[发明专利]一种220kV金属型高压电缆接头防爆装置端头部位的折线形设计

说明书

本发明公开了一种220kV金属型高压电缆接头防爆装置端头部位的折线形设计，包括：通过优化折线偏折角度和法兰尺寸的方法，均衡保护装置端头部位应力分布。利用有限元计算方法，基于电磁‑热和应力场耦合的原理，对不同结构下220kV金属型高压电缆接头防爆壳体端头部位内壁承受的应力进行计算。通过仿真计算，得到不同偏折角度与最大应力值的变化关系，结合保护装置实用性和经济性，采用220kV金属型高压电缆接头防爆装置端头部位折线偏折角度为60°；在端头和壳体连接处优化了法兰的高度和厚度，使端头折线顶点处的应力分布得以均衡，通过仿真计算，采用最优化的法兰高度和厚度分别为20mm和50mm。本发明通过对比折线型端头结构和弧度型端头结构，认为在相同的技术条件下，折线型端头结构具有更好的经济效益。

技术领域

本发明涉及220kV高压电缆接头保护领域，尤其涉及一种220kV金属型高压电缆接头保护装置端头部位的折线形设计。

背景技术

由于结构复杂，需现场安装且安装工艺参差不齐，导致高压电缆接头成为高压电力电缆运行的薄弱环节。据统计，70％以上的电缆故障出现在接头部位。当高压电缆接头发生绝缘击穿故障时，电弧将在绝缘击穿通道内释放巨大能量，导致电缆接头发生烧毁、爆炸事故。电缆接头爆炸释放的冲击波或碎片会对周围其他电力设施及运维人员造成巨大伤害。因而，需要在高压电缆接头处加装防爆装置，以避免电缆接头爆炸而引起的二次伤害。

目前，市场上已开发一系列高压电缆接头防爆装置，以降低此爆炸事故带来的危害。但这些防爆装置，尤其是在其端头部位，都存在内部压力不均衡的问题。当电缆接头发生爆炸时，巨大的电弧能量对保护装置内部产生的冲击力分布将在端头处产生畸变，造成端头某些部位承受的冲击应力远大于其他部位，使得端头部位更容易被炸裂，从而影响保护装置防爆效果。对现行市场常见的电缆接头防爆壳体进行试验测试，结果表明在电缆接头爆炸后，接头保护装置主体部分仍较为完整，而端头部位被严重破坏，出现碎片飞溅的现象。因而，需要对防爆装置端头部位形状进行合理的设计，以均衡爆炸时装置内部的冲击应力。

由于短路电弧的能量更大，对输电电压等级的高压电缆接头防爆装置普遍采用金属外壳(大多为铝镁合金)，且为分段式结构，即包含中间本体部分和两端的端头部分。目前，高压电缆接头防爆装置端头部位结构大多仅凭厂家经验设计，没有均衡端头部位内壁冲击波压力分布的措施。通常需要增加防爆装置端头部位的厚度，才能达到防爆效果。采用具有一定的弯曲弧度的端头形状，是均衡装置内部应力分布的有效办法。但对高压电缆接头防爆装置来说，采用弧度设计会明显增加加工过程中的困难程度及制造成本。另外，弧度设计将增加端头部位的长度，可能收到防爆装置实际安装条件的限制，可行性较低。

由以上分析可知，端头部位的弧形设计存在加工、使用以及成本方面的问题；折线形设计又必然会有顶点，压力分布会在该点处集中。但在折角顶点处采用法兰连接，相当于进行了结构局部加强，会使得该点处的应力值下降。因而，通过对端头部位折线偏折角度以及与保护装置本体连接的法兰高度和壁厚的设计，可以解决折线型设计内壁压力分布在折角处集中的问题。

发明内容

本发明提供了一种220kV金属型高压电缆接头保护装置端头部位的折线形设计，用以解决现有的220kV高压电缆接头保护装置端头部位的弧形设计存在加工、使用以及成本问题和折线形设计内壁应力分布在折角处集中的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种220kV金属型高压电缆接头保护装置端头部位的折线形结构，包括：

在220kV高压电缆接头防爆装置中，其端头部位选择有偏折角度的折线形结构，并且在折角顶点处采用法兰连接，相当于进行了结构局部加强，使得在顶点处的应力畸变程度下降。

优选地，220kV金属型高压电缆接头故障时，短路电弧释放的能量通过气流作用于防爆壳体，在壳体上产生应力，防爆壳体内壁出现最大应力值以及应力畸变最明显的位置为保护装置端头与本体的连接处，即折角顶点处。