5.3.3.1 供油系统的安装

5.3.3.1.1 供油系统的作用

供油系统是充油电缆的一个重要组成部分。因为充油电缆是借助于供油系统的油压来防止空气和潮气浸入电缆内部，并消除普通油浸纸绝缘电缆中由于温度变化引起的热胀冷缩产生的气隙，从而大大提高了电气强度，保证电缆能在高电压下运行；同时充油电缆在制造过程中是经过十分仔细的干燥和浸渍，因此，充油电缆储存、运输、敷设安装和运行时必须保持一定的油压。

使充油电缆维持一定油压范围的供油设备主要是供油箱。根据其结构和工作原理，供油箱分为压力供油箱、重力供油箱和恒定压力供油箱。我国充油电缆的供油设备为压力供油箱（简称压力箱）。当电缆负荷电流和环境温度变化引起电缆内部油的膨胀和收缩导致油压的变化时，压力箱能自动调节这部分油量和油压的变化，使电缆的油压保持在允许的范围内。目前，国产的低油压充油电缆允许的压力变化范围为0.02～0.4MPa，油压低于最小值时会造成电气强度下降、绝缘降低，油压超过最大值时会造成电缆护套承受机械应力过大。在电缆施工和运行中都要加以注意，切不可为了一时的方便，随便将压力箱从电缆上拆除，哪怕是很短的时间也是不允许的。

供油系统由压力箱、供油管、真空压力表、真空阀门、绝缘接管及电接点压力表组成，压力箱是一个密闭的容器，内装有若干个弹性元件和绝缘油，如图5-3-3-1所示。压力箱通过管路与电缆连接后，箱中的油与电缆油道相通，当电缆温度上升时，电缆内油的体积膨胀，油压上升将弹性元件压缩，电缆中多余的油流到压力箱中去储备起来；反之，当电缆温度下降，电缆内油的体积收缩，油压下降，此时弹性元件体积膨胀，又把压力箱储藏的油压回到电缆中去，电缆得到油的补充，使电缆中的油压经常维持在规定的范围内。

图5-3-3-1　供油系统示意图

1—油箱；2—弹性元件；3—气体；4—绝缘油；5—电接点压力表；6—阀门；7—绝缘接管；8—报警回路

5.3.3.1.2 压力箱的结构与特性

（1）压力箱的结构及技术要求。

压力箱的箱壳由钢板焊接而成，压力箱内装的弹性元件是由波纹膜片及撑圈制成的密闭饼状元件，内充有一定压力的二氧化碳气体。

装配好的压力箱连同阀门、表头等应具有气密性，在环境温度下，加1.1倍设计最大压力，经8h应无渗漏。

压力箱在工厂制造完成后，经清洗、充油并存放72h，取出油样进行工频击穿电压及tgδ试验，试验结果应符合下列要求：

室温下工频电压击穿强度应大于50kV（在试验电极距离2.5mm时，下同）；

油温100℃±1℃的电场梯度1kV/mm时油的tgδ应小于0.003。

压力箱内注入的绝缘油应符合表5-3-3-1的要求。

上海电缆厂生产的低油压盒式压力箱及大容量盒式压力箱的结构如图5-3-3-2和图5-3-3-3所示。

（2）压力箱的特性。

图5-3-3-2　低油压盒式压力箱结构（单位：mm）

1—吊环；2—真空压力表；3—阀门；4—连接管；5—阀座；6—防护罩；7—标牌；8—箱体；9—弹性元件

图5-3-3-3　大容量盒式压力箱结构（单位：mm）

1—吊环；2—阀头；3—标牌；4—真空压力表；5—阀门；6—连接接头；7—连接管；8—螺母；9—弹性元件；10—箱壳体

表5-3-3-1　注入压力箱的绝缘油技术指标

各种型式的弹性元件具有不同的膨胀收缩特性，压力箱的供油特性也因此而异。压力箱出厂前，进行了供油特性试验，试验时将压力箱充满油，使压力达到工作油压范围的上限，测量每次压力降低0.025MPa时，所放出的油量，按此逐次进行，一直放到压力箱工作油压范围下限为止，逐次所放出油的总数量，就是压力箱对应压力的供油量。同时，以压力作横坐标，放出油量为纵坐标，绘出的曲线即为压力箱的供油特性曲线。压力箱的供油量应不小于压力箱供油特性曲线所代表的标称供油量的90%，图5-3-3-4（a）、（b）为两种50L不同弹性元件压力箱的供油特性曲线。从图中可知，在相同的油压使用范围内，1号压力箱比2号压力箱有较大的供油量，相同型式弹性元件的压力箱，其供油量随弹性元件的增多而加大，如图5-3-3-4（c）、（a）及表5-3-3-2所示。

图5-3-3-5为大容量盒式压力箱供油特性曲线。

（3）压力箱的型号、规格与技术性能。

按照充油电缆及附件国家标准GB9326规定，压力供油箱的型号为CYXY1、CYXY2。其中CY代表自容式充油电缆；XY代表压力供油箱；1代表油压范围为0.02～0.4MPa，2代表油压范围为0.02～0.8MPa。上海电缆厂生产的盒式压力箱的规格与技术性能见表5-3-3-2。

大容量盒式压力箱的规格与技术性能见表5-3-3-3。

图5-3-3-4　低油压盒式压力箱供油特性曲线

（a）1号50L压力箱供油曲线（盒式元件内气压0.05MPa）；（b）2号50L压力箱供油曲线（盒式元件内气压0.1MPa）；（c）3号75L压力箱供油曲线（盒式元件内气压0.05MPa）

图5-3-3-5　大容量盒式压力箱供油特性曲线

（a）XY—A250型压力箱供油曲线；（b）XY—B200型压力箱供油曲线

表5-3-3-2　盒式压力箱规格与技术性能

续表

表5-3-3-3　大容量盒式压力箱规格与技术性能

5.3.3.1.3 压力箱的配置

电缆线路需要压力箱的只数是在保证电缆及终端在允许的油压范围内，根据负载变化所引起电缆内的油体积变化和季节性温差引起电缆、压力箱、终端的油体积变化的总和并留有适当裕度来决定的。裕度一般为需油量总和的40%，可用下式表示

ΔGc、ΔGs、ΔGpt、ΔGt可由5.3.3.2.1中式（5-3-3-8）、式（5-3-3-10）、式（5-3-3-11）、式（5-3-3-12）求得。

如果电缆线路很短，一个回路三根单芯电缆总共需要的压力箱供油量还少于50L时，也不希望三根电缆公用一个压力箱供油，而应采用每相单独用一只压力箱供油的彼此独立的供油系统。这样运行方便，当某一相的供油系统有故障（如漏油）时，不会影响其他两相，而且可以比较每个供油系统压力表的指示，能很容易地发现漏油故障。

电缆线路一般采用独立供油又有联络阀门的供油系统，如图5-3-3-6所示。在正常运行时，联络阀门应关闭，形成各相独立的供油系统，只有当某一相的压力箱有故障时，或在处理问题期间，才允许打开有关的联络阀门，使两相临时公用一个压力箱。

图5-3-3-6　充油电缆线路压力箱供油系统图

1—电缆终端；2—绝缘接管；3—压力箱；4—管路；5—阀门；6—压力表；7—电缆

当每相电缆需要压力箱数量较多时，可在线路两端分别装设，每端压力箱采取并联连接。当电缆线路较长时，在一侧配置压力箱不能满足暂态油压变化要求时，应在线路两端分别配置压力箱，这样就将原来一端供油时的长度分为等长的两段。由于电缆内部的暂态油压的最大值与供油段的长度的平方成正比，因而暂态油压的最大值就降至原来的1/4。如电缆线路更长，采用两端供油仍不能满足要求时，应将线路分隔成两个以上的供油段，以降低暂态油压的最大值。将电缆线路分段时，需在线路分段处装设塞止接头或供油接头，使供油设备的电缆油通过电缆接头进入电缆内部，达到分段供油。

当充油电缆线路的高、低位差较大，低处电缆内的油压超过允许的上限值时，也需装设塞止接头。将电缆线路分隔成两个及以上的供油段，使每一供油段的油压在允许的范围内。这样也需在塞止接头处配置压力箱。

5.3.3.1.4 压力箱和供油管路的安装

压力箱应安装在尽量靠近电缆终端的地方，并且加以固定。如果电缆线路的落差不大，压力箱可装设在户内的一端。需要装在户外时，压力箱必须加遮阳和防雨装置，对压力表加保护罩。环境温度低于-15℃时应装置防寒设施，安置在地震烈度8度及以上地区或土壤具有不均匀沉降地区的压力箱，应与电缆终端的基础整体相连。对于落差较大的电缆线路，压力箱不可装在下端，而应该装在线路的上端，因为高落差电缆线路的下端，其油压要比上端的油压增加一个与这一段落差高度相应的油柱压力，如果压力箱装在高落差的下端，则压力箱内将一直受到这一高差油柱压力的作用，因此有一部分供油量就无法被利用，在这种情况下，虽然计算出压力箱数量是足够的，但是能够吞吐的那一部分供油量就不够了。

供油管路应采用外部有塑料护套的铜管或不锈钢管，其内径应不小于电缆油道的直径，连接的管路应尽可能短，以减少压力箱与终端之间有油流变化时的压力损失。在压力箱与电缆终端之间的供油管路上必须接入一段在电气上是绝缘的“绝缘接管”，以免电缆铅护套通过压力箱造成接地；在需要测试电缆铅护套对地的绝缘电阻时，只要拆除铅护套的接地线，就可以准确地测出数据，以监视电缆防腐层的完好程度。“绝缘接管”用环氧树脂浇注而成，装在终端尾管阀门的外侧，靠近绝缘接管的油管路应用卡子固定，以防止振动，损坏绝缘接管。

供油管路安装最重要的问题是必须保证清洗干净、安装后密封良好，以便供油系统能保持一定的油质和油压。为了减少漏油、进气的机会，管路除和阀门、终端、压力箱、绝缘接管等的连接采用有塑料或耐油橡皮密封垫的活接头外，其他部分都采用焊接。焊接接头应进行1.5倍工作油压试验，历时15min应无渗漏。管路制作前先用白布蘸汽油引入管内擦洗内壁，再用白绸布蘸航空汽油或四氯化碳多次清洗，直至白绸布不被染污为止；待弯曲成形和焊接后用白绸布擦一遍，再灌入四氯化碳，熔解油腻；然后用干燥的高压气体吹去未挥发尽的溶剂，最后用合格的、有压力的热电缆油冲洗，并进行密封试验。供油管路制作好后，应在电缆终端铅封后、真空浸渍前，将管路的一端接至压力箱，另一端接至终端尾管，使供油管路与终端同时抽真空。当去气符合要求后即可通过压力箱，经过供油管路向终端充油，这样可以避免潮气和空气侵入电缆，保证安装质量。如果三相电缆供油系统有联络管路时，应将管路装配至联络阀门处，同时进行真空去气。

每相电缆线路应装设油压监测装置，一般在电缆的一端（分段供油的电缆线路则在每一油段的一端）装电接点压力表及信号装置，以实现油压越限的报警；另一端装压力表显示油压，对仅在一端供油的电缆线路，电接点压力表应装在没有压力箱的一端的终端尾管上，这样对最大的暂态压力变化也能进行监视。如电缆线路为两端供油，电接点压力表应直接与电缆供油管路相连，不应装在压力箱经手柄操作的阀门上，以避免误将压力表阀门关闭，而起不到监视作用。供油管与压力箱、电缆终端或接头连接时尚需连接零件，常用的零件如图5-3-3-7所示，可按需要选用。

压力表安装前应进行校验。压力表在最大表值刻度的10%以上及90%以下任一点的压力指示误差应不大于最大刻度的1%；在其余刻度范围，压力指示误差应不大于最大刻度的1.5%。报警压力表触发压力相对标准设定值的偏差应不大于满刻度值的±2%。

图5-3-3-7　供油管路的各种零件图

（a）螺母（固定连接件用）；（b）堵头（封堵油管用）；（c）油嘴（油管的焊接件）；（d）油嘴堵头（封堵油嘴用）；（e）双头螺纹管接头（接长油嘴用）；（f）仪表螺母（连接电接点压力表用）；（g）三通压力阀（连接压力箱、压力表、电缆用）；（h）尾管压力阀（尾管连接用）

5.3.3.2 充油电缆油压与油压报警值的整定

5.3.3.2.1 供油装置油压整定

电缆线路安装结束后，需要按照安装时的环境温度，电缆在空载条件下，将压力箱的油压整定在合适的范围内，以保证电缆在夏季满载时，电缆及终端的油压不超过允许的最大值，而冬季空载时，油压不低于允许的最小值。如果压力箱的油压不在整定的上、下限范围内，应对压力箱充油或放油使其满足要求。

（1）压力箱油压整定原则。

1）在环境最高温度加上满载时，电缆线路最低点的油压应不大于电缆允许的最大油压pmax。

2）在环境最低温度切除满负荷时，电缆线路最高点的油压应不低于电缆允许的最小油压pmin。

（2）压力箱油压整定计算的步骤。

1）压力箱油压上限值整定。(www.daowen.com)

①设电缆线路安装时环境温度为θ0，计算出该温度θ0至当地环境最高温度θmax及电缆满负荷时，各部分油的膨胀量的总和为

③从压力箱供油曲线图5-3-3-8上查出p1对应的供油量A点，压力箱吸收ΔG油量前B点对应的压力为pu，这就是环境温度θ0时压力箱允许的压力上限值（pu）。

2）压力箱油压下限值整定。

①计算出由安装时环境温度θ0至当地环境最低温度θmin及电缆不带电时各部分油的收缩量的总和为

（3）压力箱油压整定举例。

图5-3-3-8　压力箱油压整定计算曲线

设一根220kV、1×600mm2自容式充油电缆，油压范围为0.02～0.35MPa，空气中敷设，安装地点环境最高温度为35℃，最低温度为10℃，安装时的温度为20℃，压力箱为50型。

电缆线路最高点与压力箱阀门处的高差为3.5m，电缆最低点与压力箱阀门处的高差为8m。电缆线路长度为200m，如图5-3-3-9所示，计算20℃时压力箱油压整定范围。

图5-3-3-9　电缆线路（单位：m）

1—电缆；2—下终端；3—压力箱；4—上终端；5—压力表或电接点压力表

1）压力箱上限压力值整定计算。

①计算由安装时环境温度20℃至环境最高温度35℃及电缆带满负荷时，各部分油的膨胀量。

a.电缆在环境最高温度由空载带满负荷后，油的膨胀量为

表5-3-3-4　电缆主要材料的体积膨胀系数　单位：1/℃

已知电缆最高允许工作温度为75℃，安装地点环境最高温度为35℃，则

每厘米电缆内导体体积　Vc=6cm3

每厘米电缆内螺旋管体积

将以上数据代入式5-3-3-8得

b.环境温度由20℃升至35℃时，电缆内油的膨胀量为

c.一只压力箱环境温度由20℃升至35℃时，油的膨胀量为

因此电缆线路内油的总膨胀量，代入式（5-3-3-3）得

②电缆的最高允许油压为0.35MPa，在环境最高温度，电缆加上满负荷，电缆最低点受暂态油压上升的影响时，按式（5-3-3-4）压力箱的允许压力为

式中 a——需油率，cm3/（cm·s）；

b——油流阻力系数，g·s/cm6；

x1——电缆最低点至压力箱的电缆长度，m，（见图5-3-3-9），已设为140m。

计算（ab）max很繁锁，在工程中也无必要，其简略计算见表5-3-3-5。

查表5-3-3-5，加上负荷时，（ab）max为7.134×10-12MPa，代入式5-3-3-15得

表5-3-3-5　国产110～330kV充油电缆的（ab）max值

注 电缆最高允许工作温度为75℃，空气环境最低温度为10℃，土壤环境最低温度为5℃。

③从图5-3-3-4（a）20℃供油曲线查得0.28MPa对应的供油量为60L。在环境温度20℃未加上满负荷时、电缆油膨胀前，压力箱应有的油量为60-20.87=39.13（L）。从图5-3-3-4（a）20℃供油曲线查得其对应的压力为0.17MPa，此即环境温度20℃时，压力箱允许的压力上限值pu。

2）压力箱压力下限值整定计算。

①计算出安装时环境温度为20℃降至当地环境最低温度10℃时，及电缆不带电各部分油的收缩量总和，由式（5-3-3-15）计算

③从图5-3-3-4（a）20℃供油曲线上查得0.08MPa对应的供油量为17L。在环境温度降至10℃、电缆各部分吸收油量前，压力箱应有的油量为17+5.4=22.4（L），从图5-3-3-4（a）供油曲线查得其对应的压力为0.12MPa，此即环境温度20℃时，压力箱压力的下限值pL。

因此，该电缆线路在环境温度20℃时安装，压力箱油压p0整定范围为

当电缆负荷增加或减少时，会引起油在电缆油道中流动，而产生远离压力箱处的压力会高于或低于压力箱处的压力。这种压力差是由于热暂态而引起的，叫做暂态压力。根据式（5-3-3-14）暂态压力与电缆线路长度的平方成正比，由计算可知数百米长的电缆线路，暂态压力很小。

由于供油曲线是单只压力箱的压力变化与其吞吐油量的关系曲线。如果在同一电缆的同一处有两只压力箱并联供油时，则压力箱的压力变化引起的吞吐油量要比单只压力箱增加一倍，计算时应考虑。

5.3.3.2.2 电接点压力表油压报警值整定

电接点压力表及信号装置是监视电缆线路油压用的。当电缆线路最低点的油压高于电缆允许的最大油压时，或电缆线路最高点的油压低于电缆允许的最小油压时，信号装置将发出报警信号，以便及时处理，保证电缆线路始终在允许的油压范围内。电接点压力表的高、低油压报警值，就是按照这一要求进行整定的。

（1）整定方法。

1）低油压报警值整定。

设电缆允许的最小油压为pmin，电缆终端最高点的油压应不低于pmin。由于电缆漏油等原因造成油压降低，为了在检查处理期间，不致使电缆的油压降低到最小允许值，有必要将充油电缆的最低油压整定值适当提高，作为储备油压，在下式中以ps表示。

电接点压力表装在高端终端时，低油压报警值为

式中 h2——电缆最低点与高端终端接点压力表的位差，m。

（2）整定计算举例。

设电缆线路允许的最小油压pmin为0.02MPa，允许的最大油压pmax为0.35MPa，电缆线路安装如图5-3-3-9所示。电接点压力表高、低油压报警值整定计算如下。

1）低油压报警值整定。

电接点压力表装在高端终端时，按式（5-3-3-17）得

由此可知，电接点压力表装在高端终端时，低油压报警值整定为0.08MPa，高油压报警值整定为0.28MPa；电接点压力表装在低端终端时，低油压报警整定值为0.13MPa，高油压报警值整定为0.33 MPa。

电缆线路竣工后，应对油压报警系统进行调试，使电接点压力表高、低油压报警值符合整定计算的要求。

为了对电缆线路油压越限（过高或过低）进行有效的监察，宜在电缆的两端分相装设电接点压力表。