XLPE绝缘电力电缆储运过程中内部残压的处理.pdf

2 0 1 1 年第 2期 No ． 2 2 0 1 l 电 线 电 缆 E l e e t r i e Wi r e＆ C a b l e 2 0 1 1 年 4月 A p r ． ， 2 01 1 X L P E绝缘 电力 电缆储 运过程 中内部残压 的处 理 闪贵庆 ， 张峰 ， 张 守风 ， 刘焕新 ( 1 ． 甘肃省电力公司兰州供 电局 ， 甘肃 兰州 7 3 0 0 3 0； 2 ． 浙江万马集团有限公 司， 浙江 临安 3 1 1 3 0 5 ) 摘要 ： 分析 了交联聚 乙烯 ( X L P E ) 绝缘 电力 电缆 内部 残存 气体压 力产 生 的原 因及其 主要成 分 ， 通过试验 方 法 测 量了不同型号规格 电缆的残压的 大小。提 出了 目前行 业 内采取 的主要 措施的优缺点 ， 研 究 了一种新 型电缆 端 头密封装 置， 解决 了电缆储运过程 中的 内部 残压 问题 ， 并通过 实际使 用验证 了该结构的有效性和 实用性。 关键词 ： 交联聚 乙烯绝缘 电力电缆 ； 绝缘 ； 内部 残压 ； 储运 ； 端头密封装置 中图分类号 ： T M2 4 7 ． 1 文献标 识码 ： B 文章 编号 ： 1 6 7 2 - 6 9 0 1 ( 2 0 1 1 ) 0 2 - 0 0 3 5 - 0 3 Tr e a t me n t of t he Re s i du a l Pr e s s ur e i n s i de XLPE Po we r Ca b l e s dur i ng S t o r ag e a nd Tr ans po r t at i o n S HAN Gu i — qi n g．e t a l ( G a n s u P r o v i n c i a l E l e c t r i c P o w e r C o ． ， L a n z h o u P o w e r S u p p l y A d mi n i s t r a t i o n ， L a n z h o u 7 3 0 0 3 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e c a u s e f o r t h e r e s i d u a l g a s p r e s s u r e i n s i d e c r o s s l i n k e d p o l y e t h y l e n e ( X L P E)i n s u l a t e d p o w e r c a b l e s a n d t h e c o mp o s i t i o n o f t h e g a s w e r e a n a l y z e d ． T h e r e s i d u a l p r e s s u r e l e v e l i n s i d e c a b l e s o f d i f f e r e n t t y p e a n d s i z e w a s me a s ur e d b y t e s t i n g．Th e a dv a nt a g e s a nd di s a dv a n t a g e s o f t h e ma i n c o un t e r me a s u r e s n o w t a k e n b y t h e c a bl e ma nu — f a c t u r e r s w e r e p r e s e n t e d ．A n e w t y p e o f c a b l e e n d s e a l e r W as d e v e l o p e d i n o r d e r t o e l i m i n a t e t h e r e s i d u a l p r e s s u r e i n s i d e t h e c a b l e s d u ri n g s t o r a g e a n d t r a n s po r t a t i o n ．Ap p l i c a t i o n d e mo n s t r a t e d t h a t t h i s c a b l e e n d s e a l e r wa s e f f e c t i v e a n d pr a c t i c a bl e ． Ke y wo r ds：c r o s s l i n k e d po l y e t hy l e ne i n s ul a t e d p o we r c ab l e；i n s u l a t i o n；i nt e r n al r e s i d u a l p r e s s u r e；s t o r a g e a n d t r a ns — po r t a t i o n；c a bl e e n d s e a l e r 0 引 言 在 目前 国内电力 系统的电缆输 电网中， 交联聚 乙烯 ( X L P E) 绝缘 电力 电缆 已经 占绝 大多数份额 ， 其施工方便、 维护简单 的优点 已经获得大家的广泛 认可 。但许多用户与电缆制造商却都遇到了一个简 单而 比较棘手的问题 ： 电缆绝缘产生的副产物气体 其残存气压给这类 电缆的生产、 运输和储存 过程造 成了非常多的直、 间接危害 ， 特别是单芯电缆。一些 专业人士采取了很多种除气措施 ， 但 由于环境 变化 等原因造成电缆受潮、 进水的现象时有发生， 给制造 商和用户带来很大经济损失。 1 电缆内部残存气体的产生 6 k V及以上电压等级 的 X L P E绝缘 电力 电缆 ， 其绝缘线芯的生产方式通常采用以氮气为介质的干 式化学交联 。聚乙烯树脂材料 由挤 出设备挤 出成型 收稿 日期 ： 2 0 1 0 -08 — 2 7 作者简介 ： 闪贵庆 ( 1 9 5 9一) ， 男 ， 工程师 ． 作者地址 ： 甘 肃 兰 州 市 城 关 区 金 昌 南 路 3 5 6 号 [ 7 3 0 0 3 0 ] ． 后 ， 进入充满高压氮气 的高温管道 ， 由于聚乙烯 内混 入 了一 些 抗 氧 剂 和 交联 剂——过 氧 化 二 乙丙 苯 ( D C P ) 等添加剂 ， 在高温作用下受热分解并 形成 自 由基激发聚乙烯分子的活性 ， 使 聚乙烯分子之间发 生缩聚反应 ， 由有机线性结构变为立体网状结构， 达 到了交联及改善材料机械性能的 目的。在这交联过 程 中会有 8 5 ％以上的交联剂 ( D C P ) 受热分解 ， 产生 一 些低分子 的挥发物 ， 主要有 苯乙酮、 O t 一 甲基一 苯 乙 烯 、 甲烷和水等。这些低分子挥发物的大部分会析 出挥发掉 ， 而未分解的 D C P将在后续工序和电缆 自 然存放时继续分解 ， 放出少量挥发气体， 不过其半分 解周期将很长 ， 这是 电缆形成 内部残存气压 的主要 原 因 。 另一个导致内部残存气压升高的原因是环境温 度的变化 。因电缆试验完毕后电缆端头须密封， 以 防止潮气进入或杂物污染 ， 如果存放环境温度大幅 度地升高， 加速 了 D C P自然分解 ， 增加 了气体挥发 量并产生热膨胀 ， 导致内部气压升高。 2 目前的解决措施 以及造成 的损失和危害 有的厂家将半成品电缆存放 3～ 5天， 再进行成 品生产， 以利 于副产物气体 的挥 发， 但是 因为残余 2 0 1 1 年第 2期 NO ． 2 2 O1l 电 线 电 缆 Et e e t ile W i r e＆ Ca b l e 2 0 1 1年 4月 Ap r ．， 2 01 1 D C P在 自然环境 中的分解过程是缓慢的 ， 在短时问 内副产物气体的挥发量有 限， 所以仍然无法彻底解 决这个问题 ； 而且过长的存放时间必然会延长产品 的制造周期， 增加生产成本。电缆制造企业如有条 件的话 ， 可以将电缆放置于烘房内进行加速脱气处 理， 处理条件一般以 7 O ℃ ， 2～ 4天为宜 ， 以提高 D C P 分解速度 ， 让更多的副产气体挥发掉。即使这样 ， 在 储运过程中电缆仍然还会放 出少量挥发气体 的， 而 且电缆环境温度的变化也不可避免。因此 ， 电缆 内 部残存气压的产生是无法阻止的， 只能采取措施将 其泄放掉， 否则将会造成很大的危害和损失 。 例如 ， 当电缆内部气压达到一定程度时会将外 护套鼓胀变形， 护套松脱后机械防护性能和绝缘性 能都会下降， 可能引起电缆的故障 ； 严重的护套松脱 后无法恢复， 只能进行剥除并返工生产 ， 造成严重的 经济损失 ， 这种情况很多生产厂家都遇到过。 经统计分析 ， 这种故障多发生在 3 5 k V的单芯 电缆中， 主要原因有： ( 1 )由于 3 5 k V电缆绝缘较厚 ( 1 0 ． 5 m m) ， 绝缘材料体积量较大， 一般均不采取烘 房去气措施 ， 成品后绝缘中残存未分解 的 D C P数量 较多， 气体挥发量相对较多 ； ( 2 )通常 3 5 k V单芯 电 缆不采用磁性铠装 ， 如果采用不锈钢带或铜丝等铠 装方式 ， 造价将大幅增加 ， 所以很多线路进行设计时 都没有铠装层 ， 因此 ， 当电缆内部气压增大时， 残存 气压直接作用在外护套上， 导致护套松脱变形； 尤其 夏季气温较高的时候 ， 电缆内部气压更高， 再加上受 热的 P V C外护套变软， 这更易发生更严重的变形。 而 6 k V、 1 0 k V电压等级的电缆多为多芯成缆、 统包 式结构 ， 绝缘的厚度较薄 ， 体积量小 ， 挥发气体较少， 内部气压也较小 ， 而且多数有钢带铠装层 ， 加强了内 护套的机械防护强度 ， 因此 ， 一般不会对护套造成严 重损伤。我公司曾对不同型号规格的电缆 内部气压 大小做了统计， 统计结果见表 1 。 表 1 不同型号规格 的电缆 内部气压统计 生产 检测 样 品号 观察 时间 环境温度 时间 环境温度 内部气压 1 号 2 0 0 9 年5 月l O白 1 8 ℃ 2 0 0 9 年6 月2 5 日 3 1 ℃ O ． 2 O M P a 外护套轻微松弛 2号 2 0 0 9年 5月 7日 l 7℃ 2 0 0 9年 6月 2 2日 2 9℃ O ． 1 8 M P a 外护套无松弛 3号 2 0 0 9年 5月 1 7日 2 0℃ 2 0 0 9年 7月 2日 3 3℃ O ． 2 6 MP a 护套明显鼓胀松弛 注 ： 1 号试样型号规格为 Y J V 8 ． 7 ／ 1 5 k V 32 4 0 m m 铜芯交联聚乙烯绝缘 聚氯乙烯护套电力电缆 ， 长度 2 3 0 m； 2号试样型号规格 为 Y J V 2 2 8 ． 7 ／ 1 5 k V 3 2 40 I n ／ n 铜芯交联聚乙烯绝缘双钢带铠装聚氯乙烯 护套 电力 电缆 ， 长度 3 1 5 m； 3号试样型号规格为 Y J v 2 6 ／ 3 5 k V 1 X 2 4 0 I I l m 铜 芯交联聚乙烯绝缘 聚氯 乙烯护套电力电缆 ， 长度 2 7 8 m。 为了泄掉这种残压 ， 有 的生产厂家采用在 电缆 端头密封帽处打孔的方法， 这样可以释放内部压力 ， 但是电缆在货场存放期 内， 雨水会从打孔处进入电 缆 ， 失去了防水密封性能； 电缆施工时 ， 如果 电缆沟 道 内积水 ， 施工管理又不规范 ， 更多的水分将从打孔 处进入， 这将对 电缆造成非常严重 的危 害， 如钢带、 铜带 、 导体的氧化锈蚀， 在长期运行过程中还会形成 绝缘水树 ， 大大缩短 电缆 的使用寿命 ， 而在全国各 地 ， 每年由于打孔造成 电缆进水 的事 故时有 发生 。 还有厂家采用了一种带针孔式 气嘴的热缩封帽， 这 种针孔气嘴可以将气压缓慢地泄掉 ， 但是试验证明， 这种封帽的针孔气嘴无法阻止水分的进入 ， 例如， 我 公司曾使用针孔式气嘴的热缩帽密封铝管， 并浸入 1 ． 5 i n深水中， 另一端离水面一段距离 ， 经 4 h后剥 开观察， 经检测进水量约为 7 0 0 m L 。 3 一种新型防水 的 自动泄压封帽的研制 防水密封的电缆热缩封帽。这种封帽的主要创新点 在于采用了一种新型的防水气嘴， 当电缆 内部气压 达到一定压力( 始排气压 P 。 ) 时， 气芯内孔的乳胶 因 受气压作用而张开并排放气体； 当气压下降到止排 气压 P 。 及以下时， 乳胶管因弹性的作用而收缩并堵 塞气孔 ， 形成密封 防水。图 1为一种新型的防水气 嘴 ， 图 2为一种防水的 自动泄压封帽结构示意图。 为了解决上述问题 ， 我公司通过反复试验 ， 研制 图1 一种新型的防水气嘴 了一种既能够部分释放电缆内部压力 ， 又能够保证 2 0 1 1 年第 2期 No ． 2 201 1 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e& Ca b l e 2 0 1 1年 4月 Ap r ．， 2 011 4 使用效果的验证 为了验证新型 电缆封帽的使用效果 ， 设计 了试 验 的方法 ， 并最终通过 实际生产验证。试验 中， 将 3 m长铝 管一 端 用 新 型 热 缩 封 帽 密封 ， 另 一 端 用 可 充气式封帽密封 ， 然后充入氮气 ， 并使用气压表测量 气压。试验结果( 见表 2 ) 验证 了当气嘴的始排气压 为 时排气 ， 当止排气压为 P。 时收缩密封 ， 随后进 行防水试验。我们参 照了国家 电网公 司颁布 的 Q ／ G D W 3 l 7 —2 0 0 9 《 1 0 ( 6 )k V～ 5 0 0 k V电缆线路技术 标准 》 的规定 ， 电缆沟道深度一般不大于 1 ． 5 m为 宜 ， 考虑最严酷 的环境 ( 积水深度1 ． 5 m)， 设置试验 图 2 一种防水的 自动泄压封帽 的浸水深度 为 1 ． 5 m， 经 4 h后观察试样进水情况， 验证 了内部压力不大于 P 。 时 ， 6 k V及 以上电压等 级电缆的外护套均是安全的。 表 2 气 嘴始排气压 和止 排气压 P 。 的测定 项 目名称 试样 1 试样 2 试样 3 试样 4 Po ／MP a 0 ． 1 4 O．1 6 O． 】 4 O ． 1 5 Pl ／MPa 0． 1 3 0． 1 4 O． 1 3 O． 1 3 防水密封性① 通过 通过 通过 通过 ① 以无可见 水渍 为通过 。 我们还在实际生产中对新型电缆热缩封帽的使 用效果进 行 了验证 ， 试 验 的电缆 型号 规格为 Y J V 2 6 ／ 3 5 k V 1 6 3 0 m m 铜 芯交联 聚乙烯绝缘聚氯 乙 烯护套电力电缆 ， 长度 5 3 5 m， 一端使用新型热缩封 帽密封。试验结果证实这种新型电缆热缩封帽对解 决电缆内部残存气压问题是有效的。 5 结束语 电缆 内部残存压力 问题是普遍存在 的． 如不能 解决这个问题 ， 将给电缆用户和生产厂家造成大量 的人力物力和经济损失 。新型电缆热缩封帽对该问 题解决实用有效， 但仍然存在一定 的残存呸力 尸 。 望广大电缆工作者能集思广益， 研究出更好的方法 并用于实践 ， 真正解决电缆内部残存压力的问题。 ( 上接第 1 5页) 采用半于式和全干式 ( 首选 推荐方式 ) 。特别是将 来智能电网光纤到户 ， 全干式光缆结构是 唯一必选 方式。具体工艺如下： 包带 ( 或 内衬套 ) 及以内的各 绞合单元之间的间隙， 应连续放置阻水带或阻水纱 ； 在填充式缆 中应连续 充满 阻水性复合物 ； 包带 ( 或 内衬套 ) 和护套之 间的间隙 ， 宜 连续放 置阻水带或 阻水纱 ， 也可间隔设置阻水环 。 2 ． 2护 层 结构 电缆的外层 由纵包搭接的皱纹钢塑复合带挡潮 层和黑色聚乙烯护套组成 ， 复合带两边缘搭接处及 聚乙烯套与复合带之间应相互粘结为一体 ， 复合带 纵包后的皱纹应轧制成环状 。护层也可根据缆敷设 环境的不 同， 选择不同的护层结构 ， 例如防蚁 、 防水 、 阻燃 、 低烟无 卤型护套等。 3 结束语 本文仅对光 电复合低压 电缆结构进行探讨 ， 对 该缆主要功能部件进行分析论述， 但是 ， 由于光 电复 合缆功能 的多样性 ， 缆的结构也具有一定的复杂性 和特殊性 ， 因此 ， 在缆结构设计过程 中， 可根据实际 运行需求对结构进行适 当更改或调整 ， 以此来满足 对缆的性能需求及实际运行的要求 。 智能用电技术是建设坚强智能电网的重要技术 手段之一。随着国家电网公司智能电网建没工作的 推进 ， 首批智能用电小区正在逐步开展建设 ， 智能电 网、 智能用 电将迅速进入寻常百姓家。智能用电技 术的发展和智能小区范围的拓展不仅能为百姓打造 更为安全 、 舒适 、 节能 的生活环境 ， 推进分布式能源 的应用 ， 同时也必将对上 、 下游产业链起到巨大的带 动作用 。鉴于当前“ 电力． 光纤” 技术 即将登上电力 建设舞台， 发展机遇时不我待 ， 对于电缆制造企业来 说是一次大踏步发展 的良好机遇 ， 尤其对于一些 已 经 同时涉足 电力 电缆和光缆产 品制造的大综企业 ， 更是有着产品优势整合、 研发等方面的巨大优势 。 参考 文献 ： [ 1 ] YD ／ T x x 一—2 叭x ( 报批稿) 接入 网用光 电混合缆[ S ] ． [ 2] 沈昌 国， 李斌 ， 高 宇亮 ， 等． 智能 电网下的用 电服务新 技术 [ J ] ． 电气技术 ， 2 0 1 0 ( 8 ) ： 1 1 — 1 5 ． [ 3] 刘恒 ， 刘伟平 ， 黄红斌 ， 等． 一种新型光 电复合缆在接入 网中 的应用 [ J ] ． 光纤与电缆及其应用技术 ， 2 0 0 5 ( i ) ： 2 3 - 2 5 ．