高压附件
一、高压电缆附件发展现状
近年全球电线电缆市场日趋成熟，电线电缆制造业发展趋缓，增长幅度不大。随着外部环境的变化和内部竞争的影响，世界电线电缆行业已经进入几大巨头垄断竞争的格局。
根据我国长远规划，未来我国的通信事业、电力工业、核电建设、汽车工业、电气化铁路和城市轨道交通、舰船及海上石油开采、住宅建设等均将有较大的发展，这些都将为电线电缆行业的发展带来新的机遇。110～550kV交联聚乙烯绝缘电力电缆，核电站电缆，大长度海底电力电缆，铜合金接触线，高压电缆附件，500kV大跨越架空导线，低烟、无卤、阻燃、耐火环保型电缆以及各种电气产品配套的特种绕阻线等都将成为“十一五”时期主要发展的产品。
我国目前高、中压交联电缆生产流水线近百条，比十年前增加了3倍。其中，引进国外成套交联电缆生产线约六十多条，而且绝大部分是国外同一公司不同年代的产品。交联电力电缆制造技术有了长足发展，但是电缆附件发展相对滞后。我国各地高压和超高压低下输电线路中使用的交联电缆附件，还是从外国进口，这与我国投入巨大力量开发超高压交联电缆的步伐很不协调。我国已在普及使用110kV交联电缆，220kV交联电缆已经国产化，但国内能够制造110kV、220kV高压电缆附件（终端和中间接头）的企业凤毛麟角，真正能够生产110kV,220kV电缆附件所有关键部件的只有长沙电缆附件有附件,并且该公司的产品在全国各地运行历史也长,也没有发生质量事故.其它公司都不全,要么就是全组装(关键件一般是进口,如日本住友,比瑞利,耐克森等国外厂家的)。500kV交联电缆已经制造出成功的样品，并通过了鉴定，可是我们的电缆附件国产化还有时日。中国大部分水电站和抽水蓄能电站将采用500kV电缆作为超高压新引出线，可目前能生产500kV电缆的只有特变电工的鲁缆公司。技术力量强，产品质量好的企业将在竞争中处于有利地位。附件技术的落后现状已严重制约高压电缆推广应用。因此，研制超高压交联电缆附件是我国电缆行业自主技术开发创新任务的当务之急。二、高压电缆附件分类
电缆附件主要就分三大类，终端（户外终端、户内GIS终端、变压器油浸终端等）、连接头（电缆中间接线盒、普通连接盒、绝缘连接盒、连接管及接线端子等）与塞止接头（充油电缆附件），交联电缆由于没有油，因此交联电缆附件只有终端与连接头。当然如果线路中有交联电缆与充油电缆的连接，这种过渡接头可视作为交联电缆的塞止接头，目前国内还不存在这种需求。其中终端制造难度大，高新技术含量比电缆本体要高得多，因为电缆整个运行系统中这一部分是个薄弱环节，对其设计制造时要极重视接头部分的电场分布、温度分布、压力分布，绝对消除气隙，模具设计极复杂，材料配方应用也有难度。国外著名厂家如ABB、BICC、ALCTEL、PIERELLI、古河、住友等在附件设计制造方面处于国际领先地位，但他们的产品仅随同电缆本体一起配套供应，并不单独出售。因而必须引进高压XLPE电力电缆附件生产设备及海缆软接头技术等。
三、高压交联电缆附件技术发展动向
（一）、国外附件技术动向
1. 户外终端头
户外终端又是终端中的绝大部分，因此可以说，户外终端是最大数量附件。户外终端从应用初期起就选用预制增强元件，即用乙丙橡胶或硅橡胶制作成应力锥，套到处理好的电缆表面上。这种结构是充油电缆环氧增强式结构的延伸。之后安装瓷套，并把尾管固定，从瓷套顶部灌入硅油（日本）或高粘度聚异丁烯油（欧洲有些国家），为了解决负载变化、气温变化而带来的油热胀冷缩问题，在瓷套顶部高压屏蔽帽区域留有气隙，由它来调节油位高低。由于油没有进行去气处理，加上顶部气隙存在，势必降低内绝缘击穿强度，为此橡胶增强应力锥不能在瓷套内部抬得过高，否则会导致终端内绝缘击穿。应力锥位置太低造成瓷套内、外绝缘配合不当，瓷套表面电场极不均匀，集中在接地屏蔽处，因此外绝缘滑闪电压明显下降。为了提高终端内绝缘沿电缆表面放电水平，日本在154～220kV终端中也采用了在增强绝缘外部套以环氧元件，用弹簧对增强件施压，把它顶在环氧件内侧，从而增加增强件对电缆绝缘表面的压力，增加沿电缆表面击穿电场强度。为了改善瓷套表面滑闪电压，满足电性要求，在七十年代末开发275kV终端时，把充油电缆电容锥式终端结构移至交联电缆上，直到现在275kV及500kV交联电缆终端仍较多使用这种结构。由于交联聚乙烯绝缘膨胀系数十倍于金属，在电缆与预制电容锥之间必须要有缓冲层，不至于电缆膨胀时把预制电容锥胀裂。同时套管中也应充以去气油，并处于正压力状态下。八十年代末，为了使橡胶增强元件（应力锥）用于超高压终端，套管中绝缘油采取去气处理，并用压力箱使终端处于正压力状态，由它补充成吸收由于热胀冷缩而造成终端油不足与过剩。这样应力锥可以在瓷套中抬高到所需要的位置，改善了瓷套沿面场强，大大提高滑闪电压。古河公司把橡胶增强件终端应用到420kV户外终端[。荷兰275～420kV户外终端也采用增强式结构。其他公司也采用类似结构。在欧洲一些公司，用一种复合绝缘套管取代瓷套作为外绝缘的隔离件是户外终端另一种动向，该绝缘套管内芯是玻璃纤维增强的环氧管，外面用防大气污染的硅橡胶伞裙粘住。与瓷套相比较，它重量轻，易操作，不脆，因而不易损坏。硅橡胶有良好的耐水、耐脏性，并且能防止紫外线及臭氧老化，好的耐漏痕性，在同样的重污染条件下，它的交流爬电滑闪电压比瓷套高30％。
2. GIS终端与变压器象鼻式终端
GIS终端（即电缆插入全封闭变电站用终端）与电缆插入变压器的象鼻子终端结构类似，在此一起加以叙述。这二种终端因为外面均有接地外壳，它的电场分布与户外终端大不相同，电缆集中在高压屏蔽处，而不是像户外终端那样集中在接地屏蔽处，沿套管表面的电场分布要比户外终端好得多。因此不论是110～154kV级，还是275～400kV级，均可采用橡胶增强式结构，二者一般采用环氧套管作为油气或电缆油与变压器油隔离件。除了橡胶增强件结构外，有的公司为了使环氧套管表面电场更均匀，在275～500kV级仍然使用油浸电容锥式结构。这二种终端的套管长度远小于户外终端，因此内绝缘的要求比户外终端要求要高，一般均要油充满整个套管，并由压力箱或重力供油箱对终端进行供油。对于275kV～500kV电压等级，通常对油还需要进行去气处理。这样的工艺给施工及运行带来很大麻烦，九十年代中期随着275kV级预制接头大量应用，因此很多公司利用接头技术分别试制出干式GIS终端头，并加以应用。 3. 连接头与绝缘连接头
七十年代开发的连接头是用自粘带绕包方法，它在绕包的绝缘带之间以及绝缘带与半导电带之间有间隙，随着电压等级提高，允许的气泡直径越来越小，为了在154kV系统下工作而不发生局放，气泡直径必须小于150μm，这对于乙丙橡胶自粘带不可能做到，因而自粘带绕包接头不宜用于110～154kV级系统中，我国初期引进的110kV级系统连接头多次发生击穿证实了这一点。基于以上原因，八十年代开发了模塑接头。为了减小带子厚度，采用可交联的PE带子绕包到连接的电缆上，之后加热、加压使PE带子交联形成整体，做成模塑接头。可是这种接头仍然不能避免气泡，且施工环境要求严格，如果绕包周围环带不净化，PE带子很容易吸尘，杂质带入连接头中，造成连接头的缺陷。加上交联温度及时间必须控制操作好，否则也会造成交联度不足而恶化连接头性能。我国八十年代中期模塑接头多次事故充分表明它只能停留在110kV级。尽管欧洲一些公司用模塑法制作了400kV级连接头，但他们也认为这不是方向。对275kV级及以上的更高电压系统，外界杂质颗粒必须在100μm以下，日本首先致力于开发性能更好的模铸连接头（EMJ）。
制作工艺为：现场对二根电缆剥去外半导电层后，对绝缘表面进行光滑处理，当电缆导体采用压接连接后，在连接处套上注塑模，现场用小型挤塑机把干净电缆料注入，冷却后用X射线检查，确认没有缺陷后进行交联工艺。这种接头关键工艺是挤塑与交联。而影响EMJ质量最关键的因素是杂质、电缆内半导电表面及绝缘表面凸出缺陷和气孔。因此日本进行一系列工艺研究，包括接头制作环境条件改善、表面处理方法、杂质的检测以及挤塑硫化工艺的改进，使增强绝缘尽量减少热应力。从1989年第一回长线路开始应用EMJ后，直到九十年代中期，这种接头在这阶段占据了主导地位，线路中应用大约有1000多个这种接头。但这种接头制作周期长，日本报道一回路3只接头需制作一个月；且现场必须要有严格工艺控制，这就使EMJ应用难以推广到较低电压等级（110～154kV），同时在超高压长线路安装敷设要快情况下应用也带来困难，因此预制接头（PJ）也就应运而生。它不仅与EMJ有相同的性能，而且安装时间短（日本报道仅为制作EMJ一半时间），预制件在工厂内通过例行试验，性能有保证，也不需要熟练的安装技术工。目前世界各国均在竞相开发PJ，从结构上看，它分为整体预制件及环氧、橡胶应力锥三件分体式二种结构。从使用材料角度看，整体预制件又可分为乙丙橡胶（EPR）与硅橡胶二种。为方便安装，各公司又从不同角度开发不同结构预制件，下面分别加以介绍。⑴ 环氧 乙丙橡胶应力锥三分体式预制接头
日本依据他们制作户外终端的技术开发了这种结构。电缆二端按设计长度切割绝缘屏蔽、绝缘，并对绝缘表面、绝缘屏蔽表面加以处理，分别套上橡胶应力锥，在被连接的一端电缆同时套入预制环氧，对二段电缆导体进行压接，之后把环氧件居中，再把橡胶应力锥移至规定位置，并用弹簧加压，使橡胶应力锥与环氧及电缆表面保持稳定压力。这种结构至九十年代中期已开始大量应用于275kV长线路中。日本古河公司在丹麦420kV线路中也使用了这种接头，正在开发500kV级预制接头。韩国及澳大利亚也有类似的预制连接头。这种接头结构复杂，需要多种材料组合而成，但是橡胶预制件结构小，因此不需要大的注橡机。
⑵ 整体橡胶预制件
这种预制件可以用乙丙橡胶也可用硅橡胶制作。它是把高压屏蔽、应力锥屏蔽同时注橡在整体橡胶件中。安装时，一根电缆的金属护套或综合护层要剥切二倍接头长度，另一根电缆按图纸剥切电缆护套及绝缘屏蔽，待二段电缆处理完毕后，把整体预制件套在剥去护套较长的一段电缆上，对二根电缆导体进行压接，之后再把预制件移至居中，处理接地屏蔽及外护套即可。意大利pirelli公司在八十年代后期首先把整体预制件接头应用于中国，之后美国Elasmold公司、Alcatel公司的子公司Euromold以及瑞士也分别在中国使用这种结构的预制件。这种预制接头价格便宜，安装简便，但是预制件在绝缘屏蔽上来回拖曳容易造成损伤且会带来新的污染，有可能影响性能，因此又有新的整体预制式结构开发。
⑶ click-fit预制式接头
由荷兰NKF公司开发，它的结构与传统预制式结构基本相同，仅是导体连接采用不可拆卸的插接，阻止电缆导体与绝缘之间相对滑移，解决热机械应力问题。这种结构预制件不需要在电缆上拖曳，避免带来新污染源。NKF在介绍该产品时说，这种接头可在工厂内与二盘电缆相连接后做出厂试验，之后拔出，电缆及附件分别固定、包装好运到工地，在现场直接插入该接头，现场制作接头只需半天时间。
⑷ 大扩径紧凑型整体预制接头
住友、古河公司为了改善传统整体预制接头的弱点，开发了大扩径整体预制接头。被连接的二根电缆不需要剥去较长的护套，在现场或在工厂内，预制件扩径达到150％以上，二段电缆处理好后，若现场扩径，把预制件扩径到超过电缆外护套直径，套在任意一段电缆上，对导体进行压接，之后把预制件移至中间，拔去扩径套，调整预制件到规定位置，处理绝缘外屏蔽及保护外壳即完成接头制作。这种接头已用于110kV级，正在使用到220kV级。
⑸ 现场浇铸液态硅橡胶式整体接头
德国西门子公司认为预制件扩大到420～500kV级必然导致接头体积过大，给制造无气泡预制件工艺及安装工艺带来困难，因此它们分别在工厂内先制作一个高压屏蔽、二个应力锥硅橡胶预制件，在现场处理好电缆绝缘表面、导体压接后，把三个预制件移到规定的位置，外面装置浇铸模，之后浇铸液态硅橡胶（与三个预制件为同质材料），它能与三个预制件很好粘合而成整体预制件，同时利用交联收缩而对电缆表面形成一个均匀面压，得到良好的电性，。这种接头已完成420kV型式试验，从1995年8月开始进行一年预鉴定试验。
⑹ BMJ接头
日本三菱电缆公司针对模铸接头性能优良，缺点是制作时间太长的特点，开发出大块模铸形接头（Block Molded Joint）。原先现场模铸形状的增强绝缘由工厂预制，增强绝缘中有高压屏蔽电极，在现场对被连接的二段电缆处理完毕后，把预制可交联的大块增强绝缘放在一段电缆上，待导体压接后，把该增强绝缘放在中间，之后套上模具，加热、加压，使该绝缘与电缆表面粘合成一体，尤如EMJ一样。三菱电缆公司在66kV接头样品上取其交界面，从事官能基团、结晶度、密度、X射线分析、性能与EMJ相当。该工艺关键是交界面气泡如何排除问题，三菱公司在导体连接区域设置气泡从导体中逸出方法，该接头已完成275kV型式试验及预鉴定试验。除了上述各种终端与接头外，还有其它型式的附件，例如Alcatel公司终端中不充油，而充SF6气体；德国FG公司开发220kV连接盒时，用三个橡胶预制件，而不是整体预制件……。
（二）、我国交联电缆附件发展动态
我国交联电缆附件发展经历了二个阶段，即消化吸收阶段及自行研制阶段。八十年代初，沈缆第一次引进瑞典CCV交联生产线，与此同时也引进了高压交联电缆附件的部分生产技术，如产品的设计图纸与橡胶应力锥制造设备。上海电缆研究所与沈阳电缆厂联合消化吸收这些技术，1985年仿制的GIS终端与户外终端通过了型式试验要求（当时型式试验尚无20天负荷热循环试验）。沈缆厂同时自行研制绕包式接头及模塑接头。由于当时国内城市供电仍然以充油电缆为主，交联电缆尚无大量应用，因此交联电缆附件开发趋于缓慢。 1988年开始，上海电缆研究所开始自行研制110kV附件，由于当时认识水平有限，主要研制了绕包式连接头，绕包式户外终端，半预制式户外终端及GIS终端。1991年又研制了硅橡胶预制制应力锥式户外终端及GIS终端，并于1992年开始在国内、外线路中安装运行。 1995年国产110kV交联电缆的销售量开始超过进口量，促进了国内高压电缆附件的开发，以上缆所技术力量为主的上海三原电缆附件公司联合上海电力系统，开始研制三元乙丙橡胶应力锥预制式户外终端与GIS终端，通过计算机程序对终端电场进行分析，寻求合理结构，并用进口的大型橡胶注射设备，自行研制配方、模具设计及注压工艺，制作橡胶应力锥预制件。对环氧配方、工艺进行改进，浇铸出GIS用套管。户外终端从1996年开始运行，1997年通过国家电线电缆检测中心及电力部电气设备检测中心联合组织的型式试验，之后又进行三级逐级雷电冲击裕度试验，并于1998年通过国家机械工业部与电力工业部二部产品鉴定。1997年三原公司又与美、日公司合作，生产三元乙丙橡胶整体预制110kV接头与绝缘接头，供电力部门应用。至1999年底，三原公司共销售高压交联电缆附件900余套，至今仍保持故障率为零的记录，并荣获国家部级最高奖项。九十年代沈阳电缆厂与日本古河合作建立沈古公司，他们也积极从事附件开发研究，从事三件分体式预制接头及预制式终端开发工作，目前正在采用硅橡胶整体预制式结构。有些电缆附件厂也仿造日本结构，进行110kV户外终端研究工作，但对基础技术研究不够，因而尚不能走到自由王国地步。随着三年城市电网改造进展，各大、中型城市均积极采用220kV交联电缆线路进入城市中心地区，220kV电缆附件的需求日趋增多，三原公司与沈古公司均分别从事220kV户外终端及连接头的研制工作，沈古公司以古河技术为依托，三原公司在日本住友公司基础上进行改进。二个公司均通过了IEC推荐的型式试验。按照IEC推荐文件，国家电线电缆检测中心于1999年8月开始在露天试验场对三原公司附件进行为期一年的长期负载循环老化试验。试验回路包括二个外终端，一个绝缘接头及35m的电缆。试验施加216kV，加压时间不少于一年。至少半年循环试验为8小时加热16小时冷却。至今为止，冷热循环及加压试验已近半年，试验良好，预计今年8月份结束试验。
我国高压交联电缆附件研究展望综上所述，从国外交联电缆附件研究过程来看，终端通常使用预制式与油纸电容锥式；接头从自粘带绕包式、模塑式、模铸接头到各种式样的预制式。九十年代我国高压交联电缆附件研究开发瞄准了预制件结构，这一方向是正确的，今后研究方向仍然是预制件的不断完善与改进。至今国产交联电缆附件已经投运2000余套，1999年国产附件销售1000套左右，占据国内市场40～50％左右。由于生产繁忙，因此一些基础研究跟不上形势要求。日本早在八十年代末就开始短段应用500kV电缆，为了开发500kV长线路用附件，从1989年开始进行了4年的基础研究，取得了成果。EMJ接头于1995年开始从事老化试验；预制接头的基础研究及改进工作仍在继续中。因此今后几年我国交联电缆附件首先应加强基础研究工作，对产品性能有一个完整的了解，为更高电压等级使用预制接头创造良好条件。归纳起来，我们认为应加强如下几方面工作：
1. 加强电场分布研究与材料电性研究附件设计已不能用简单公式对电场进行计算，往往用有限元对附件的电场进行解析，特别是连接头，它的电场强度高于终端，因此在变化结构，特别是高压屏蔽电极形状、高压屏蔽与接地屏蔽之间的距离，应力锥形状……等变化时，通过计算机对电场分布应有一详情了解，综合预制件与电缆界面、高压电极表面、应力锥起始点场强分析，寻求合理结构。对所用材料允许设计场强、其击穿强度均应进行试验，了解其性能。
2. 对安装环境及安装工艺应进行研究接头性能好坏不仅取决于设计，很大程度上取决于工艺。八十年代末，日本初期应用预制接头业绩并不满意，解剖所击穿的预制件，主要有二个因素：电缆绝缘表面处理不好，有划痕存在，另一个是杂质进入表面，例如人的头发进入电缆表面……等造成击穿。因此日本从三个方面改进附件的制作。
⑴ 改善施工环境 除了设置施工房外，对房的清洁度及湿度应有要求。
⑵ 开发专用设备 对处理的电缆表面进行检测，是否有划痕，它的深度与宽度均有严格要求。
⑶ 改善施工工艺，减少污染与缺陷 对220kV终端与接头仍然可以用不同细度砂皮打光电缆绝缘表面。在开发500kV级附件时，用砂皮打光仍然不能满足其凹凸度要求，为此用粗砂皮进行初步处理后用热塑管进行压平处理。其效果与砂皮纸处理效果。目前日本正在考虑，在用120目粗砂皮打光之后，直接用热收缩套进行压平处理这样简单作业，可以取得用1000目砂皮对表面处理效果。半导电层末端表面处理也应受到重视。
3. 开发检测技术按IEC推荐标准，高压交联电缆附件的预制件必须进行出厂例行试验，不仅要从事耐压试验，而且要进行局放测定。我国对此仅开展一些探索工作，如何测得准确有待研究。
4. 预制件材料的应力松弛特性研究为了确保预制件长期运行性能，不仅应了解材料初期性能，长期扩张必定会带来应力松弛，要确保30年后仍能保持所需要的对电缆表面压力是必须重视的问题。三原公司准备在上面所述内容开展基础研究工作，欢迎生产高压交联电缆制造厂与三原公司合作，为我国高压交联电缆及附件国产化贡献我们的力量。