故障，則需要進(jìn)行故障定位，具體區(qū)分是電纜故障還是設(shè)備的故障，這無形中會增加許多工作量。
• 4）引入合適的試驗(yàn)工裝。在電纜與設(shè)備完全脫離的情況下，如果引入合適的試驗(yàn)工裝，就可以保證電纜插拔頭主體（靴套）能夠穩(wěn)妥地與電纜固定在一起接受測試。插拔頭所有組件均被完整安裝，以確保產(chǎn)品處于可靠的電氣狀態(tài)。

上述4種可分離連接器交接試驗(yàn)操作方式的優(yōu)勢和劣勢對比見表2。

表2 可分離連接器交接試驗(yàn)操作方式對比

從表2可以看出，引入合適的試驗(yàn)工裝是較為合理的解決方案，值得推廣。

4.2 可分離連接器的試驗(yàn)工裝

合適的試驗(yàn)工裝可以從市場上已經(jīng)定型、較為成熟的產(chǎn)品中選取。以10kV 630A的T型可分離連接器為例，可以推薦的試驗(yàn)工裝有以下兩種。

1）單邊套管

單邊套管是一種用來臨時封堵可分離連接器的電氣元件，可用在箱變、分支箱及環(huán)網(wǎng)柜中，其主要作用是為供電設(shè)備檢修提供輔助掛裝的方便。其典型外形如圖9所示。其典型內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖10所示?？梢钥闯?，其結(jié)構(gòu)尺寸滿足EN50180或EN50181的相關(guān)要求。

2）雙通套管（對接套管）配絕緣封帽

雙通套管又稱對接套管。具有雙邊對稱的標(biāo)準(zhǔn)接口，一般用于兩只可分離連接器進(jìn)行對接的場合，在電纜分接箱中較為常見。如果用于交接試驗(yàn)，就需要與絕緣封帽配套使用。雙通套管的典型外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)分別如圖11和圖12所示。

圖9 單邊套管

絕緣封帽系橡膠制品常被裝配在電器設(shè)備的空置帶電套管上，起絕緣防護(hù)的作用。其典型外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)分別如圖13和圖14所示。

圖10 單邊套管典型內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖11 雙通套管的典型外形圖

圖12 雙通套管的典型內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖13 絕緣封帽的典型外形圖

在進(jìn)行交接試驗(yàn)時，雙通套管一端接可分離連接器，另一端則接絕緣封帽，如圖15所示?？梢赃m用的交接試驗(yàn)用工裝或者輔助裝置并不局限于以上所推薦的兩種。在電纜與設(shè)備接口處于電氣脫離狀態(tài)下，只要能使可分離連接器可靠穩(wěn)妥地連接在電纜上，并使其電氣絕緣結(jié)構(gòu)承受正常的試驗(yàn)電壓，任何合適的裝置都可以被接受。

圖14 絕緣封帽的典型內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖15 雙通套管與絕緣封帽的配合

由于試驗(yàn)工裝在電纜可分離連接器的試驗(yàn)中較為常用，所以可分離連接器生產(chǎn)廠家的技術(shù)人員對試驗(yàn)工裝的應(yīng)用比較熟悉。而一些用戶卻并沒有認(rèn)識到試驗(yàn)工裝的重要性，同時也并不熟悉相關(guān)試驗(yàn)工裝的應(yīng)用技術(shù)，故在交接試驗(yàn)中很多都沒有采用試驗(yàn)工裝。

總結(jié)

不論是用戶、生產(chǎn)廠家或者安裝人員，均需重視涉及可分離連接器中壓配電電纜系統(tǒng)的交接試驗(yàn)細(xì)節(jié)。選擇合適的試驗(yàn)方式，對于有效檢測可分離連接器及其配套電纜的電氣性能十分重要，也可提高測試效率，規(guī)避由于安裝問題所導(dǎo)致的試驗(yàn)故障。試驗(yàn)工裝可由電纜附件生產(chǎn)廠家提供，為用戶提供更加周全可靠的技術(shù)服務(wù)。用戶也可以主動要求生產(chǎn)廠家提供交接試驗(yàn)的解決方案，幫助其提升服務(wù)意識。

涉及可分離連接器中壓配電電纜系統(tǒng)的交接試驗(yàn)，若未采用合適的試驗(yàn)方式，則很容易出現(xiàn)各種問題。典型的問題就是前文第2節(jié)所描述的情況，即可分離連接器的主體由于未作固定而從電纜端頭滑脫移位，使主體內(nèi)腔空氣的電場產(chǎn)生畸變，引起內(nèi)部放電，進(jìn)而造成耐壓試驗(yàn)的失敗。

為有效檢測可分離連接器及其配套電纜的電氣性能，并提高測試效率，規(guī)避由于安裝問題所導(dǎo)致的試驗(yàn)故障，在交接試驗(yàn)中建議推廣使用合適的試驗(yàn)工裝。

同時也建議涉及相關(guān)電纜可分離連接器交接試驗(yàn)技術(shù)要求的標(biāo)準(zhǔn)編委會，在以后的標(biāo)準(zhǔn)修訂工作中可以考慮增加對試驗(yàn)工裝的應(yīng)用要求等條文內(nèi)容，以便對電纜可分離連接器的交接試驗(yàn)進(jìn)行更細(xì)致、更規(guī)范化的指導(dǎo)。