閃貴慶，張 峰，張守風(fēng)，劉煥新

(1.甘肅省電力公司蘭州供電局，甘肅蘭州730030;2.浙江萬馬集團(tuán)有限公司，浙江臨安311305)

0 引言

在目前國內(nèi)電力系統(tǒng)的電纜輸電網(wǎng)中，交聯(lián)聚乙烯(XLPE)絕緣電力電纜已經(jīng)占絕大多數(shù)份額，其施工方便、維護(hù)簡單的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)獲得大家的廣泛認(rèn)可。但許多用戶與電纜制造商卻都遇到了一個(gè)簡單而比較棘手的問題:電纜絕緣產(chǎn)生的副產(chǎn)物氣體其殘存氣壓給這類電纜的生產(chǎn)、運(yùn)輸和儲存過程造成了非常多的直、間接危害，特別是單芯電纜。一些專業(yè)人士采取了很多種除氣措施，但由于環(huán)境變化等原因造成電纜受潮、進(jìn)水的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，給制造商和用戶帶來很大經(jīng)濟(jì)損失。

1 電纜內(nèi)部殘存氣體的產(chǎn)生

6 kV及以上電壓等級的XLPE絕緣電力電纜，其絕緣線芯的生產(chǎn)方式通常采用以氮?dú)鉃榻橘|(zhì)的干式化學(xué)交聯(lián)。聚乙烯樹脂材料由擠出設(shè)備擠出成型后，進(jìn)入充滿高壓氮?dú)獾母邷毓艿?，由于聚乙烯?nèi)混入了一些抗氧劑和交聯(lián)劑——過氧化二乙丙苯(DCP)等添加劑，在高溫作用下受熱分解并形成自由基激發(fā)聚乙烯分子的活性，使聚乙烯分子之間發(fā)生縮聚反應(yīng)，由有機(jī)線性結(jié)構(gòu)變?yōu)榱Ⅲw網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，達(dá)到了交聯(lián)及改善材料機(jī)械性能的目的。在這交聯(lián)過程中會(huì)有85%以上的交聯(lián)劑(DCP)受熱分解，產(chǎn)生一些低分子的揮發(fā)物，主要有苯乙酮、α-甲基-苯乙烯、甲烷和水等。這些低分子揮發(fā)物的大部分會(huì)析出揮發(fā)掉，而未分解的DCP將在后續(xù)工序和電纜自然存放時(shí)繼續(xù)分解，放出少量揮發(fā)氣體，不過其半分解周期將很長，這是電纜形成內(nèi)部殘存氣壓的主要原因。

另一個(gè)導(dǎo)致內(nèi)部殘存氣壓升高的原因是環(huán)境溫度的變化。因電纜試驗(yàn)完畢后電纜端頭須密封，以防止潮氣進(jìn)入或雜物污染，如果存放環(huán)境溫度大幅度地升高，加速了DCP自然分解，增加了氣體揮發(fā)量并產(chǎn)生熱膨脹，導(dǎo)致內(nèi)部氣壓升高。

2 目前的解決措施以及造成的損失和危害

有的廠家將半成品電纜存放3～5天，再進(jìn)行成品生產(chǎn)，以利于副產(chǎn)物氣體的揮發(fā)，但是因?yàn)闅堄郉CP在自然環(huán)境中的分解過程是緩慢的，在短時(shí)間內(nèi)副產(chǎn)物氣體的揮發(fā)量有限，所以仍然無法徹底解決這個(gè)問題;而且過長的存放時(shí)間必然會(huì)延長產(chǎn)品的制造周期，增加生產(chǎn)成本。電纜制造企業(yè)如有條件的話，可以將電纜放置于烘房內(nèi)進(jìn)行加速脫氣處理，處理?xiàng)l件一般以70℃，2～4天為宜，以提高DCP分解速度，讓更多的副產(chǎn)氣體揮發(fā)掉。即使這樣，在儲運(yùn)過程中電纜仍然還會(huì)放出少量揮發(fā)氣體的，而且電纜環(huán)境溫度的變化也不可避免。因此，電纜內(nèi)部殘存氣壓的產(chǎn)生是無法阻止的，只能采取措施將其泄放掉，否則將會(huì)造成很大的危害和損失。

例如，當(dāng)電纜內(nèi)部氣壓達(dá)到一定程度時(shí)會(huì)將外護(hù)套鼓脹變形，護(hù)套松脫后機(jī)械防護(hù)性能和絕緣性能都會(huì)下降，可能引起電纜的故障;嚴(yán)重的護(hù)套松脫后無法恢復(fù)，只能進(jìn)行剝除并返工生產(chǎn)，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，這種情況很多生產(chǎn)廠家都遇到過。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，這種故障多發(fā)生在35 kV的單芯電纜中，主要原因有:(1)由于35 kV電纜絕緣較厚(10.5mm)，絕緣材料體積量較大，一般均不采取烘房去氣措施，成品后絕緣中殘存未分解的DCP數(shù)量較多，氣體揮發(fā)量相對較多;(2)通常35 kV單芯電纜不采用磁性鎧裝，如果采用不銹鋼帶或銅絲等鎧裝方式，造價(jià)將大幅增加，所以很多線路進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)都沒有鎧裝層，因此，當(dāng)電纜內(nèi)部氣壓增大時(shí)，殘存氣壓直接作用在外護(hù)套上，導(dǎo)致護(hù)套松脫變形;尤其夏季氣溫較高的時(shí)候，電纜內(nèi)部氣壓更高，再加上受熱的PVC外護(hù)套變軟，這更易發(fā)生更嚴(yán)重的變形。而6 kV、10 kV電壓等級的電纜多為多芯成纜、統(tǒng)包式結(jié)構(gòu)，絕緣的厚度較薄，體積量小，揮發(fā)氣體較少，內(nèi)部氣壓也較小，而且多數(shù)有鋼帶鎧裝層，加強(qiáng)了內(nèi)護(hù)套的機(jī)械防護(hù)強(qiáng)度，因此，一般不會(huì)對護(hù)套造成嚴(yán)重?fù)p傷。我公司曾對不同型號規(guī)格的電纜內(nèi)部氣壓大小做了統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

表1 不同型號規(guī)格的電纜內(nèi)部氣壓統(tǒng)計(jì)

為了泄掉這種殘壓，有的生產(chǎn)廠家采用在電纜端頭密封帽處打孔的方法，這樣可以釋放內(nèi)部壓力，但是電纜在貨場存放期內(nèi)，雨水會(huì)從打孔處進(jìn)入電纜，失去了防水密封性能;電纜施工時(shí)，如果電纜溝道內(nèi)積水，施工管理又不規(guī)范，更多的水分將從打孔處進(jìn)入，這將對電纜造成非常嚴(yán)重的危害，如鋼帶、銅帶、導(dǎo)體的氧化銹蝕，在長期運(yùn)行過程中還會(huì)形成絕緣水樹，大大縮短電纜的使用壽命，而在全國各地，每年由于打孔造成電纜進(jìn)水的事故時(shí)有發(fā)生。還有廠家采用了一種帶針孔式氣嘴的熱縮封帽，這種針孔氣嘴可以將氣壓緩慢地泄掉，但是試驗(yàn)證明，這種封帽的針孔氣嘴無法阻止水分的進(jìn)入，例如，我公司曾使用針孔式氣嘴的熱縮帽密封鋁管，并浸入1.5 m深水中，另一端離水面一段距離，經(jīng)4 h后剝開觀察，經(jīng)檢測進(jìn)水量約為700 mL。

3 一種新型防水的自動(dòng)泄壓封帽的研制

為了解決上述問題，我公司通過反復(fù)試驗(yàn)，研制了一種既能夠部分釋放電纜內(nèi)部壓力，又能夠保證防水密封的電纜熱縮封帽。這種封帽的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于采用了一種新型的防水氣嘴，當(dāng)電纜內(nèi)部氣壓達(dá)到一定壓力(始排氣壓P0)時(shí)，氣芯內(nèi)孔的乳膠因受氣壓作用而張開并排放氣體;當(dāng)氣壓下降到止排氣壓P1及以下時(shí)，乳膠管因彈性的作用而收縮并堵塞氣孔，形成密封防水。圖1為一種新型的防水氣嘴，圖2為一種防水的自動(dòng)泄壓封帽結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 一種新型的防水氣嘴

4 使用效果的驗(yàn)證

為了驗(yàn)證新型電纜封帽的使用效果，設(shè)計(jì)了試驗(yàn)的方法，并最終通過實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證。試驗(yàn)中，將3 m長鋁管一端用新型熱縮封帽密封，另一端用可充氣式封帽密封，然后充入氮?dú)?，并使用氣壓表測量氣壓。試驗(yàn)結(jié)果(見表2)驗(yàn)證了當(dāng)氣嘴的始排氣壓為P0時(shí)排氣，當(dāng)止排氣壓為P1時(shí)收縮密封，隨后進(jìn)行防水試驗(yàn)。我們參照了國家電網(wǎng)公司頒布的Q/GDW 317—2009《10(6)kV～500 kV電纜線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，電纜溝道深度一般不大于1.5 m為宜，考慮最嚴(yán)酷的環(huán)境(積水深度1.5m)，設(shè)置試驗(yàn)的浸水深度為1.5 m，經(jīng)4 h后觀察試樣進(jìn)水情況，驗(yàn)證了內(nèi)部壓力不大于P0時(shí)，6 kV及以上電壓等級電纜的外護(hù)套均是安全的。

圖2 一種防水的自動(dòng)泄壓封帽

表2 氣嘴始排氣壓P0和止排氣壓P1的測定

我們還在實(shí)際生產(chǎn)中對新型電纜熱縮封帽的使用效果進(jìn)行了驗(yàn)證，試驗(yàn)的電纜型號規(guī)格為YJV 26/35 kV 1×630mm2銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套電力電纜，長度535 m，一端使用新型熱縮封帽密封。試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)這種新型電纜熱縮封帽對解決電纜內(nèi)部殘存氣壓問題是有效的。

5 結(jié)束語

電纜內(nèi)部殘存壓力問題是普遍存在的，如不能解決這個(gè)問題，將給電纜用戶和生產(chǎn)廠家造成大量的人力物力和經(jīng)濟(jì)損失。新型電纜熱縮封帽對該問題解決實(shí)用有效，但仍然存在一定的殘存壓力P1。望廣大電纜工作者能集思廣益，研究出更好的方法并用于實(shí)踐，真正解決電纜內(nèi)部殘存壓力的問題。