高压旋转接头（精选8篇）
高压旋转接头 篇1
摘要：交联电缆和油纸电缆相比具有散热好、载流量大、制安方便等优点。交联电缆由于载流能力强, 电流密度大, 对导体连接质量要求就更为严格。对接头所要求机械的、电气的条件日益从严, 越来越高, 因此针对交联电缆接头各种故障要及时采取相应的对策和措施。从交联电缆接头运行状况;交联电缆接头故障原因分析;提高交联电缆接头质量的对策三个方面阐述, 供交联电缆维修技术人员参考。
关键词：交联电缆接头,交联电缆附件,油纸电缆,故障,接触电阻
1 交联电缆接头运行状况
6-10KV高压动力电缆在水利工程和电力系统运用非常广泛, 经实际运行证明, 在大多数情况下是可以长期使用的。但交联电缆由于载流能力强, 电流密度大, 对导体连接质量要求就更为严格。特别是6-10KV电动机电缆, 各种接头将经受很大的热应力和较高激烈程度与持续时间的短路电流的影响。交联电缆附件也要接受同样的考验, 它与电缆是同等重要的, 也是与安全运行密切相关的关键产品。交联电缆在国内广泛采用虽然已10余年, 目前在实际使用中还存在一些问题。
2 交联电缆接头故障原因分析
由于电缆附件种类、形式、规格较多;质量参差不齐;施工人员技术水平高低不等;电缆接头运行方式和条件各异, 致使交联电缆接头发生故障的原因各不相同。交联电缆允许运行温度高, 对电缆接头就提出了更高的要求, 使接头发热问题就显得更为突出。接触电阻过大、温升加快、发热大于散热促使接头的氧化膜加厚, 又使接触电阻更大, 温升更快。如此恶性循环, 使接头的绝缘层破坏, 形成相间短路, 引起爆炸烧毁。造成接触电阻增大的原因有以下几点。
2.1 工艺不佳。主要是指电缆接头施工人员在导体连接前后的施工工艺。
2.1.1 连接金具接触面处理不佳。
无论是接线端子或连接管, 由于生产或保管的条件影响, 管体内壁常有杂质、毛刺和氧化层存在, 这是不为人们重视的缺陷, 但对导体连接质量的影响, 颇为严重。特别是铝表面极易生成一层阻值很大的氧化铝薄膜。造成连接 (压接、焊接和机械连接) 发热的主要原因, 除机具、材料性能因素外, 关键是工艺技术和责任心。施工人员不了解连接机理, 没有严格按工艺要求操作, 就会造成连接处达不到电气和机械强度。运行证明, 当压接金具与导线的接触表面愈清洁, 在接头温度升高时, 所产生的氧化膜就愈薄, 接触电阻就愈小。
2.1.2 导体损伤。
交联绝缘层强度较大剥切困难, 环切时施工人员用电工刀左划右切, 有时干脆用钢锯环切深痕, 往往掌握不好而使导线损伤。剥切完毕虽然不很严重, 但在线芯弯曲和压接蠕动时, 会造成受伤处导体损伤加剧或断裂, 压接完毕不易发现, 因截面减小而引起发热严重。
2.1.3 导体连接时线芯不到位。
导体连接时绝缘剥切长度要求压接金具孔深加5mm, 但因产品孔深不标准, 易造成剥切长度不够, 或因压接时串位使导线端部形成空隙, 仅靠金具壁厚导通, 致使接触电阻增大, 发热量增加。
2.2 压力不够。
现今有关资料在制作接头工艺及标准图中只提到电缆连接时每端的压坑数量, 而没有详述压接面积和压接深度。不论是哪种形式的压力连接, 接头电阻主要是接触电阻, 而接触电阻的大小与接触力的大小和实际接触面积的多少有关, 与使用压接工具的出力吨位有关。造成导体连接压力不够的主要原因有以下三点:
2.2.1 压接机具压力不足。
近年压接机具生产厂家较多, 管理混乱, 没有统一的标准, 特别是近年生产的机械压钳, 压坑不仅窄小, 而且压接到位后上下压模不能吻合;还有一些厂家购买或生产国外类型压钳, 由于执行的是国外标准, 与国产导线标称截面不适应, 压接质量难保证。
2.2.2 连接金具空隙大。
现在交联电缆接头多数单位使用的连接金具, 还是油纸电缆按扇型导线生产的端子和压接管。从理论上讲圆型和扇型线芯的有效截面是一样的, 但从运行实际比较, 二者的压接效果相差甚大。由于交联电缆导体是紧绞的圆型线芯, 与常用的金具内径有较大的空隙压接后达不到足够的压缩力。接触电阻与施加压力成反比, 因此将导致增大。
2.2.3 假冒伪劣产品质量差。
假冒伪劣金具不仅材质不纯, 外观粗糙, 压后易出现裂纹, 而且规格不准, 有效截面与正品相差很大, 根本达不到压接质量要求, 在正常情况下运行发热严重, 负荷稍有波动必然发生故障。
2.3 截面不足。
将交联电缆与油纸电缆的允许载流量, 在环境温度为25℃时, 进行比较得出的结论是:ZLQ2-3×240可用YJLV22-3×185替代, 因为交联3×185铝芯电缆的载流量为364A, 而油纸3×240铝芯电缆的载流量才320A, 交联电缆载流量还超出44A。如果用允许载流量计算, 185mm2交联电缆与240mm2油纸电缆基本相同, 或者说185mm2交联电缆应用240mm2的金具连接才能正常运行。由此可见连接金具截面不足将是交联电缆接头发热严重的一个重要原因。
2.4 散热不好。
绕包式接头和各种浇铸式接头, 不仅绕包绝缘较电缆交联绝缘层为厚, 而且外壳内还注有混合物, 就是最小型式的热缩接头, 其绝缘和保护层还比电缆本体增加一倍多。这样无论何种型式的接头均存在散热难度。现行各种接头的绝缘材料耐热性能较差, J-20橡胶自粘带正常工作温度不超过75℃;J-30也才达90℃;热缩材料的使用条件为-50~100℃。当电缆在正常负荷运行时, 接头内部的温度可达100℃, 当电缆满负荷时, 电缆芯线温度达到90℃, 接头温度会达140℃左右, 当温度再升高时, 接头处的氧化膜加厚, 接触电阻随之加大, 在一定通电时间的作用下, 接头的绝缘材料碳化为非绝缘物, 导致故障发生。
3 提高交联电缆接头质量的对策
由于交联电缆接头所处的环境和运行方式不同, 所连接的电气设备及位置不同, 电缆附件在材质, 结构及安装工艺方面有很大的选择余地, 但各类附件所具备的基本性能是一致的, 所以应加强以下几点措施来提高接头质量:
3.1 必须选用技术先进、工艺成熟、质量可靠、能适应所使用的环境和条件的电缆附件。
对假冒伪劣产品必须坚决抵制, 对新技术、新工艺、新产品应重点试验, 不断总结提高, 逐年逐步推广应用。
3.2 采用材质优良、规格、截面符合要求, 能安全可靠运行的连接金具。
对于接线端子, 应尽可能选用堵油型, 因为这种端子一般截面较大, 能减小发热, 而且还能有效的解决防潮密封。连接管应采用紫铜棒或#1铝车制加工, 规格尺寸应同交联电缆线芯直径配合为好。
3.3 选用压接吨位大、模具吻合好, 压坑面积足, 压接效果能满足技术要求的压接机具。做好压接前的界面处理, 并涂敷导电膏。
3.4 培训技术有素、工艺熟练、工作认真负责, 能胜任电缆施工安装和运行维护的电缆技工。
提高施工人员对交联电缆的认识, 增强对交联电缆附件特性的了解, 制定施工规范, 加强质量控制, 保证安全运行。由于交联电缆推广应用时间较短, 电缆附件品种杂乱, 施工人员技术水平高低不等, 加之接头的接触力和实际接触面积是随着接头在运行中所处的各种不同的运行条件而在变化, 所以交联电缆各种接头发生故障的原因也就各不相同, 除发热问题外, 对于密封问题、应力问题、联接问题、接地问题等引起的接头故障也应予以重视。
高压旋转接头 篇2
关键词：煤矿供电 电缆冷缩头 经济效益
中图分类号：TD6 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）010-040-02
1 引言
我矿是一个改扩建矿井，自1982年建矿以来，从一个只有21万吨的小煤窑逐步发展到目前年产量近80万吨的中型矿井，生产水平随着时间的流逝逐渐向深处延伸，目前我矿的生产水平已经从-190水平逐步向-300水平以至-600水平延伸。煤炭产量的增加，矿井供电线路的增长带来了投资成本与煤炭成本的增加，其中供电方面的投入也越来越大，电缆就是其中一项重要的投入，电缆的连接问题由此而来。
近年来我矿逐步淘汰了电缆接线盒的连接方式，改用方便的电缆冷缩接头进行连接，该接线方式操作方便、用工少、故障率低而且接好之后免维护，极大的改善了我矿的供电质量，为我矿节约了大量的生产成本。
2 高压电缆冷缩技术的优点
（1）改变了传统电缆采用高压接线盒或自制接线盒的连接模式，采用新型绝缘材料（如聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯等多种材料组分）的绝缘带、冷缩管等新技术。
（2）减少了制作电缆连接装置的时间，此种工艺简单，约45min即可完成一个连接头的制作。
（3）减少了供电事故，冷缩电缆连接装置由于绝缘强度高，使用寿命长，因此在供电系统中发生的短路事故大大降低，保证供电系统的安全。
（4）具有重量轻的特点，以90mm2电缆连接为例，重量约为2kg，而采用防爆接线盒的重量为43kg。
（5）冷缩电缆终端还具有绝缘可靠，密封性好，安装简便，运用广泛、外观漂亮等优点，特别适用于石油、化工、矿山等易燃的行业。
3 冷缩式中间接头的安装要求
（1）中间接头的主体需采用进口硅橡胶材料整体成型工艺，即保证所有内屏蔽、外屏蔽、主绝缘和应力控制部分为一个整体，确保相互之间无分层、无气隙，无需单独绕包胶带来恢复内电极或应力控制层。
（2）中间接头的外屏蔽层必须为模制方式，并保证有一定厚度。
（3）中间接头防水层恢复须采用多层绕包弹性防水自粘带的方式，具有优良的防水特性，为保证较好的散热性能，不得采用灌胶方式恢复防水。同时应能提供第三方出具的长期泡水运行证明。半重叠单层绕包的防水胶带需要通过80kgf水中保气试验，15分钟无泄漏。
（4）中间接头应有机械强度良好的装甲带作为外层保护，外保护套应具有与电缆金属铠装的相同的机械强度。绕包五层装甲带成直径约8cm的圆柱体，完全固化后，能承受1.2kN的压力不变形，不松垮。
（5）中间接头内部和电缆主绝缘表面须采用不会被吸收或者干涸的绝缘混合剂以增强电气性能，绝缘混合剂必须不含硅元素且长时间呈液体状态，以填充气隙，降低局部放电水平。
4 冷缩式电缆中间接头的安装工艺
（1）两根待接电缆两端校直、锯奇。将电缆剥开处理，打磨光剩余铠装表面，清理外护套表面，并将剥切口以下50-100mm外护套及内护套打磨粗糙。
（2）按E=1/2连接管长+3mm切去绝缘层。半导电层末端用刀具倒角，使半导电层与绝缘层平滑过渡。用细砂纸打磨绝缘层表面，以除去残留的半导电颗粒。一端套入铜网，另一端装入冷缩接头主体，拉线方向自一端向另外一端。
（3）装上连接管，进行压接，打磨连接管上的棱角、毛刺，清理金属颗粒。按照合适的尺寸用PVC胶带做好左、右安装限位线。
（4）用清洗斤清洗绝缘层表面，待清洗剂干燥后在绝缘层上均匀抹一层硅脂。将接头对准右安装限位线抽去支撑条收缩，在接头收缩到中心标识后马上校对接头中心标识到右安装限位线合适的尺寸，核对后繼续收缩，尾头对齐左安装限位线。
（5）抹去多余的硅脂。在中间接头两端的半导电层用砂布打毛后绕防水胶带（涂胶黏剂一面朝里）直至中间头上。拉开铜网，在装好的接头主体外套上铜网。
（6）每相加一根接地铜编织线，把接地铜编织线和铜网两端一起用恒力弹簧在铜屏蔽上扎紧。并在恒力弹簧处绕PVC胶带。
（7）三相并拢整理，恢复内衬物。在电缆内护套上绕填充胶，从内护套一端以半搭包式绕防水胶带至另一端内护套（涂胶粘剂一面朝里）。
（8）用接地铜编织线和恒力弹簧连接两端的钢铠。在电缆外护套及恒力弹簧上绕填充胶，从外护套一端以半搭包式绕防水胶带至另一端外护套（涂胶粘剂一面朝里），与两端外护套分别搭接60mm。
（9）以半搭包式绕装甲带，安装完毕（装甲带使用方法：带上橡胶手套，打开装甲带的外包装，倒入清水直至淹没装甲带。轻压3-5下，并浸泡10-15秒，倒出清水后绕在规定位置。放置20-30分钟后再移动电缆）。
5 冷缩电缆终端头安装的要求
安装基本要求：电缆终端头是电缆线路中最薄弱的部分，其安装质量的好坏直接关系着电缆线路的运行安全，必须给予足够的重视。
（1）安装电缆终端时的首要任务是防潮，因此应避免在雨天、雾天、大风的天气时安装电缆头，平均气温低于0℃时，应采取相关加热措施。
（2）施工过程中要保证手和工具、材料的清洁，操作时不应做其他无关的事情，最好按照说明要求戴专用手套。
（3）进行安装之前应预先检查电缆终端规格是否同电缆规格相一致，检查电缆终端各部件是否齐全，检查出厂日期，检查包装（密封性）等等，防止剥切尺寸发生错误以造成电缆终端的浪费或者电缆终端头的制作失败。
6 冷缩电缆终端安装的基本操作工艺
（1）剥外护套：按照现场实际制作长度的需要，预留合适的电缆头长度，并将需要去掉的部分电缆外护套用弹簧刀割去。
（2）锯钢铠：暂用恒力弹簧顺钢铠将钢铠扎住，然后顺钢铠包紧方向锯一环形深痕（不要锯断第二层钢铠，以防伤到电缆），用一字螺丝刀撬起（钢铠边断开），再用钳子拉下并转松钢铠，脱出钢铠带，用砂纸打磨锯断处的毛刺使其边缘圆滑。整个过程都要顺钢铠包紧方向进行，不能让电缆上的钢铠松脱。
（3）去除填充物，分开线芯。
（4）剥内护套：用弹簧刀割去需要去除部分的内护套，但不要损伤到电缆芯线。
（5）安装接地线：用恒力弹簧将两根接地线分别与电缆铜屏蔽层及铠装层连接。
（6）安装冷缩3芯分支（安装之前需先清洁电缆护套及安装分支指套处）。
（7）套装冷缩护套管（按电缆附件说明书的要求进行）。
（8）铜屏蔽层处理：在电缆芯线分叉处做好色相标记，并正确测量好铜屏蔽层切断处位置在切断处内侧用铜丝扎紧，顺铜带扎紧方向沿铜丝用刀划一浅痕（注意不能划破半导体层），慢慢将铜屏蔽带撕下，最后順铜带扎紧方向解掉铜丝。
（9）剥除外半导电层，保留距铜屏蔽开口10-20mm外半导电层，剥切要干净，但不能伤及线芯绝缘。对于残留的外半导电层可用清洗剂擦净或用细砂布打磨干净。
（10）清洁主绝缘层表面：用专用清洁剂擦净主绝缘表面的污物，清洁时要注意应从绝缘端擦向外半导层端，一般不要反向擦，以免将半导电物质带到主绝缘层表面影响清洁的效果。
（11）安装冷缩电缆终端管：内附应力控制管，应力控制管是控制电缆终端电场分布的重要部件，必须注意应力控制管的安装位置，此项工作要严格按照说明书的要求进行。
（12）安装接线端子和冷缩密封管：测量好电缆固定位置和各相引线所需长度，并锯掉多余的引线。测量接线端子压接芯线的长度，按合适尺寸剥去主绝缘层，压接线端子。打磨处理压接处的毛刺，接线端子与主绝缘层之间用用绝缘带包平（压接痕也要包平），套冷缩密封管。
（13）安装时的注意事项：安装时，必须轻拿轻放，防止电缆头外护套损伤。
7 冷缩接头的检验及维护
（1）现场安装后应进行验收试验。
（2）产品运行维护。
本电缆接头安装成功后运行中基本免维护，由于随着使用时间的增长，在绝缘外表面会造成不同程度的积污现象，所以为了安全运行和清洁美观，可根据脏污清况，至少在3年内进行清扫，清扫时额布蘸清水擦试即可。
8 使用效果评价
近年来，该冷缩电缆接头已经在我矿的井下主要大巷、井底车场、固定的机房硐室等铺设的高压电缆中逐步采用，极大降低了我矿的电气事故，尤其是电缆短路事故，大大减少了由于全矿井停电而给生产和安全带来的事故，提高了全矿的供电质量，保证了矿井的安全生产，得到我矿使用单位的一致好评，我觉得该技术值得向大家推广使用，或者可以说高压电缆冷缩技术在煤矿上推广应用是势在必行。
参考文献：
[1] 8.7/15KV三芯电缆冷收缩式中间接头安装工艺说明书[S].
高压旋转接头 篇3
高压电缆接头局部放电检测方法主要有电测法和非电测法两大类。常用的电测法有电容传感器法、特高频法以及高频电流法等[3]。其中, 高频电流法采用罗氏线圈作为微电流传感器, 传感器可以方便地安装在电缆接头的接地线上, 测量回路与高压端无直接电气连接, 具有抗干扰性强、操作方便安全等优点[4]。在非电测法中, 应用广泛的是超声波法。超声波法作为一种非侵入式现场检测方法, 受外部噪声影响较小, 被广泛应用于电力变压器、GIS的局部放电检测。
1 罗氏线圈微电流传感器
本文所采用的微电流传感器是一种带有高频铁芯的自积分罗氏线圈电流传感器, 其等效电路如图1所示。
其中:M为线圈互感;CS为线圈杂散电容;LS、RS为线圈自感和等效电阻;R为自积分电阻。R和LS形成自积分电路。对等效电路进行分析, 得到线圈灵敏度G (s) 为:
其中:N为线圈匝数。传感器的频率下限fL、频率上限fH和工作频带f B分别为:
由式 (1) - (4) 可知, 传感器灵敏度以及工作频带主要由线圈自感LS、积分电阻R以及线圈匝数N共同决定, 而线圈自感的大小则主要取决于传感器的铁芯材料以及磁导率。根据以上几种参数的不同, 设计制作了6种不同参数的传感器, 参数如表1所示。
通过测试得到各线圈的幅频特性曲线如图2、3所示。
由图2可知, Mn-Zn铁氧体在频率为0.5MHz左右时已有较好的灵敏度, 而Ni-Zn铁氧体在2MHz以上才达到最大灵敏度, 并且随着铁氧体磁导率的减小, 下限频率不断升高。XLPE电缆局部放电频率主要集中在100MHz以内, 而噪声干扰多集中在1MHz以下[5]。因此选用Ni-Zn铁氧体能有效避开噪声干扰。由图3可知, 当积分电阻R增大时, 虽然传感器的灵敏度有所提高, 但是其工作频带将明显减小, 而增大线圈匝数N会导致传感器灵敏度下降, 因此本文最终选择磁导率为200的镍锌铁氧体作为磁芯, 线圈匝数为10匝, 积分电阻为1kΩ。
其中:R为限流电阻;CK为耦合电容;Zm为检测阻抗;L为电流传感器。
2 实验及结果分析
2.1 放电模型及实验接线
针对XLPE电缆接头局部放电的特点, 设计了3种典型的放电模型:针板放电、悬浮放电和沿面放电, 相关结构如图4所示。
在实验室条件下, 利用电流传感器对局部放电进行检测, 实验接线如图5所示。
2.2 实验结果及分析
(1) 针板放电
实验电压为4k V, 放电量约为25p C, 结果如图6所示。由图6中可看出放电集中在负半周电压峰值处, 正半周几乎没有放电现象。
(2) 悬浮放电
实验结果如图7所示, 可以看出悬浮放电的放电量较其他放电模型大得多, 约为1000p C, 在正负半周均有发生并集中在峰值附近。
(3) 沿面放电
实验结果如图8所示, 放电量约为150p C, 可以看出放电在正负半周均有发生, 并集中在上升沿阶段。
3 局部放电检测系统研制
如图9所示为电缆局部放电检测系统原理结构图。该系统通过宽频带电流传感器检测高压电缆接地线中的局部放电电流, 由于线圈输出信号频率较高, 因此需要配套相应的检波放大电路, 以降低对数据采集卡采样速率的要求。对于系统软件的设计, 基于LabVIEW平台, 开发相应的检测软件, 实现了局部放电信号的采集、显示、分析、保存等功能。
4 结论
(1) 本文所研制的宽频带电流传感器具有操作安全方便、灵敏度高、测量频带宽、抗干扰能力强等优点, 可以实现对局部放电的准确检测。
(2) 3种典型放电模型的实验结果表明, 采用宽频带电流传感器可以有效提取局部放电信号, 实现XLPE电缆接头局部放电的带电电检检测测。。
摘要：开发了一套基于罗氏线圈电流传感器的高压电缆接头局部放电带电检测系统。首先实验研究了罗氏线圈电流传感器铁芯材料、磁导率、积分电阻以及线圈匝数对其幅频特性的影响, 然后利用该传感器对三种典型的局部放电模型进行了检测, 验证了其有效性, 最后开发了相应的数据采集及软件系统, 实现了高压电缆接头局部放电的带电检测。
关键词：电缆接头,局部放电,Rogowski线圈,带电检测
参考文献
[1]罗俊华, 邱毓昌, 杨黎明.10kV及以上电力电缆运行故障统计分析[J].高电压技术, 2003, 29 (6) :14-16.
[2]Mashikian M S.Preventive maintenance testing of shielded power cable systems[J], IEEE Trans.on Industry Applications, 2002, 38:736-743.
[3]段乃欣.用于电力电缆局放检测的宽频带电磁耦合法的研究[D]西安:西安交通大学, 2003.
[4]朱海钢, 冯江, 罗俊华.XLPE电力电缆局部放电高频检测技术的研究[J].高电压技术, 2004, 30 (136) :75-76.
高压旋转接头 篇4
1 热缩接头的安装制作
热缩中间接头广泛用于35 kV及以下电压等级的交联电缆中间连接部位。所用材料一般为以聚乙烯、乙烯—醋酸乙烯 (EVA) 及乙丙橡胶等多种材料组分的混合物。该类产品主要采用应力管来处理电应力集中问题, 即采用参数控制法缓解电场应力集中状况。与其他绕包式、瓷套式、浇注式、预制式等电缆附件接头相比, 具有体积小、质量小、安全可靠、安装方便、价格便宜等特点。接头附件长期使用温度范围为-55～105 ℃, 老化寿命长达20 a, 径向收缩率≥50%, 纵向收缩率<5%, 收缩温度为110～140 ℃。
附件安装的主要工序:附件设备点件检查→剥除电缆护层→剥除铜屏蔽层及半导体导电层→固定应力管→压接连接铜管→包绕半导体带及填充胶→固定绝缘管→安装屏蔽网及地线→固定护套→试压→送电运行验收。
2 热缩接头的关键控制点分析
在井下高压电缆的安装过程中, 井下环境的特殊性对施工造成了较大影响, 同时也对施工的质量提出了考验。在多次对井下热缩接头施工观察中发现, 环境是影响施工的最大因素。井下环境多潮湿、多尘, 而对高压电缆进行中间热缩的地点存在风大、多尘、潮湿的情况, 且人为因素影响也较大。热缩接头施工质量如果控制不好, 将对电缆接头的使用寿命和安全性造成很大影响, 继而埋下安全隐患。因而, 对井下热缩中间接头施工工艺的控制显得尤为重要。现对施工中的几个关键点进行分析。
2.1 环境控制与保护
热缩中间接头要求作业场所环境温度在0 ℃以上, 相对湿度在70%以下, 在雨、雾、风天气中必须采取有效措施方可施工。热缩接头从开始剥切到制作完毕必须连续进行, 一次完成, 以免受潮。井下施工现场多尘、潮湿, 环境相对湿度有时超过90%, 且施工地点往往会出现不可避免的淋水, 此时就需要采取必要的措施改善施工环境, 否则施工质量就无法保证[1]。影响附件质量的主要因素有以下几个方面:电气绝缘性能、热性能 (抗老化性能、散热性能) 、附件结构、安装工艺与环境。这就要求相对室外一般环境, 在井下进行热缩接头制作时尽量避开风流量大、粉尘含量相对较大的环境, 防止粉尘的快速积聚影响施工质量;在有淋水的情况下应提前采取防水措施, 防止淋水直接淋在接头上导致线路受潮, 在施工结束后也应该对接头采取一些必要的防护措施, 防止长期使用出现问题。可在施工地点临时搭起防雨油布, 在上风向制作挡风板, 如果夏天空气湿度过大, 可在做接头前将电缆用喷灯进行烘烤, 在不超过70 ℃的情况下烘烤10 min祛潮, 保证施工质量;热缩接头的使用地点应尽量避开顶板不稳定的巷道, 因热缩中间接头位置已经将铠装切除且内部填充物经二次装设已不均匀, 故电缆抗冲击力、挤压力大为下降, 一旦受到撞击将会损坏电缆。
2.2 应力管原理和铅笔头的制作
应力管是一种体积电阻率适中 (1 010～1 012 Ω·cm) 、相对介电常数较大 (20～25) 的特殊电性参数的热收缩管, 它利用电气参数强迫电缆绝缘屏蔽断口处的电应力沿应力管疏散, 呈较均匀的分布, 如图1所示。
高压电缆每一相线芯外均有一接地的 (铜) 屏蔽层, 导电线芯与屏蔽层之间形成径向分布的电场。也就是说, 正常电缆的电场只有从 (铜) 导线沿半径向 (铜) 屏蔽层的电力线, 没有芯线轴向的电场 (电力线) , 电场分布是均匀的。
在制作电缆头时, 由于剥掉了屏蔽层, 改变了电缆原有的电场分布, 将会产生对绝缘极为不利的切向电场 (沿导线轴向的电力线) , 并且剥去屏蔽层的芯线的电力线向屏蔽层断口处集中, 屏蔽层断口处即成为电缆最容易击穿的部位 (图2) 。
此种电缆屏蔽层断口的处理方法一般是, 用可将集中的电力线 (电应力) 进行分散的材料制成的电应力控制管 (简称应力管) 套在屏蔽层断口处, 以分散断口处的电场应力, 保证电缆能可靠运行[2]。交联电缆因内应力处理不良, 会在运行中发生较大收缩, 因而在安装附件时应严格控制应力管与绝缘屏蔽搭盖的距离, 应不少于20 mm (20～25 mm为宜) , 防止收缩时应力管与绝缘屏蔽脱离, 保证应力管的效果。相对于室外一般场所, 在井下照明不佳、潮湿以及多尘的环境下, 必须注意对应力管的保护, 不得污损、破坏应力管。必要时可多带几盏矿灯增加照明强度, 制作过程中应设置防水油布、挡风板或墙来保护应力管, 这点尤为重要。
在热缩电缆中间接头的制作过程中, 将聚氯乙烯绝缘制作成铅笔头的形状, “铅笔头”也是用来分散电场分布应力的有效办法。电缆绝缘端部与接线铜管之间需包绕密封带时, 应将绝缘端部削成锥体, 即制成反应力锥, 同时必须将锥面用砂纸抛光, 因为锥面的长度远大于绝缘端部直角边的长度, 故而沿着锥面的切向场强远小于绝缘直角边的切向场强, 沿锥面击穿的可能性大大降低, 从而极大提高了接头的安全性。
因此, 电缆断头的处理必须严格遵守“将其制作成铅笔头形状”的原则, 并使用锉刀、砂纸等进行打磨处理直至为近似圆锥, 才能保证电缆的性能。在制作“铅笔头”时, 切不可盲目求快而制成垂直头, 那样将使放电击穿的概率大为提高。
2.3 热缩火焰控制
喷灯自身是火源, 所以在使用前必须采取相关安全措施并经相关部门会审批准方可使用。热缩电缆最为关键的步骤即热缩, 热缩质量的好坏直接关系到接头的安全性能和使用寿命。
热收缩附件因弹性较小, 运行中热胀冷缩时可能使界面产生气隙, 因此使用密封技术很重要, 以防止潮气侵入。而加热的程序也并非对准附件直接烘烤, 具体应注意:
(1) 热缩材料的加热收缩温度为110～120 ℃为宜。此时要求调节喷灯火焰呈黄色柔和火焰, 禁止使用高温蓝色火焰, 以免烧伤热收缩材料。
(2) 刚开始加热材料时火焰要慢慢接近热缩材料, 在其周围来回移动, 均匀加热, 并使火焰的余温向收缩方向预热材料。
(3) 火焰应呈螺旋状前进, 保证绝缘管受热均匀并沿周围方向充分均匀收缩。
(4) 相对普通环境, 在矿井风力较大的情况下也应采取必要的挡风措施, 防止喷灯加热时火焰偏向一个方向造成热集中导致热缩件局部过热而老化, 破坏绝缘性能。
2.4 试压
热缩件的出厂标准耐压达到了1 min工频105 kV耐压试压。矿井生产中为了加快施工的进度, 可能会忽略电缆试耐压的情况, 这绝不可取。电缆接头在制作完成后的检测是电缆接头制作成功与否的唯一检验办法, 也是电缆安全送电的可靠保障。送电前的检测应包括遥测绝缘电阻和1 min工频耐压试验, 确保电缆接头的安全可靠。在井下试压时应注意防潮, 以免影响试验结果。
3 结语
经过对井下热缩接头的长期施工观察发现, 上述的关键施工程序制作过程中不符合标准的情况时常存在, 而热缩接头在例行的安全检查中并不作为检查项目, 而仅仅是在计划的耐压检查中进行检测。在某矿已发生的高压供电事故中, 热缩接头事故占到20%左右, 其中有中间接头被击穿、长时间淋水不采取措施导致漏电和正常使用发热等。经查全部为施工工艺把握不当所致, 而上述4点的工艺控制为主要原因, 因而很有必要对施工人员进行热缩接头的技能培训, 并对关键程序进行分析控制, 以保证施工质量。
热缩接头作为安装便捷、价格低廉的电缆接头解决方案, 在供电中得到广泛应用。在使用过程中对安装质量的控制是保证安全生产的关键, 必须合理、有效地控制电缆接头工艺质量, 方能为保障矿井的安全高效奠定基础。
参考文献
[1]国家冶金工业局.YB/T 182—2000冶金企业热缩型电缆头制作工艺标准[S].北京:中国标准出版社, 2001.
高压旋转接头 篇5
高压开关柜的一次设备分布在3个相互独立的隔室内, 分别是母线室、断路器室和电缆室。按有关的规程要求, 除了为实现电气连接、控制、通风而必须在隔板上开孔外, 所有隔室均呈封闭状态, 按GB/T11022-1999规定外壳防护等级至少应达到IP2X, 隔室间防护等级也至少要达到IP2X。在电缆室有连接出线电缆的3 (或更多) 个主接头与连接旁路刀闸的十几个接点。在断路器室内的断路器手车上一般有6个主插头, 有18个流过负荷电流的连接点;以上所说连接点直接流过负荷电流, 当负荷较大时存在隐患的连接点就会发热。由于发热点在密封柜内, 运行中的柜门禁止打开, 值班人员无法通过正常的监视手段发现发热缺陷。发热严重时接头会变红甚至熔断, 直接造成生产事故。据有关资料显示, 高压开关运行中, 发生载流故障最多, 存在的问题是:触头过热, 引线过热, 常扩大为绝缘故障。主要是由于开关柜的插头接触不良、插接偏心不正等原因导致过热, 以致起弧烧坏设备。高压柜内接头发热事故在近几年屡有发生。
2 事故原因分析
经过分析发现, 事故发生的主要原因有:检修试验人员工作失误, 设备安装连接工艺不当, 负荷变化, 设备老化变形, 运行人员操作开关不当等。
检修试验人员工作失误。检修人员进行开关检修或试验时必须拆开部分连接点, 工作结束时再恢复原样。由于工作人员失误, 本来应该安装4根紧固螺栓的接头, 只装了3根甚至只装了1根, 或者是试验人员紧固螺栓不到位造成接触面压力小。线路负荷较小时这样的隐患不会被立即发现, 当负荷突增时该接头就会过热。这样的情况一般出现在电流互感器的连接点。事故的主要原因是检修人员的工作态度与责任心的问题, 近几年随着检修工作责任制的推行, 此类现象已经大大减少。
设备的安装、连接工艺不当。设备的安装工艺不当主要是施工质量问题, 高压柜内小车式开关插嘴的位置与固定的插头位置如有偏差, 开关推入后插头部分就可能接触不实, 造成发热。这是施工安装时的问题, 需要运行人员在设备验收时把好关。另一个连接工艺问题出在出线电缆与开关引出线的连接处。10k V连接开关的引线一般使用40mm宽铝排, 旁路刀闸一般安装在铝排上, 出线电缆也在这一位置。10k V电缆较粗, 通常只使用1根螺栓来连接2条电缆, 连接的受力面较小, 电流通过的有效截面减小, 于是造成发热, 同时电缆头制作工艺差, 线夹压接力度小, 也易造成过热。另外母线在加工、连接、安装过程中, 对母线接触表面处理不到位、不平整、不光滑、没有涂专用电力脂等, 都会导致有效接触面积减少接触电阻增大而发热。
负荷突变的影响。电力负荷的变化会影响设备的温度, 正常的负荷变化引起的温度升高不会超过75℃。如果负荷增加的较多时 (如比平时增加了1倍或几倍) , 或者线路受到短路电流冲击后, 设备的薄弱环节就会发热, 发热后连接点的材料会发生变形、氧化等物理或化学变化。发热后如不及时发现, 再次受负荷冲击后, 又会过热, 经过多次反复的恶性循环, 接头的连接状况越来越差, 最后便会造成接头熔断事故。
设备变形老化。随着电网改造的进一步深入, 新材料、新工艺、新设备大量在电网中推广应用, 设备的健康水平也有了明显提高, 但是仍有很多老旧设备还在运行。很多旧设备选用的导体材料的电导率不满足要求, 多数属于导体原材料纯度不够, 断路器在正常运行条件下, 其导流部分发热量高, 温升大, 造成开关柜内温度持续升高。
运行人员操作开关不当。运行人员在进行断路器和刀闸操作时, 导电触头进入母线室, 小车到工作位置时, 行程开关闭合, 绿灯亮, 此时还应该轻摇小车, 直到完全合上为止, 使动、静触头完全接触, 减小接触电阻。
3 预防接头发热事故的措施及方法
密封高压开关柜内的接头发热是生产中的难题, 通过采取各种措施, 如:实行检修人员责任制, 更新老旧设备, 改进接头的连接、安装工艺等, 可以大大减少接头发热事故。但是, 从目前的设备状况看, 要想完全避免接头发热事故也是不现实的。于是希望通过在线监视的方法, 提前发现开关柜内设备接头发热的迹象, 以便采取措施, 防止出现恶性事故。
目前经常使用的柜内接头温度监视方法。柜内接头发热监视方法主要有:在接头粘贴测温蜡片;手摸柜门感知柜内温度;通过异常气味发现设备过热;通过异常音响发现设备过热等。粘贴测温蜡片是室外接头常用的测温法, 用在封闭柜内有很大局限性, 大部分接头通过柜门的观察窗看不到, 只能在开关停电检修时检查接头有无过热情况, 对预防事故作用不大。手摸柜门的方法可大概判断温度有无异常, 但是这种方法具有很大的随意性与偶然性, 而且由于个人感觉的差异, 相同情况也会有不同的判断。当有过热的接头时, 一定会有异常气味或异常声音, 特别是连接电流互感器的接头发热时, 可以发出强烈的异常气味, 工作人员可根据气味的来源作出进一步的判断。
预防封闭柜内接头发热事故的新方法。最初试验选择的是直接监测法, 在接头上安装温度传感器, 将温度信号集中处理, 判断接头温度是否超过允许值。其技术难点是温度传感器的安装, 温度信号由传感器到处理机的传送。要求温度传感器直接安装在10k V电压的接头上, 其体积有严格限制, 不能影响开关的绝缘与正常运行。信号传送使用有线方式是绝对不允许的, 通过无线发射存在强电场磁场干扰与发射装置电源不易解决的问题。这一方案最终没有试验成功。随后又进行了间接监测的研究与试验。主要方案是在接头位置涂一种特殊涂料, 使其在规定温度时发出特定气体, 在柜顶部安装特定气体的传感器, 当气体浓度达一定值时发出报警信号。这一方法的技术难点之一是气体的选择, 该气体要求在空气中含量少, 不受被测物升温后挥发气体干扰, 对此气体检测最好使用成熟的传感器。难点之二是发出气体的涂料的稳定性, 要保证涂料在室温中长期存放不挥发。选用氢气与一氧化碳进行了试验。由于受气体浓度限制, 要求传感器灵敏度较高 (带来干扰信号太多的问题) 。此方案虽然有所突破, 但其成本太高, 不易在生产中推广应用, 最终被否定。
最后受手摸感知法的启发, 决定通过监视开关柜内空气温度的方法来判断有无接头发热故障。总体方案是在每台开关柜顶的排气孔上安装一个温度传感器, 如果空气温度达到规定值即发出报警信号;或是柜内空气温度与环境温度差值达到规定值时即报警。具体报警温度定值要通过试验的方法确定。我们先将传感器的温度信号经过模数转换后输入计算机作记录, 然后将开关的负荷数据也存入同一台计算机, 通过对比分析, 确定开关负荷与温度的关系曲线, 根据温度曲线确定其报警温度值。报警信号由计算机发出, 直接送到控制室。控制室内的值班员也可以通过计算机随时查询开关柜内的实时温度值。对于无人值班变电站, 可以将过热信号作为一个遥测量通过RTU直接送到监控中心。这一测温方法温度传感器安装方便简单, 运行可靠, 投入较小, 技术成熟后可在变电站内大量应用。
摘要：随着设备技术的提高, 高压开关柜具有结构紧凑、体积小、布置简单、安装方便等特点, 得到广泛的应用。然而, 开关柜的内部过热是开关柜常见的故障。笔者分析了高压开关柜内接头发热事故的原因, 并提出了解决措施。
关键词：高压开关柜,发热,原因,措施
参考文献
高压旋转接头 篇6
1 高压磁传动流变仪结构
高压磁传动式流变仪对传统的同轴圆筒流变仪作出了诸多改进。流变仪的结构如图 (1) 所示。流变仪封头采用球壳封头, 球壳封头相对其他形式的封头承载能力更强, 封头所需厚度更薄。封头的厚度直接影响着永磁耦合器上下磁极间的距离, 在文献[5]中已经分析永磁耦合器上下磁极间距的增大会导致耦合器所能产生的转矩迅速减小, 故减小封头的厚度非常重要。流变仪内筒体的旋转由耦合器带动, 旋转轴无需穿过流变仪外筒体, 避免了密封的困难和密封带来的摩擦。旋转轴不穿过流变仪外筒体, 不与内筒体相接触。在80 MPa左右的工作压力和耦合器存在的条件下, 一般材料很难满足要求, 选用相对磁导率极低的无磁钻铤的材料作为外筒的材料, 无磁钻铤机械性能较好, 屈服强度高达689MPa, 在80 MPa的工作压力下, 球壳的厚度可以不超过4 mm, 是外筒体的理想材料。为了筒体厚度一致, 取筒体厚度为7 mm, 运用Ansys软件中Billinear模型求得在80 MPa内压下, 筒体最大应力不超过607 MPa, 即使压力为90 MPa时, 筒体强度也能满足要求。增加筒体厚度可以可以设计出更高压力流变仪。
图1流变仪同轴圆筒部分内筒体外半径为R1, 外筒体内半径为R2, 内筒在耦合器的带动下以角速度Ω在待测流体中作回转运动。假如两个同轴圆筒间的缝隙足够小, 内外筒半径之比大于0.97时, 筒间的流场可以近似为简单的稳定剪切流动[6]。同轴圆筒部分流体内各流层所受的剪切力矩M1均相等, 可由式 (1) 表示
式 (1) 中L为筒体的长度, r1为流层到旋转轴的距离, τt为各流层的剪切应力, τt是半径r1的函数。内外筒表面上的剪切应力τt1、τt2可分别表如下
通过求解旋转力矩方程, 得到旋转流变仪的内筒转速W的基本公式[7]如式 (4) 。
式 (4) 中f (τ) 为流体的本构方程。
流变仪球壳部分内球壳外半径与同轴圆筒部分内筒体外半径相同为R1, 外球壳内半径与同轴圆筒部分外筒体半径相等为R2。在球壳上取φ到φ+dφ间的流体区域分析半球壳上各流层所受的剪切力矩M2。在φ到φ+dφ间, 各流层所受的剪切力τφ变化很小, 可视为常数, 则各流层所受的剪切力矩d M2可表示如下:
式 (5) 中r2表示流层到球心的距离。内外筒表面上的剪切应力τφ1、τφ2表示如下
待测流体为牛顿流体时, 将牛顿流体的本构方程f (τ) =τ/η代入式 (4) 可得
将式 (2) 、式 (3) 代入式 (8) 整理得圆筒部分各流层所受的剪切力矩
将式 (6) 、式 (7) 代入式 (8) 整理得球壳部分φ到φ+dφ间各流层所受的剪切力矩
则球壳部分各流层所受的剪切力矩
则内筒体上总的剪切力矩
式 (13) 中Cn是只与仪器参数相关的参数, 可将其称为牛顿流体流变仪器常数。
待测流体为非牛顿流体时, 在石油工业中运用的大多为幂率流体, 将幂率流体的本构方程 (其中K为流体稠度, n为流体流动指数) 代入式 (4) 可得
将式 (2) 、式 (3) 代入式 (14) 整理得圆筒部分各流层所受的剪切力矩
将式 (6) 、式 (7) 代入式 (14) 整理得球壳部分各流层所受的剪切力矩
则内筒体上总的剪切力矩
结合石油工业中有关设备的尺寸, 取外筒体内径为100 mm, 外筒体内腔高度300 mm, 内筒体外径为98 mm, 可以满足工作要求。另外, 在耦合器外侧布置相对磁导率较大的铁磁材料, 提高耦合器的工作性能。
2 永磁耦合器的设计与仿真
参考文献[5], 设计出永磁耦合器如图2所示。耦合器由六对永磁体组成, 磁体材料需要有较强的磁性能, 故采用钕铁硼稀土永磁体。钕铁硼永磁体具有很高的磁能积, 也能满足工作温度要求。耦合器上部6块磁体分布在流变仪内筒体球壳上, 其外径98 mm, 厚度8 mm;下部6块分布在与电机相连的由铁磁材料制成的磁体球壳座上, 内径118 mm, 厚度8 mm。经分析, 耦合器靠近中心的磁体对磁扭矩的贡献不大, 且会导致磁体机械强度减弱, 故中心部分可以去掉。
耦合器结构相对复杂, 各片磁体形状也不规则, 整个耦合器在运动过程中没有确定的对称面, 故运用Ansys软件对耦合器各准静态过程进性三维分析, 分别计算耦合器相对磁极间不同角度差θ时的磁力矩T并将θ与T进行拟合, 其结果如图 (3) 所示。从此曲线可以看出耦合器磁力矩与相对磁极的角度差大可用二次函数拟合, 为流变仪动态仿真提供力矩与转角间函数关系, 为流变仪磁力矩的计算提供依据。以清水和常用压裂液为例, 运用式 (12) 、式 (17) , 代入常温下清水的黏度1.005×10-3Pa·s知耦合器所需提供的磁力矩为0.012 N·m;代入压裂液K=4, n=0.5知耦合器所需提供的磁力矩为1.28 N·m;由上述数据及曲线表明耦合器所能提供的磁力矩可以满足仪器的需要。
3 流变仪的动态仿真
流变仪电机采用PWM调速直流电机, 系统的速度控制器和电流控制器通过Gto控制来对电枢的供电电压进行脉宽调制[8]。正常工作状态下, 流变仪在启动一段时间后运行达到稳定状态, 此时耦合器上下磁体同步转动。流变仪内筒体的角速度与电机的转动角速度相同, 通过测定稳定状态下电机的转速即可确定流变仪内筒体的角速度。此时电机的电流与电机负载一一对应, 电机的负载由耦合器决定。在稳定状态下, 耦合器提供的磁力矩与流变仪筒体间待测流体的阻力矩相平衡, 待测流体的阻力矩与待测流体的剪切黏度η (牛顿流体) 或流体稠度K和流动指数n (非牛顿流体) 间的关系由式 (13) 、式 (17) 表示。对于牛顿流体流体的阻力矩与流体的剪切黏度η和流变仪内筒体的角速度Ω的关系简单, 通过测定电机电枢电流便可确定待测流体的剪切黏度η。其动态系统仿真模型如图4所示。
在图4中耦合器模块输入为电机的角位移与流变仪内筒体角位移之差, 即耦合器相对磁极间的角度差, 输出为耦合器提供的磁力矩, 它是流变仪内筒体转动的主动力矩。耦合器相对磁极间的角度差与耦合器提供的磁力矩间的关系采用上节“永磁耦合器的设计仿真”中的拟合结果。耦合器提供的转矩是角度差θ的周期函数, 周期为π/3。考虑到磁体的线性去磁特性, simulink模型如图5所示。
对于非牛顿流体流体的阻力矩与流体稠度K、流体流动指数n和流变仪内筒体的角速度Ω的关系比较复杂, 通过多组测量, 便可十分准确的测定待测流体的稠度K和流动指数n。其动态系统仿真模型如图6所示 (其左侧部分与牛顿流体仿真模型虚线左侧部分相同) 。
在对牛顿流体进行测定时, 正常工作状态下, 电机电枢电流随时间变化如图7 (以转速20 r/s, 流体剪切黏度0.01 Pa·s为例) 。刚启动时, 电枢电流变化迅速, 需设定最大电枢电流防止出现失速情况[8]。启动一段时间后系统运行平稳, 此时电枢电流与电机提供的力矩一一对应, 通过计算电枢电流的大小获得电机提供的力矩值, 进而获得流变仪内筒体的主动力矩, 测定待测流体的粘度。在耦合器的作用下, 电机转速与流变仪内筒体转速随时间变化曲线如图8所示。耦合器提供的主动力矩和流变仪内筒体受到流体阻力矩随时间变化曲线如图9所示。
在稳定状态下, 通过图7、图8、图9所示的数据, 运用公式 (13) 便可确定待测流体的黏度。其中牛顿流体流变仪器常数Cn可以按其公式计算, 亦可通过标准牛顿流体进行标定。
在对非牛顿流体进行测定时, 电机电枢电流随时间变化曲线, 耦合器提供的主动力矩和流变仪内筒体受到流体阻力矩随时间变化曲线 (以流体稠度K=4 kgm-0.5s-1.5, 流动指数n=0.5, 转速20 r/s为例) 分别如图10, 图11。
由公式 (17) 可知, 在获得流变仪内筒体转速和流体阻力矩的数据后, 需要通过这两个量确定待测流体稠度K和流动指数n两个参数, 故至少需要测定两组不同转速下的数据, 为了测定更加精确, 可以测定一系列的上述数据, 将此系列数据进行处理, 得到更加准确的所需数据。
在流变仪的运用中, 需要耦合器在运行一定时间后上下磁体保持同步。在实际中, 除文献[8]中所述需要控制最大电枢电流外, 还需控制流变仪内转动部分的转动惯量。流变仪内转动部分由耦合器带动, 耦合器所能提供的力矩有一个上限, 当流变仪内转动部分尤其是内筒体转动惯量过大而使其惯性力矩超过耦合器所能提供的力矩的上限时, 便也会产生失速, 如图8所示。此时应当谨慎设计流变仪内筒体的结构, 如采用空心结构或多种材料组合使之既能满足测定时的的高压环境又能有合适的转动惯量保证仪器在测量范围内不产生失速现象。
4 流变仪测量方案及注意事项
磁传动流变仪在使用过程中通过电机电枢电流的大小可以计算出电机输出力矩, 此力矩与耦合器所提供给流变仪的主动力矩对应。在流变仪稳定运行过程中, 流体的阻力矩与流变仪的主动力矩平衡, 因此, 测出电枢电流便可求得流体流动时的阻力矩, 运用公式 (12) 、式 (17) 便可求得待测流体的流变参数。磁传动流变仪力矩的传递用运到了磁耦合器, 磁耦合器所能提供的力矩有一个上限, 力矩超过此上限, 耦合器便会产生失速。为了防止此现象发生, 在流变仪生产以后进行敞开实验, 记录不同工况下流变仪的各参数之间的关系以对测量中的数据进行指导。此外准确记录电机电枢电流与耦合器提供的磁力矩间的关系还可以解决磁耦合器在运动过程中在筒体中产生的涡流对计算的磁力矩影响的问题。
5 总结与展望
1) 通过永磁耦合器对力矩的传递, 可以设计出高压下密封简单、摩擦力小, 对牛顿流体和非牛顿流体进行测量的流变仪。为高压流变仪的设计提供了一种新的方案。
2) 分析推导出了球壳间流体的剪切力矩与内球体角速度之间的关系, 消除流变仪筒体端部效应对测量的影响。
3) 通过有限元计算出了分布于球壳上, 形状较为复杂的永磁耦合器力矩传递情况, 为计算流变仪主动力矩提供依据。
4) 运用Simulink对整个流变仪系统进行仿真, 分析流变仪的可行性与测量方法, 并对系统中相关参数及注意事项进行分析, 对流变仪中相关参数如流变仪的转动惯量和最大电枢电流等做出了分析, 可以对流变仪的结构设计提供指导;同时对耦合器失速曲线进行了分析, 为流变仪测量中判断失速与否提供了指导。
然而, 由于研究条件的限制, 还未能研究出此流变仪的具体技术指标, 也没有从理论上解决耦合器运动过程中筒体中产生涡流对测量影响的问题, 希望在后续研究中予以解决, 为高压流变仪提供一种简单有效的方案, 为我国石油工业做出贡献。
摘要：在石油工业压裂处理中, 压裂液的流变参数对压裂效果影响显著。准确测量在深井高压下压裂液的流变参数对压裂工作有重要指导意义。流变仪工作压力较高时, 传动轴穿过筒体时密封十分困难, 密封带来的摩擦对测量精度影响很大。采用永磁耦合器解决了上述问题, 且使仪器的结构简化。采用球形封头改进普通同轴圆筒流变仪的结构, 使流变仪机械强度提高, 力矩传递能力增强。运用Simulink对流变仪系统进行仿真, 分析系统的测量方法和确定系统中相关参数, 可以对高压流变仪的设计提供理论基础。流变仪设计方案可以为高压流变仪的设计作出指导。
关键词：流变仪,高压,磁传动,永磁耦合器,Simulink,动态仿真
参考文献
高压旋转接头 篇7
1 自然补偿与旋转补偿器的比较
热力管道尤其是蒸汽管道设计初期, 管道走向应充分考虑热胀冷缩产生的二次应力, 以确保管道热态运行的安全性和稳定性。管道热膨胀量的计算公式如下:
L表示计算管道的长度, 单位是m;α表示管道的线膨胀系数, 与管道材质有关, 单位是mm/ (m·℃) ;T1表示管道内的介质温度, 单位是℃;T2表示管道的安装温度, 单位是℃, 一般取20℃。
1.1 管道的自然补偿
在进行热力管道设计时, 首先要考虑自然补偿, 即利用管道的自然弯曲吸收管道自身的热膨胀量。自然补偿在热力管道的设计中一般分为三类:空间立体弯、Z字型折角弯和L型直角弯。判别空间立体管段的补偿能力能否满足要求时, 可用到以下公式:
D0表示管道的外径, 单位是mm;Y表示管段的总变形量, 即管道三个方向的热变形量的矢量和, 单位是mm;L表示管段在两固定点之间的展开长度, 单位是m;U表示管段两固定点之间的直线距离, 单位是m。使用条件: (1) 管道的两端必须固定; (2) 固定点之间无分支管; (3) 计算管段的外径、壁厚及材质统一; (4) 管道上无中间约束。
由于工程实际中运行的热力管系均为复杂管系, 无法满足上式的使用条件, 因此热力管道设计时多采用应力分析计算软件, 可有效判别某蒸汽管道或管系是否满足自然补偿要求。
1.2 自然补偿的优缺点
自然补偿在高温高压蒸汽管道上的优势十分明显:首先, 耐温耐压性能好, 不受补偿器材质或填料的限制;其次, 无泄漏隐患, 运行安全稳定, 事故率低;另外, 结构简单, 施工方便。
自然补偿的缺点: (1) 补偿能力小, 对于蒸汽管道, 一般30-50m就需设置一组“π”型空间立体补偿弯; (2) 占地面积大, 如管道走向不能满足自身补偿的要求, 就需要额外设置“π”型补偿, 增加了占地面积和土建投资; (3) 运行成本高, 由于弯头增加, 局部阻力损失增大, 管道内介质的温降和压降均较为明显, 为满足下游热用户需求, 就要提高汽源的温度和压力, 从而增加投资和运行成本。因此, 长距离输送高温高压蒸汽管道, 是否采用自然补偿方式, 应进行经济评价和方案比选。
1.3 旋转补偿器的特点
旋转补偿器最大的优势在于补偿量大, 例如DN450以上的旋转补偿器, 其补偿量可达2000mm, 这样就可以弥补自然补偿阻力损失大、运行成本高的缺点。但是, 旋转补偿器因其结构特点, 泄漏频率较高。旋转补偿器的主要技术核心是填料密封, 易发生泄漏的原因主要有以下两条:
(1) 工作时填料磨损, 造成填料腔内松动, 发生泄漏;
(2) 因管道中介质的不利因素 (如氯离子、温度等) 使填料发生氧化, 长期使用造成填料腔内松动, 发生泄漏。
2 旋转补偿器与自然补偿在实际应用中的效果对比
旋转补偿器与自然补偿方式相比较, 在设计理念上最大的变化就是将轴向补偿转换成旋转补偿。例如一根DN400的过热蒸汽管线, 设计压力4.65MPa, 设计温度450℃, 管道材质为15Cr Mo G, 如选用旋转补偿器, 其最大补偿量为1800mm, 根据公式计算, 一组旋转补偿器的补偿距离可达302m, 是自然补偿距离的6-10倍。由此可见, 旋转补偿器能够大量减少弯头使用和管道当量长度, 从而使蒸汽管道的温降和压降大幅度减少, 为项目的投资和运行减少成本, 并且实现高温高压蒸汽的长距离输送。
以上述过热蒸汽管线为例, 当输送距离为270m, 介质流量为200t/h时, 采用自然补偿的压降为0.1MPa, 采用旋转补偿器的压降为0.06MPa, 输送距离越远, 节能降耗效果越明显。
3 结论
目前, 旋转补偿器在高温高压蒸汽管道上的应用并不广泛, 主要原因是其泄漏隐患仍然存在, 但从其发展趋势上看, 可以在长距离输送蒸汽管线上替代自然补偿方式。
摘要：随着大型工业园区的建设与发展, 高温高压蒸汽长距离输送至热用户已越来越普遍, 如何解决高温高压蒸汽管道的热膨胀问题和热损失问题, 是管道设计中的重点和难点。本文就自然补偿和旋转补偿器两种补偿方式在设计选型和应用效果两个方面进行了比较, 可作为高温高压蒸汽管道选择最佳补偿方式的参考。
关键词：高温高压蒸汽管道,自然补偿,旋转补偿器
参考文献
[1]李文昌蒸汽管道利用自然补偿的计算实例[J].新疆有色金属2011 (z1) .
高压旋转接头 篇8
元宝山煤矿是露天煤矿, 其外部供电方式主要以电缆线路为主, 供电的设备分布广、战线长、电缆接头多、电压等级高, 经统计全矿共有25k V供电电缆线路近30km, 6k V供电电缆线路近70km, 主要是橡套电缆, 有少数的交联聚乙烯和聚氯乙烯电缆, 电缆接头有近200个, 原来的电缆接头只有少数交联聚乙烯和聚氯乙烯电缆采用热缩工艺, 个别电缆采用热硫化工艺, 而绝大多数的电缆接头主要采取干包的工艺, 这些处理工艺各有利弊, 有些工艺是处理方便快捷, 造价低, 但故障率高, 安全性差, 供电不可靠, 如遇到雨雪天气更是连连出现“冒炮”的事故, 给生产和生活的正常进行带来很大的影响, 同时存在着严重的安全隐患;有些工艺是能保证安全可靠, 但制作工艺复杂, 处理时间长;有的工艺还需要动火。为保证原煤生产和居民生活的正常进行, 必须保证该矿约100km高压供电电缆的安全可靠供电, 针对上述电缆接头存在的问题探索对高压电缆的接头制作工艺进行改进。
2 改进的工艺方式、原理及优点
结合元宝山露天煤矿高压电缆多数都是橡套电缆, 且采用沿胶带机架固定敷设方式的实际情况, 对高压电缆接头改进为冷补和冷缩相结合的制作工艺。
冷补即外护套采取安装模具灌注2130电气绝缘树脂胶的技术工艺。2130电气绝缘树脂胶是一种特殊的阻燃性聚氨脂, 特别能承受矿井电缆、移动电缆所处的恶劣条件, 与原有电缆护套粘接力强、坚硬并有柔韧性, 并具有绝缘性能。此种外护套修补工艺具有如下优点:
(1) 安装无需专用工具, 简便快捷。 (2) 不用动火, 处理时间短, 安全可靠。 (3) 对电缆本体有持久的径向压力, 与电缆同“呼吸”, 密封防水性能良好, 保证长期可靠运行。 (4) 模具通用并可重复使用, 一种型号适用多种电缆线径, 可以减少库存节约成本。 (5) 接头处理场所不受限制, 可以在车间处理, 也可以在工作现场处理。 (6) 绝缘密封性好, 故障率低。
冷缩即对电缆内部芯线的绝缘和密封采取用硅橡胶冷缩的工艺, 因为其冷缩管具有弹力, 只要抽出内芯尼龙支撑条, 可紧紧贴服在电缆上, 不需要使用加热工具, 具有如下优点: (1) 电缆冷缩管是由绝缘性和高弹性的硅橡胶制作而成, 安装后始终保持对电缆本体合适的径向压力, 使内界面结合紧密, 不会因电缆运行时的“呼吸”作用而产生电击穿。 (2) 具有体积小、现场施工简单方便且能与电缆始终保持同步热胀冷缩等优点, 供电可靠性高。 (3) 冷缩电缆靠的是弹性压紧力, 不会因为弯曲、挪动而出现附件内部层间脱开的危险情况。 (4) 安装时无需动火或特殊工具, 安全可靠, 省时省力, 不需要使用加热工具。 (5) 抗污垢、耐老化、密封性能好, 具有优越的耐寒耐热性能。 (6) 密封胶粘接各连接部位, 实现整体密封, 杜绝并避免因大气环境造成的运行事故。
3 简单制作工艺介绍 (以6k V电缆为例, 见图1)
3.1 电缆预处理
(1) 将电缆置于预定位置, 分别把两端电缆锯齐, 去除电缆护套300mm长。
(3) 用80#砂纸打磨距护套口250mm的区域, 并且清洁干净。
(4) 去除电缆填充材料, 在距导体端部110mm处绕包两层PVC胶带。
(5) 将屏蔽铜丝反折在PVC胶带上, 放置平直, 留出20mm长, 用PVC胶带绕包。
(6) 去除色码带或半导电层, 在金属屏蔽口前留出6mm。
(7) 按照连接管的一半加6mm长去除电缆主绝缘, 打磨并清洁电缆主绝缘。
(8) 在主绝缘端部削铅笔头20mm, 并用120#砂纸打磨、修平。
3.2 导体连接
(1) 将冷缩绝缘管套入电缆一端。 (2) 采用合适的连接管、压接工具和模具进行压接。 (3) 用半导电带填充连接管上的压坑, 然后在连接管上和露出的导体上半重叠绕包半导电带一个来回, 与电缆主绝缘的铅笔头搭接2mm。
3.3 电缆主绝缘
(1) 半重叠绕包高压绝缘胶带, 从一端电缆主绝缘铅笔头处2mm开始, 包至另一端相同位置, 依次来回绕包, 直到连接管处外径等于电缆主绝缘的外径。 (2) 把冷缩绝缘管移至连接处当中, 逆时针抽去芯绳, 使其收缩。 (3) 在冷缩绝缘管端部半重叠绕包高压绝缘胶带, 包至电缆主绝缘上, 形成一个平缓的过度, 并延伸至电缆外屏蔽上2mm, 依次来回绕包, 再在冷缩绝缘管上半重叠绕包高压绝缘胶带一个来回。 (4) 半重叠绕包半导电胶带, 从一端电缆铜屏蔽带上12mm开始, 包至另一端铜屏蔽上。 (5) 将先前套入的铜屏蔽网套展开, 用恒力弹簧将其固定在电缆铜屏蔽带上, 用PVC胶带把恒力弹簧和铜网套边缘包住。
3.4 接地连接线
采用合适的连接管、压接钳和模具将接地线连接, 用PVC胶带把整个接地线包覆住。
3.5 安装分隔网带
(1) 绕包PVC胶带, 在指定位置包上分隔网带, 高度比电缆外径和中间连接部分外径最大者高出一层。 (2) 撕开网带末端并将其固定。
3.6 安装模盒
(1) 检查模盒, 将电缆摆直, 模盒置于中间位置, 灌胶口朝上, 卷紧模盒, 将模盒边折叠好, 折边必须保持直线以便密封。 (2) 如果电缆外径较小, 可以根据实际尺寸调整模盒宽度, 再重新放置模盒, 轻轻移动模盒以防分隔网带堵住灌胶口。 (3) 将漏斗底座放在灌胶口上, 用固定带扎紧。 (4) 把模盒边缘在电缆上卷紧, 从电缆护套上12mm处开始半重叠绕包PVC胶带把整个模盒的锯齿边包覆住。 (5) 在底座上装上漏斗。
3.7 灌胶 (见图2)
(1) 把2130树脂胶从漏斗处灌入, 灌至漏斗处呈半满状态。 (2) 检查漏斗处树脂是否固化。
3.8 脱模
(1) 先将漏斗拿掉, 拆掉固定带和漏斗底座。 (2) 用刀将灌胶口上突出部分修平整。 (3) 把两端PVC胶带松掉。 (4) 由两边向当中慢慢拆下模盒。
3.9 制作完成 (见图3实物图)
4 应用效果
(1) 经过对元宝山露天煤矿25k V和6k V电缆接头制作处理后, 并对制作后的电缆头进行48小时浸水耐压试验, 结果达到合格标准, 现场运行安全可靠, 能够达到一次投资终身受益的目的, 实现了一劳永逸。 (2) 经近两年来的运行统计, 电缆接头故障由原来的每年20-25次降至现在的每年1-2次, 基本实现了零故障, 故障率大大降低。 (3) 应用后取得了可观的经济效益, 从投入的材料、人工等直接损失及中断供电造成的间接损失分析, 据测算每年可节省约50万元, 从避免电气事故造成的间接损失分析节省的费用更是无可估量。 (4) 此项技术工艺得到了现场工人、工程技术人员及主管领导的一致认可, 认为是一项适合元宝山露天煤矿实际的高压电缆接头制作工艺, 可以在该矿不断推广应用。
5 小结
从以上的论述分析可以看出, 冷补冷缩技术工艺结合了冷补和冷缩的双重工艺的优点, 制作出的电缆中间接头与原电缆的结构及性能基本一致, 既保证了高压电缆内部芯线的绝缘密封性, 又保证外部护套的有效衔接可靠性。无论在性能方面、安全方面和技术方面都很实用, 从技术角度分析, 此项技术工艺满足了高压电缆接头绝缘性、密封性、连接可靠性、机械强度性的“四性”要求;从安全角度分析, 此项技术工艺制作后的接头不易漏电、爬电、短路, 确保了作业人员和设备的安全, 既保证了供电的安全可靠, 又保证了质量标准的达标, 对元宝山露天煤矿原煤生产和剥离的正常进行奠定了坚实的动力基础, 创造了可观的经济效益, 很适合该矿固定敷设高压电缆接头的应用。
摘要：针对元宝山露天煤矿高压电缆接头存在的问题和造成的影响, 探索改进了冷补和冷缩相结合的双重制作工艺, 本文分别从接头工艺的方式、原理、优点、制作方法、应用效果等方面全面进行阐述, 保证了高压电缆接头连接的安全可靠, 保障了供电, 提高了生产效率和经济效益。
关键词：高压电缆,接头工艺,应用效果
参考文献
[1]阎士琦, 阎石.10k V及以下电力电缆线路施工图集[M].中国电力出版社, 2008.
[2]佟浚澄, 张学成, 訾贵昌, 伍斌.矿山供电[M].中国矿业大学出版社, 1995.