电缆设计制造与鉴定试验注意事项

李正杰

摘要：随着城镇化建设的不断发展，电缆的设计方法，随着计算机技术的发展，经过了长期的演化，从最初手工计算手工绘图，到现在广泛应用的表格计算和通用制图软件绘图。随着计算机辅助技术的发展和日益成熟，将其应用于电缆设计领域会成为改进电缆设计方法的有效手段。而目前在国内的电线电缆设计领域，几乎没有成熟的电缆计算机辅助设计软件。计算机辅助设计软件作为研发类工业软件的一个分类，直接关乎工业领域创新的源头，因此研发一款通用计算机辅助设计系统软件具有重要意义。

关键词：电缆设计制造；鉴定试验；注意事项

引言

随着国家城镇化建设的逐步推进，各种电网改造工程也在逐步进行。电力系统中电力电缆的应用量逐年增大并且应用范围也越来越广，但电力电缆不易接头，且具有复杂的施工工艺，易形成施工质量隐患，加之电力电缆多在地下埋设，其工作环境比较恶劣，电缆故障时有发生。基于此，一旦电缆发生故障，会直接影响电网供电，给人们的生产生活造成严重损失，因此各供电企业也越来越重视电力电缆故障原因的分析与检测。可构建高温状态下中间电缆头的三维成像图，以根据温度变化和漏磁现象对成像图进行分析后判断出现场的故障情况以及故障类型，以安排进一步的提前消缺工作计划，防止电缆中间头的发生更严重的电力事故。

1电缆设计的安全设计原则

1.1结构设计

超导直流电缆与液氢传输管道可以是同轴设置，也可以是轴平行设置。超导直流电缆同轴设置在液氢传输管道内部。在直径相同的液氢传输管道中，同轴安装方式下的超导直流电缆一方面增加了电缆本体的临界工作电流，另一方面提高了电缆与液氢之间的接触表面积和制冷功率。由于液氢温度远低于液氮温度，因此该方案具有更高的输电容量，适用于大容量电能传输应用。在这种轴平行安装方式下，超导直流电缆与液氢传输管道相互独立，便于实际安装和维护维修，具有较高的灵活性。两种结构需采用低温氦气隔离，降低氢气泄漏带来的风险，同时降低突发短路故障液氢爆沸带来的风险。

1.2主绝缘层设计

液氢属于易燃易爆低温液体，在用液氢作为冷却介质的高温超导电缆系统中，决不允许出现绝缘层被击穿发生失火甚至爆炸的情况。所以对超导电缆常用的低温绝缘材料进行研究是非常有必要的。挤包型绝缘在液氢工况下的韧性和回弹性变得很差，机械性能下降，会产生很大的应力，容易发生氢脆，因此设计应采用绕包型绝缘材料。

2综合监测系统的结构设计

2.1一体化检测装置的设计

一体化检测装置包括安装壳体、无线通信模块、X射线发射器、探测器、微型处理器、温度检测器和超声波泄漏检测仪。其中，无线通信模块、X射线发射器、探测器、微型处理器、温度检测器和超声波泄漏检测仪均安装于安装壳体内。X射线发射器和探测器均与微型处理器电连接，微型处理器可通过无线通信模块和通信网关与配网自动化平台电连接，在配网自动化平台的控制下，通过微型处理器触发X射线发射器对各相电缆头进行X射线照射后，再通过探测器接收并发给微型处理器，使微型处理器可以根据接收到的能量按照图像成像法重建电缆中间头的三维可视化模型，得到CT成像图。

2.2配网自动化平台的设计

配网自动化包括初始图像启动模块、启动模块、重建图像启动模块、故障分析模块和展示模块。其中，初始图像启动模块通过无线通信模块向一体化装置的微型处理器发送启动X射线发射器的启动指令，使X射线发射器释放X射线，并通过360°旋转、移动的方式穿透现场A相、B相和C相各相的整个电缆中间头，以三维立体图的形式进行无损检测，并作为各相电缆头的原始图通过微型处理器发送至故障分析模块。启动模块同时向温度检测器和超声波泄漏检测仪发送启动指令，使温度检测器和超声波泄漏检测仪启动，当温度检测仪检测到电缆中间头的温度超过设定的告警温度阈值，则触发图像启动模块，同时超声波泄漏检测仪实时向故障分析模块发送漏磁信号。

2.3泄能孔尺寸大小的设计方法

在确定了泄能孔的数量和位置后，关键需要确定泄能孔的尺寸。为了得到泄能孔尺寸的最优结果，首先需要研究泄能孔尺寸的设计原则，再结合理论和仿真计算，采用热源等效方式，基于多物理场耦合的有限元仿真对不同情况下爆炸压力进行计算，进而得到最优化的开口尺寸。

3电缆设计制造与鉴定试验注意事项

3.1多物理场耦合方式

电缆接头发生短路故障，高温电弧击穿绝缘层，进而引起装置内温度急剧升高和气体增多膨胀，随即保护装置开始泄压;保护装置内发生电弧爆炸的泄压过程中，各物理场之间的耦合关系。通过前期基于磁流体动力学仿真计算得到电弧发展的能量损耗，将其作为温度场计算的热源载荷输入。

3.2库模块

用于管理和描述电缆设计过程所需的基础结构单元、材料，以及组合单元、标准产品等被重复使用，具有一定功能和特征的信息。具体包括材料库、电缆基本单元库、用户自定义单元库和电缆标准库。库的定义的提出使复杂电缆的设计变得方便快捷，并增强了设计的可复用性。材料库用于管理电缆设计过程中应用的具体材料，包括材料的公共参数和特有参数，以便完成电缆基本的重量计算、电学分析、力学分析等。材料库分为基础材料库和扩展材料库，基础材料库给出常规应用的材料列表，扩展材料库通过提供增加、删除、修改操作功能为用户提供维护满足需求的材料的接口。扩展材料库的设计使电缆计算机辅助设计系统在基础材料数据的计算环节具有了良好的可扩展性。

3.3泄能孔尺寸的设计原则

泄能孔的开口尺寸直接决定了保护装置的泄压能力，从而影响整个装置的防爆效果，因此设计的关键因素在于泄能孔的尺寸确定。由压力容器的相关防爆要求，压力容器的泄压装置的设计原则如下:(1)泄压面积应该足够大以满足装置的防爆要求。(2)泄压装置的设计应当防止大量爆炸物泄出，即泄压面积不易太大。综合上述两个设计原则，保护装置泄能孔的尺寸设计应该满足以上原则，因而需要确定一个最优的尺寸，能满足泄压要求和减少爆炸喷溅物的功能。

3.4现场的故障情况

（1）电缆头表面未发生漏磁情况，但是电缆头的温度已发生告警并同步持续升温，同步的CT影像如果有明显的变化，说明内部结构、故障已逐步严重化，故障由内到外进行延伸，但是表面还未发生明显变化，需要及时处理。此时，可以判断电缆头内部已存在故障，但是目前还在可控范围，出现这种情况一般造成的原因为工艺问题、电缆头材质问题等。（2）现场的电缆头同时出现漏磁场信号、温度告警并持续升温、电缆头内部的CT影像结构发生很大的变化，出现四周扩张、膨胀，则说明电缆中间头已处于故障崩溃的边缘，需要马上安排停电计划进行更换，防止电缆中间头炸毁，损害其他正常电缆的安全运行。

结语

综合监测系统通过一体化检测装置可实时检测中间电缆头的漏磁变化和温度变化，在检测的过程中，一旦确定温度越过告警温度阈值，便会立即启动CT成像功能构建中间电缆头的三维成像图。软件能够快速完成电缆的结构设计、材料选用、物料用量计算、性能参数计算，并自动生成电缆的CAD结构图、结构尺寸表、物料用量表和性能参数表，从而大大提高电线电缆的设计效率，具有重要的工程应用价值和应用前景。

参考文献

［1］聂永杰，赵现平，李盛涛．XLPE电缆状态监测与绝缘诊断研究进展［J］．高电压技术，2020，46(4):1361-1371．

［2］陈新，李文鹏，李震宇，等．高压直流XLPE绝缘材料及电缆关键技术展望［J］．高电压技术，2020，46(5):1577-1585．