【电缆设计培训基础知识第四课】电缆线路接地、支持与固定、防护及监测常用设备材料选用及原理

不加装电压限制器。在正常运行时，直通接头两侧电缆的金属护套直接连通，测量局部放电时，断开联板使直通接头两侧电缆的金属护套不连通。后来有些电力公司不是为了测量局部放电，而为了在电缆外护套绝缘击穿后使电缆线路能够分成若干个小段，便于查找故障点也采用了此类接地箱。

(2) 交叉互联箱。交叉互联箱是实现电缆金属护套交叉换位的装置，每一交叉互联箱内部都安装有三只电压限制器。正常运行时，三相电缆的金属护套换位而不直接接地，当有故障并在某相金属护套上产生过电压时，电压限制器立即导通接地，从而起到保护电缆外护套绝缘不被多点击穿的作用。

(3) 型号和适用范围。目前，没有相应的国家标准或行业标准对此类装置的型号进行命名，只是大家约定俗成把直接接地箱定为JDX ，带电压限制器接地箱定为JDXB ，交叉互联箱定为FCD 。接地箱、交叉互联箱的型号和适用范围如下表所示:

接地箱、交叉互联箱的型号和适用范围

3. 结构

( 1 )接地箱。接地箱主要由不锈钢箱体、连接铜排、支撑绝缘棒和(或)电压限制器组成，如图所示。

电缆接地箱

( a) 直接接地箱; (b) 带电压限制器直接接地箱; (c) 大相三线直接接地箱

接地电缆或同轴电缆通过箱体上的穿孔穿入并连接，孔口用防水带等进行密封，箱盖下加橡皮密封圈用紧固螺栓上紧密封。此种结构的接地箱维护方便，但密封性稍差。为了解决这一问题，采用了全封闭结构的接地箱，其内部结构相同，但体积变小，箱体是全封闭型的，电缆接线全在箱外，密封性很好，正在试用中。

(2) 交叉互联箱。交叉互联箱主要由不锈钢箱体、连接铜排、支撑绝缘棒和电压限制器组成，如图所示。

交叉互联箱

同轴电缆通过箱体上的穿孔穿入并连接，孔口用防水带等进行密封，箱盖下加橡皮密封圈用紧固螺栓上紧密封。

4. 制造工艺

电缆接地箱、交叉互联箱的制造工艺流程如图 所示。

电缆接地箱、交叉互联箱的制造工艺流程图

5. 运输与保管

运输中不允许碰撞，如附件零部件放入包装箱时，应有相应的防潮措施，电压限制器应拆下并存放于室内干燥处。

6. 出厂试验项目

(1 )箱体。

1 )把箱体水平地浸在水箱中，水面比箱体的最高处至少高出0.5m ，电缆引线的末端露出水面。浸水时间至少1h ，无渗漏。

2) 直流耐压和冲击耐压试验:①直流耐压: 25kV , 1min; ②冲击耐压试验: 40kV ，士10 次。

3) 箱体内的每个连接排的接触点进行接触电阻测量。接触电阻值不得超过20μΩ。用1000V 高阻计测量连接排与箱体间的绝缘电阻不得小于20MΩ。

(2) 电压限制器:

1) 直流1mA 参考电压不小于规定值。

2) 75% 直流1mA 参考电压下，泄漏电流不大于30μA。

02电气工程部分-电缆金具

1.概念

敷设于电缆隧道、电缆沟、电缆工作井、电缆竖井、垂直敷设或超过30度倾斜敷设的电缆，水平敷设转弯处或易于滑脱的电缆，以及靠近终端或接头附近的电缆，都必须采用特制的金具将电缆固定牢固，其作用在于把电缆的重力和因热胀冷缩产生的热机械力分散到各个金具上得到释放，使电缆绝缘、护层、终端或接头的密封部位免受机械损伤。

电缆的固定方式主要有挠性固定和刚性固定。允许电缆在热胀冷缩时产生一定的位移的电缆固定叫挠性固定。电缆蛇形敷设可采取挠性，即将电缆沿平面或垂直部位敷设成近似正弦波的连续波浪形，在波浪形两头电缆用金具固定，而在波峰(谷)处电缆不装金具或装设可移动式金具，在其余部位每米用尼龙绳绑扎一次，使电缆能够小范围自由移动，以减小电缆内的应力。采用间距密集布置的金具将电缆固定，两个相邻夹具之间的电缆在重力和热胀冷缩作用下被约束而不能产生位移的固定方式称为刚性固定，电缆接头处或上下坡及拐弯处的固定就属于刚性固定。

2. 分类和特点

电缆金具一般采用两半组合结构。用于单芯电缆的金具，不得以铁磁材料构成闭合磁路。一般采用铝合金、铸铝材质的金具。在电缆和金具之间，要加上衬垫。衬垫材料有橡皮、塑料、铅板和木质垫圈，也可用电缆上剥下的塑料护套。衬垫在电缆和金具之间形成缓冲层，使得金具既夹紧电缆又不易夹伤电缆。

金具一般分为单相电缆金具和三相电缆金具，分别用来固定单相电缆和三相电缆。下图左所示是一种单相电缆固定金具，加装了减振弹性衬垫，起减振作用，适用于桥梁等有振动处。不装弹簧，就适用于电缆的引上固定，水平敷设电缆的固定、非紧密三角形敷设电缆的固定，接头处电缆的固定。

单相电缆固定金具图 三相电缆固定金具(一) 三相电缆固定金具(二)

上图中间所示是一种三相电缆固定金具，适用于紧密三角形敷设电缆的固定。上图右侧也是一种三相电缆固定金具，适用于支架上或地面槽钢上紧密三角形敷设电缆的固定。

下图是另一种三相电缆固定金具，适用于非紧密三角形敷设电缆的固定，电缆间距得到更好的控制。

三相电缆固定金具(三)

下图是使用金具固定电缆和接头的情况。

电缆和接头的固定

3. 运输与保管

电缆金具须带着木质包装箱装卸运输，存放于无腐蚀性气体或液体的场所。

03电气工程部分-电缆线路防护设施材料

1.防火类

(1 )防火涂料。我国20 世纪70 年代后期开始把防火涂料用于电缆上，以后又研制了改性氨基膨胀型防火涂料和防火包带，已得到广泛应用。膨胀型防火涂料的主要特点是:以较薄的覆盖层起到较好的

防火、阻燃效果，几乎不影响电缆的载流量。由于涂料在高温下比常温时膨胀许多倍，因此能充分发挥其隔热作用，更有利于防火阻燃，却不至于妨碍电缆的正常散热。

这种涂料具有刷涂和喷涂施工方便的优点，即使在狭窄沟道、隧道空间也可进行施工。涂刷前应先将电缆表面的泥沙、油渍清除掉，然后用漆刷刷涂或喷枪喷涂。防火效果的关键是必须保证涂料层的厚度。由于涂料的结度有限，要分多次涂刷才能达到要求的厚度，每次涂刷漆膜厚度在0.2 -0. 3mm 左右。第一次涂刷后经12 - 24h 再涂第二次，以后依次循环。第一次涂刷的厚度宜薄不宜厚，否则会使整个涂层的附着力降低。为增强涂料的附着力，可在涂刷前先在电缆外叠绕一层玻璃丝带，然后再涂刷。涂料的主要缺点是涂膜的机械强度有限，需设法维护，使其不受外力损伤。然而对于大截面电缆，对电缆的热胀冷缩涂膜也不一定能适应，故防火涂料多应用于中低压电缆，不适用于大截面的高压电缆。

(2) 防火包带。防火包带的主要特点在于弥补涂料的缺点，适合于大截面的高压电缆，具有加强机械强度的保护作用。施工比涂料简便，能准确把握缠绕厚度，质量易得到保证。缺点是缠绕时需要有

一定的活动空间，在密集的电缆架上施工不方便。又因包带不具有膨胀性能，故较膨胀防火涂料的覆盖厚度为厚，对电缆的正常载流能力有影响。

(3) 防火堵料、填料。国内外多次电缆火灾事故充分显示了电缆贯穿墙壁或楼板的孔洞未封堵时所产生的严重后果。在电缆火势蔓延下，波及控制室或开关室的设备，造成盘、柜严重受损。变电站盘、柜受损后修复极耗时间，造成长时间的停电，即使火灾直接损失有限，但停电带来的经济损失巨大。因此，电缆贯穿孔洞的封堵已受到普遍的重视。防火堵、填料有7551-Ⅱ型发泡型电缆密封填料、DMT 灌注型电缆耐燃密封填料、DMT-J2 嵌塞型填料和DFD -Ⅱ型电缆防火堵料等。

7551 -Ⅱ型填料的特点是物料渗透性强，发泡时胀力大，密封性能好，尤其对根数较多的成束电缆穿过墙壁的填料盒或电缆洞时具有优良的水密封性能。成型后的填料质轻，阻水性好，填料固化成型时间短，可拆性好。

DMT 灌注型电缆耐燃密封填料是用于舰船电缆密封装置中阻火、防火的密封填料，也用作建筑物或电力部门电缆穿孔处的密封填料。该填料灌注方便，硬化后硬度适中，具有弹性，有极其良好的水密性能。

DMT -J2嵌塞型填料可广泛应用于金属、塑料管的密封，以及地下建筑、高层建筑电缆贯穿部位的

密封、防火和阻燃。

DFD-Ⅱ型电缆防火堵料具有良好的阻火堵烟性能，主要用于工矿企业、民用与高层建筑各种供电系统中堵塞电缆孔洞的缝隙。

2. 防水类

电缆在进出变电站的墙体穿孔时，必须采用阻水措施，防止电缆沟道中的水进入变电站夹层内，常用的是阻水法兰它由预埋在穿孔中的管法兰组件、橡皮密封圈、压紧法兰及螺栓组成。如下图所示是安装后的阻水法兰。

安装后的阻水法兰

3. 防盗类

(1 )球墨铸铁防盗井盖。将井盖做成两层:上层主井盖为球墨铸铁井盖，其上表面与地面齐平;下层子井盖为玻璃钢井盖，装设防盗专用防盗锁或金属防盗链，防盗锁和防盗链经过镀锌处理，拉力不低于

30kN 。此类井盖如下图左所示。

球墨铸铁防盗井盖示意图 复合型防盗井盖示意图

(2) 复合型防盗井盖。将井盖做成两层，上下层井盖都为以高强度钢纤维混凝土、聚合物基复合材料、再生树脂复合材料、树脂复合材料等非金属材料为原料，经机械成型工艺而制成。上层井盖上表面与地面齐平，下层井盖装设防盗专用防盗锁或金属防盗链防盗锁和防盗链经过镀铮处理拉力不低于30kN ，如上图右所示。

(3) 球墨铸铁防盗及监控井盖。虽然上述两种防盗井盖能起到一定的防盗作用，但当井盖被盗时，还是不能及时被运行人员发觉，因此还采用了防盗及监控井盖，在下层井盖上安装专用的防盗锁和报警装置，通过控制电缆与监控中心连通。在正常工作状态时，运行人员或授权人员可远程或当地打开井盖，当井盖被非法开启时，在监控中心的监控屏上立即显示异常状态，发出报警声，同时短信通知负责此井盖的运行人员有效地起到了防盗作用。此类井盖如下图 所示。

球墨铸铁防盗及监控井盖示意图

(4) 电缆隧道视频监控。在电缆隧道中安装视频监控机，当有人员非法进入隧道时，立即启动摄像并传回监控中心。视频监控机安装和监控画面如下图所示.

视频监控机安装和监控画面图

(5) 防盗螺栓。在电缆固定金具上采用防盗螺栓固定。

04电缆线路运行状态监测

(四)电缆线路运行状态监测

随着电力电缆线路数量和电压等级的不断提高，传统的电缆运行管理模式已不能满足实际的需要，基于经济效益和技术可靠性考虑，就必须进行状态检修的尝试，状态检修是在状态监测的基础上，经过数据分析处理，作出的一系列电缆线路检修决策。

监测系统一般是由末端感应器或报警器、本地监测主机、集控站、集控中心经各种线缆组成的整体，其组成和相互关系如图 所示.

高压/超高压电缆状态监测集控系统图

可见在线监测是状态检修的基础和根据。状态监测包括在线监测和离线监测。在线监测系统需满足如下要求。

(1)在线监测系统的应用不应改变电缆线路的正常运行。

(2) 实时监测，自动进行数据存储和处理，并具有报警功能。

(3) 具有较好的抗干扰能力和适当的灵敏度。

(4) 具有故障诊断功能，包括故障定位、故障性质和故障程度的判断等。

1.接地电流的监测

(1) 110kV 及以上XLPE 电缆金属护套接地是保证电缆安全运行的重要措施。为抑制金属护套内产生较大环流， 110kV 及以上XLPE 电缆通常采用单端接地或者交叉互联两端接地的方式，此时，电缆的接地线电流为零或者很小。如果电缆外护套绝缘有破损、造成金属护套多点接地，则会在金属护套、接地线、接地系统间形成回路，产生较大的接地线电流(其值能达到电缆线芯电流的50% -95%) 。由于此接地线电流较大因此可用电流互感器直接对其进行采样经过外围电路放大、A/D 转换和微机处理，即可实现电缆外护套状况的在线监测。

接地电流监测系统示意图

某电缆线路安装的接地电流监测装置

左图:安装在接地箱接地电缆上的电流互感器

右图:安装在中间接头接地电缆上的电流互感器。

(2) 如果电缆采用单端接地方式，则可采用接地线电流法监测电缆主绝缘状况，这种方法也称为工频泄漏电流法。正常情况下，单端接地时，接地线电流包括容性电流和主要为流经电缆主绝缘的容性

电流。当电缆绝缘逐渐恶化时，容性电流将会增大，所测的接地线电流均值将随之"上浮"。由于接地电流数值可达安培级，比较容易测量。因此，可以通过对接地线容性电流的测量，从概率统计的角度进行历史数据的趋势分析，由此对电缆主绝缘状况进行在线监测。接地线电流法监测电缆主绝缘状况时，如果发现接地线容性电流均值显著增长，在排除其他运行故障的可能性后，可以认为是电缆主绝缘的恶化所致。

2. 局部放电监测

作为评估高压电缆线路绝缘状况的基本手段之一，局部放电的测量可以反映多种局部绝缘劣化的发展状况，可以作为一个重要指标来检测一些危及电缆整体绝缘的有害缺陷。

( 1 )测量原理

交联聚乙烯电缆线路，由于电缆本体或附件绝缘中存在某一点或多点的缺陷，如微孔、杂质、半导电层表面突起或凹陷等，使得该点局部电场强度增加。当电场强度超过绝缘介质的耐电强度时，就会在该点发生局部击穿放电现象，所产生的放电脉冲电流，会在电缆线路回路中传播，如果在线路中接上检测传感元件，就可以测量到这一局部放电量，但只是所谓的视在局部放电量，与放电点的真实放电量有一定的相关性，但也存在很大差异。

(2) 测量方法

测量局部放电的方法很多，主要有:

①差分法，现场在接头表面贴金属于自和接头金属屏蔽构成电容传感器，现场使用耗时长，测试和分析需要长期专业经验;

②方向耦合法，需要在电缆接头内安装传感器;

③超高频电感耦合法，这种检测方法要求被测电缆金属屏蔽为螺旋带状绕制而成的电缆;

④超高频电容耦合法，还停留在实验室测量阶段;

⑤电磁耦合法，利用高频电流互感器从接地线和交叉互联线或电缆本体取局放信号，适合现场使用。

在此主要介绍PDCheck 局放测量系统。PDCheck 局放测量系统如图所示。

PDCheck 局放测量系统示意图

传感器在电缆终端处的安装如下图左所示。传感器在电缆中间接头处的安装如下图右所示。

传感器在电缆终端处的安装图 传感器在电缆中间接头处的安装

从传感器中取得的局放信号与低频同步信号都通过同轴电缆传入主机内主机对数据进行初步处理，提取波形特征，并通过光纤、光电转换器与便携式电脑或集控中心的RS232 串口或USB口通信，将特征传到电脑，再用专门的软件进行分离、分类及放电模式的识别。

3. 高压电缆线路分布式光纤测温

( 1 )光纤测温原理。当光在光纤中的传输时，在每一点上激光都会与光纤分子相互作用而产生后向散射，既有Rayleigh 散射，也有Raman 散射。Raman 散射是处于微观热振荡状态下的固态Si02 晶格与人射光相互作用，产生与温度有关系的比原光波波长较长的斯托克斯光和波长较短的反斯托克斯光。这两种光的一部分沿光纤被反射回来，通过检测出Raman 散射光的比值，可以确定光纤沿线的温度。通过沿电缆线路通长敷设一根光纤或将光纤在电缆生产时加装在电缆以内，可以沿着探测光纤，实现连续、实时、在线测量温度信息的目的。

(2) 分布式光纤测温系统的构成。该系统主要包括:一台主处理机、一台当地控制电脑、一台远端用户控制电脑、一条或几条传感光纤。使用时将传感光纤制造于电缆内部或直接敷设在电缆表面即

可。测温数据通过测温主机实现本地存储、报警信号生成等，并通过TCP/IP 网络协议，将测温主机与变电站计算机网络系统相连。测温数据和报警信息除在测温主机本地存储、显示外，还通过电力公司内部网络上传到电缆集控中心对分布式光纤测温系统集中管理与监控。系统结构如下图所示。

分布式光纤测温系统结构图

当采用外敷式光缆时，测温光缆紧贴在电缆表面固定于三相电缆温度相对最高的一相上，在电缆中间接头部位采用跨越布置方式，缠绕固定在中间接头上，之后测温光缆再回复到电缆上。为确保电缆与光缆能够充分接触，采用如下图所示的固定夹具来固定光缆。测温光缆绑扎固定方式为可拆卸式，为避免意外损伤测温光缆安装在电缆侧面固定间距为0.5m。

固定夹具固定光纤示意图 挂钩固定光缆示意图

(3) 电缆隧道内分布式光纤测温。电缆隧道内安装光纤主要是为了监测隧道环境温度，并完成火灾预警，这项工作可以结合电缆分布式光纤测温系统同时进行，在特别重要的电缆隧道中，独立安装了光缆。测温光缆安装在隧道顶部，如图上图右所示。光缆通过间距为1m 的光缆挂钩固定，并与隧道顶板保持约20mm 的垂直距离，以保持良好的通风和温度响应。光缆随时可以取下，方便日后检修。

4. 充油电缆线路和部分交联油终端绝缘油状态的监测

我国当前的110kV 及以上等级的充油电缆，基本都安装了油压报警系统来实现对充油电缆油压的在线实时监控，一旦油压异常，系统将产生声光报警模拟信号，通过变电站RTU 传至集控站，从而引导检修人员通过注油或放油等方式，将油压控制在正常范围内。该系统也是当前应用最为广泛和成熟的在线监测系统。

5. 红外热像仪监测电缆运行温度

随着交联电缆线路负载率的不断提高，电缆线路温度过高的问题日益突出。自2000 年以来，国内逐步开始采用红外测温仪和红外热像仪对电缆及其附件的运行温度进行点对点的监测。由于红外测温仪测量距离有限、测量范围小、误差大以及受被测点表面反射率的影响大，使其测量数据不可靠而逐步被红外热像仪取代。近年来，通过这种方法发现多起运行缺陷，如下图左所示。

某线路B 相发热图 隧道井盖集中监控系统结构图

6. 隧道井盖集中监控

建设电缆隧道人孔集中监控系统，实现电缆隧道人孔井盖的远程开启、集中控制和非法进入报警，可以打击非法进入电缆隧道的行为，规范电缆隧道管理流程，防止隧道内各种线路的私拉乱放，保证电缆线路的安全稳定运行。井盖监控系统采用有线方式，使用安全可靠，功能扩展性强。可以利用井盖监控的数据线同时实现隧道内环境因素监测和在线局部放电监测等。

( 1 )隧道井盖集中监控系统结构如上图右所示，隧道井盖实时监控系统由实时监控平台、监控主机和电控人井内盖组成，监控主机安装在变电站内，电控人井内盖安装在人井内。通过在人孔专用内井盖上安装电子锁将内井盖锁住，同时通过在变电站内安装的人孔远端监控主机实时采集人孔电子锁的状态信息，并传输到电缆集中监控中心的实时监控平台进行集中监控管理。

(2) 隧道井盖集中监控系统的安装如下图所示，每个井口下安装一套带电子锁的玻璃钢井盖一套。井盖监控信号缆敷设在电缆隧道侧壁的防火槽盒内，过井盖处需分支时，线缆从防火槽盒引出，

沿侧壁、顶板及井脖子壁敷设至电子锁井盖。

7. 隧道视频监控系统

在隧道内安装视频监控系统，可使值班人员在远程就能及时直观了解隧道内所有设备、线缆的运行情况，保证隧道内设备安全运行，有效遏制非法分子的犯罪活动。视频监控系统可与井盖监控系统实现联动。

06电力电缆设计相关标准

1.DL/T5161.5 电气装置安装工程 质量检验及评定规程 第5部分：电缆线路施工质量检验

2.DL/T5221 城市电力电缆线路设计技术规定

3.Q/GDW 168一2008 输变电设备状态检修试验规程

4.Q/GDW 317一200910(6)kV一500kV电缆线路技术标准

5.Q/GDW 370一2009 城市配电网技术导则

6.Q/GDW 455一2010 电缆线路状态检修导则

7.Q/GDW 456一2010 电缆线路状态评价导则

8.Q/GDW 11316一2014 电缆线路试验

9.Q/GDW11455-2015电力电缆及通道在线监测装置技术规范

10.Q/GDW11223-2014高压电缆状态检测技术规范

11.Q/GDW512-2010《电力电缆线路运行规程》

12.GB/T18890-2010《额定电压220kV(Um=252kV)交联聚乙烯绝缘电力电缆及附件》

13.GB/T11017-2010《额定电压110kV交联聚乙烯绝缘电力电缆及附件》

14.GB22078-2010《额定电压500kV(Um=550kV)交联聚乙烯绝缘电力电缆及附件》

15.GB/T12706-2008《额定电压1kV到35kV挤包绝缘电力电缆及附件》

16.GB50217-2007《电力工程电缆设计规范》（废弃）

17.Q/GDW11400《电力设备高频局部放电带电检测技术现场应用导则

18.GB 50217-2018 电力工程电缆设计标准

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