一种交联聚乙烯电力电缆运行时绝缘性能在线修复方法和装置与流程

本发明涉及交联聚乙烯电力电缆在加电压运行时绝缘性能的在线修复方法和装置，属于电缆绝缘修复领域，可用于长时间运行绝缘老化后的交联聚乙烯电力电缆的修复工程中。

技术背景

交联聚乙烯(XLPE)电力电缆有着可靠的电气、机械性能，因此在我国城市电网中得到了广泛的应用。但是，随着电缆运行年限的增加，我国90年代中大量使用的交联聚乙烯电缆逐步进入老化故障高发期。早期的电力电缆制造工艺不高且防水性不佳，在电缆本体不可避免得有一些微观缺陷，这些缺陷往往成为水树的引发点。随着水树的生长，会引发电树，导致绝缘击穿。虽然新型的抗水树性电缆的出现使得水树大量减少，但是早期的水树老化电缆电缆埋于地下，且大部分电缆集中在中心城区，更换老化电缆将产生巨大的工程量以及巨额费用。因此，将局部有缺陷的地方修复，从而延长电缆使用寿命，将会节约巨大的财力物力，具有十分重要的意义。

修复液注入技术提出至今已有20年的使用经验，经历了两代技术，已修复了长达10万公里的水树老化电缆。第一代技术是841技术，修复原理为主要成分为硅氧烷的修复液在催化剂的作用下与XLPE电力电缆里面的水分发生水解缩合反应，消耗掉电力电缆内水分，反应生成物填充了微空隙，从而延长电缆寿命。第一代电缆修复技术经历了十年左右的时间，经实践证明，水树老化电缆注入该修复液后有效延长电缆寿命10至15年(Glen J.Bertini and GaryA.Vincent.Cable Rejuvention Mechanisms.ICC Subcommittee A,March 14,2006.)。但是，841技术仍然有不足的地方：一是该修复液虽然对绝缘的短期性能提升效果明显，但中长期效果不佳，二是由于修复液各种成分在电缆内的扩散系数不一致，导致修复液与水的水解反应不完全，三是修复液的闪点低，存在安全隐患，四是反应时间过长，增加了电缆停电检修时间。

美国专利US7331806B2公开了一种带有内部储液槽的电缆连接头，该连接头内部设计为多腔结构，延长了修复液通过电缆的时间，并且可以减小外部环境对修复液过程的影响。但是，这种设计的内部结构复杂，生产成本高，价格昂贵，修复方法复杂，技术推广很难。

电缆修复技术在我国尚处于起步阶段。中国专利200410072791.5公布了一种电力电缆修复液注入系统，该专利实现了对修复液的流速、注入量的控制。但是，这种技术仍有以下不足：一是随着修复液注入过程，气体压力罐内惰性的压力逐渐减小，长期修复的情况下无法保证修复液的注入压力恒定，削弱了修复效果；二是该专利修复液注入后需要一定的时间保证修复液的有效渗透，并与水反应，停电时间过长，增加了电缆停电检修的时间。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种XLPE电缆在加压运行时的在线修复的方法，其特点是在修复的过程中，被修复电缆可以继续运行和供电使用。在电场作用下，水树通道打开，更有利于修复液渗透至水树区与水反应，其次，修复液在电场作用下更容易保持迁移和运动，渗透速度更快，液体浓度更好，能有效提高电缆修复效果。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种交联聚乙烯电力电缆运行时绝缘性能在线修复方法，其特征在于，在电缆带电运行过程中，向电缆充入修复液。

作为可选方式，在上述在线修复方法中，所述修复液采用公开号为CN101866706的中国专利申请中公开的任意一种交联聚乙烯电力电缆纳米修复液。

作为可选方式，在上述在线修复方法具体为：先在断电状态下将待修复电缆两端与修复液注入装置相连，使修复液渗透到电缆内部，并确保所述修复液注入装置能够持续向待修复电缆充入修复液，合闸送电，并在通电过程中保持修复液注入状态。

作为可选方式，在上述在线修复方法中，还包括在修复完成后拆除电缆两端与修复液注入装置之间的连接的操作。

作为可选方式，在上述在线修复方法中，所述在断电状态下将待修复电缆两端与修复液注入装置相连的操作具体为：将待修复电缆终端铜鼻子与绝缘层间缝隙和导体连接管与绝缘层缝隙暴露出来，在电缆两端的终端接头处套装终端适配器，将所述终端适配器两端与待修复电缆外表面之间的间隙进行密封处理(确保修复液进入适配器内腔两端后不会从适配器的两端渗出)，使得适配器内腔能够与待修复电缆终端暴露出的铜鼻子与绝缘层间缝隙和导体连接管与绝缘层缝隙相连通，形成贯通于待修复电缆两端的修复液注入通路，然后将适配器上的修复液注入孔与修复液注入装置相连，从而使修复液能由注入孔进入所述注适配器内腔。

作为可选方式，在上述在线修复方法中，所述密封处理具体为：加压卡紧或加密封胶热固化处理或缠绕密封带。

作为可选方式，在上述在线修复方法中，具体包括以下步骤：

(1)断电

将所需修复电缆停电，按照电力电缆运行规程做好安全措施；

(2)修复装置连接

在停电状态下，将电缆终端铜鼻子与绝缘层间缝隙和导体连接管与绝缘层缝隙暴露出来，将终端适配器安装在电缆两端的终端接头处，适配器上的修复液注入孔通过软管与修复液存储罐相连；

(3)修复前的准备

连接好修复装置后，对电缆及修复液存储罐进行检测，以判断是否出现意外情况，在出现时及时中断修复，保证设备安全；

(4)注入修复液

打开电缆两端的修复液存储罐开关，使修复液从修复液存储罐流出，经软管注入到适配器，保持3-5个小时左右(优选为4小时)，使修复液渗透到电缆内部；

(5)合闸送电

修复装置保持修复液注入状态，将电缆终端铜鼻子恢复，在电缆合闸送电前，按照电力电缆运行安全规程进行实验后合闸送电；

(6)结束修复

1-3个月后(优选为2个月)，将在线修复的电缆停电，按照电力电缆运行规程做好安全措施，在停电状态下，取下适配器，修复液罐以及支架，完成修复。

作为可选方式，在上述在线修复方法中，具体包括以下步骤：

(1)断电

将所需修复电缆停电，按照电力电缆运行规程做好安全措施；

(2)修复装置连接

在停电状态下，在电缆终端附近安装木质或塑料等绝缘材料制成的支撑架，将带液位指示器和压力平衡管的修复液罐悬挂于支撑架上，然后，将电缆终端铜鼻子与绝缘层间缝隙和导体连接管与绝缘层缝隙暴露出来，将终端适配器安装在电缆两端的终端接头处，适配器上的修复液注入孔通过软管与修复液存储罐相连，存储罐悬挂在高于电缆终端的位置；

(3)修复前的准备

连接好修复装置后，对电缆及修复液罐进行检测，以判断是否出现意外情况，在出现时及时中断修复，保证设备安全；

(4)注入修复液

打开电缆两端的修复液存储罐开关，观察到修复液从修复液存储罐流出，经软管注入到适配器，保持4个小时左右，使修复液渗透到电缆内部；

(5)合闸送电

修复装置保持修复液注入状态，将电缆终端铜鼻子恢复，在电缆合闸送电前，按照电力电缆运行安全规程进行实验后合闸送电；

(6)结束修复

2个月后，将在线修复的电缆停电，按照电力电缆运行规程做好安全措施，在停电状态下，取下适配器，修复液罐以及支架。

本发明公开了一种用于上述在线修复方法的装置，包括修复液存储罐，导管和电缆终端适配器，所述导管用于将所述修复液注入孔与所述修复液存储罐出液口相连；所述适配器上设置有与其内腔连通的修复液注入孔，所述导管用于将所述修复液注入孔与所述修复液存储罐出液口相连。

作为可选方式，在上述在线修复装置中，所述适配器呈筒状，含有两端贯通的内腔，所述内腔尺寸与待修复电缆外径相匹配，能够套装在待修复电缆的终端接头处。

作为可选方式，所述适配器两端设置有紧固装置，所述紧固装置将所述适配器两端收紧使其卡固在待修复电缆外围，从而将所述终端适配器两端与待修复电缆外表面之间的间隙进行密封，防止修复液适配器两端渗出。

作为可选方式，所述适配器具有从一端延伸至另一端的开合缝。通过将所述开合缝打开可以使适配器口径增大，方便套装操作，安装到位后再将所述开合缝闭合，便于形成密闭的适配器内腔。

作为可选方式，所述适配器具有沿其轴线方向分剖的分体式结构。采用分体式结构在安装时直接将两份分体机构在待修复电缆端头拼合再进行密封处理，既便于安装，便于形成密闭的适配器内腔。进一步的，所述密封处理具体为：加压卡紧或加密封胶热固化处理或缠绕密封带。

作为可选方式，在上述在线修复装置中，所述适配器数量至少为2个，用于分别与待修复电缆的两个终端接头处进行适配连接，

作为可选方式，在上述在线修复装置中，所述修复液存储罐与修复液推送装置相连。所述修复液推送装置可以是气压或液压或电动或其他常见的压力推送装置，以能够将所述修复液存储罐持续向待修复电缆中注入为目的。

作为可选方式，在上述在线修复装置中，还包括用于悬挂所述修复液存储罐的支撑架。进一步的，所述支撑架用于将存储罐悬挂在高于电缆终端的位置，便于通过修复液自身的重力作用将修复液持续注入到待修复电缆中。更进一步的，所述支撑架由绝缘材料制成，如采用木质或塑料支撑架。

作为可选方式，在上述在线修复装置中，所述修复液存储罐设置有修复液加入口。便于随时补充修复液。

作为可选方式，在上述在线修复装置中，所述修复液注入孔与所述修复液存储罐出液口之间的管路上设置有开关。进一步的，所述开关设置在导管上。

作为可选方式，在上述在线修复装置中，所述修复液存储罐带有液位指示器。用于指示所述修复液存储罐中的实际液位情况。

作为可选方式，在上述在线修复装置中，所述修复液存储罐带有压力平衡管。用于平衡所述修复液存储罐内外气压。进一步的,所述压力平衡管从所述修复液存储罐底部插入,进入修复液存储罐内部的压力平衡管管壁上设置有刻度,作为液位指示器,所述修复液存储罐底部中至少与该液位指示器对应部分的罐体是透明的。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本发明的有益效果：

该技术可在电缆运行过程中，对电缆进行修复液注入修复，缩短电缆停电检修时间，提高修复效果，明显缩短电缆停电检修时间，对电缆中长期修复效果好，尤其对于长距离，小截面的电缆修复效果好，具有技术先进、安全稳定、成本低、适用范围广的优点。

附图说明：

图1为交联聚乙烯电力电缆运行时绝缘性能在线修复装置结构示意图；

图2为在线修复终端适配器示意图；

图3为显微镜下电缆样本中水树长度方框统计图；

图4为扫描电镜下电缆样本中水树区的微观形貌，其中(a)为一次性注入修复液的电缆样本水树区的微观形貌，(b)为在线修复电缆样本的水树区微观形貌。

附图标记：1为支撑架，2为修复液存储罐，3为导管，4为铜鼻子，5为适配器，6为地面，7为液位显示器，8为开关，9为压力平衡管，10为电缆，11为缆芯，12为密封带。

具体实施方式：

以下通过实施例的具体实施方式再对本发明的上述内容作进一步的详细说明。但不应当将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明的精神和原则之内做的任何修改，以及根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的等同替换或者改进，均应包括在本发明的保护范围内。。

实施例1

一种交联聚乙烯电力电缆运行时绝缘性能在线修复装置，包括修复液存储罐，导管和电缆终端适配器，所述导管用于将所述修复液注入孔与所述修复液存储罐出液口相连；所述适配器上设置有与其内腔连通的修复液注入孔，所述导管用于将所述修复液注入孔与所述修复液存储罐出液口相连。

作为可选方式，在上述在线修复装置中，所述适配器呈筒状，含有两端贯通的内腔，所述内腔尺寸与待修复电缆外径相匹配，能够套装在待修复电缆的终端接头处。

作为可选方式，所述适配器两端设置有紧固装置，所述紧固装置将所述适配器两端收紧使其卡固在待修复电缆外围，从而将所述终端适配器两端与待修复电缆外表面之间的间隙进行密封，防止修复液适配器两端渗出。

作为可选方式，所述适配器具有从一端延伸至另一端的开合缝。通过将所述开合缝打开可以使适配器口径增大，方便套装操作，安装到位后再将所述开合缝闭合，便于形成密闭的适配器内腔。

作为可选方式，所述适配器具有沿其轴线方向分剖的分体式结构。采用分体式结构在安装时直接将两份分体机构在待修复电缆端头拼合再进行密封处理，既便于安装，便于形成密闭的适配器内腔。进一步的，所述密封处理具体为：加压卡紧或加密封胶热固化处理或缠绕密封带。

作为可选方式，在上述在线修复装置中，所述适配器数量至少为2个，用于分别与待修复电缆的两个终端接头处进行适配连接，

作为可选方式，在上述在线修复装置中，所述修复液存储罐与修复液推送装置相连。所述修复液推送装置可以是气压或液压或电动或其他常见的压力推送装置，以能够将所述修复液存储罐持续向待修复电缆中注入为目的。

作为可选方式，在上述在线修复装置中，还包括用于悬挂所述修复液存储罐的支撑架。进一步的，所述支撑架用于将存储罐悬挂在高于电缆终端的位置，便于通过修复液自身的重力作用将修复液持续注入到待修复电缆中。更进一步的，所述支撑架由绝缘材料制成，如采用木质或塑料支撑架。

作为可选方式，在上述在线修复装置中，所述修复液存储罐设置有修复液加入口。便于随时补充修复液。

作为可选方式，在上述在线修复装置中，所述修复液注入孔与所述修复液存储罐出液口之间的管路上设置有开关。进一步的，所述开关设置在导管上。

作为可选方式，在上述在线修复装置中，所述修复液存储罐带有液位指示器。用于指示所述修复液存储罐中的实际液位情况。

作为可选方式，在上述在线修复装置中，所述修复液存储罐带有压力平衡管。用于平衡所述修复液存储罐内外气压。进一步的,所述压力平衡管从所述修复液存储罐底部插入,进入修复液存储罐内部的压力平衡管管壁上设置有刻度,作为液位指示器,所述修复液存储罐底部中至少与该液位指示器对应部分的罐体是透明的。

使用时，先在断电状态下将待修复电缆终端铜鼻子与绝缘层间缝隙和导体连接管与绝缘层缝隙暴露出来，在电缆两端的终端接头处套装终端适配器，将所述终端适配器两端与待修复电缆外表面之间的间隙进行密封处理(确保修复液进入适配器内腔两端后不会从适配器的两端渗出)，使得适配器内腔能够与待修复电缆终端暴露出的铜鼻子与绝缘层间缝隙和导体连接管与绝缘层缝隙相连通，形成贯通于待修复电缆两端的修复液注入通路，然后将适配器上的修复液注入孔与修复液注入装置相连，从而使修复液能由注入孔进入所述注适配器内腔，修复完成后拆除所述线修复装置。

实施例2

交联聚乙烯在线修复实例

(1)断电

将所需修复电缆停电，按照电力电缆运行规程做好安全措施；

(2)修复装置连接

在停电状态下，在电缆终端附近安装木质或塑料等绝缘材料制成的支撑架，将带液位指示器和压力平衡管的修复液罐悬挂于支撑架上，然后，将电缆终端铜鼻子与绝缘层间缝隙和导体连接管与绝缘层缝隙暴露出来，将终端适配器安装在电缆两端的终端接头处，适配器上的修复液注入孔通过软管与修复液存储罐相连，存储罐悬挂在高于电缆终端的位置；

(3)修复前的准备

连接好修复装置后，对电缆及修复液罐进行检测，以判断是否出现意外情况，在出现时及时中断修复，保证设备安全；

(4)注入修复液

打开电缆两端的修复液存储罐开关，观察到修复液从修复液存储罐流出，经软管注入到适配器，保持4个小时左右，使修复液渗透到电缆内部；

(5)合闸送电

修复装置保持修复液注入状态，将电缆终端铜鼻子恢复，在电缆合闸送电前，按照电力电缆运行安全规程进行实验后合闸送电；

(6)结束修复

2个月后，将在线修复的电缆停电，按照电力电缆运行规程做好安全措施，在停电状态下，取下适配器，修复液罐以及支架。

为了便于对比，在本实施例中，选用公开号为CN101866706的中国专利申请中公开的交联聚乙烯电力电缆纳米修复液。

对比例1：一次性注入修复液修复

参照公开号为CN101866706的中国专利申请中公开修复方法进行一次性注入修复液修复。

对比例2：时间延长的一次性注入修复液修复

在对比例1所述方法的基础上将浸泡时间延长至与在线修复实例中的修复时间相同(2个月)。

修复机理及性能测试

修复液在交联聚乙烯电力电缆内渗透进入绝缘层的微孔内，在催化剂的作用下，与水发生反应，形成胶状物质将电缆内水树微孔填充，使绝缘层内缺陷得以修复，同时能抑制水树进一步生长。

修复过程中注入到适配器里面的修复液，从铜鼻子与绝缘层间缝隙，渗透进电缆绝缘层中。

在电场的作用下，交联聚乙烯分子具有的弹性导致水树连接通道打开，水树通道打开后，修复液得以更快渗透到水树通道内与水进行反应。并且电场也对弱极性的修复液分子产生电场力，从而加速了修复液的渗透，使得电缆带电情况下下的修复效果更优。而在线修复使停电检修的时间减少，极大地提高了经济效益与运行稳定性。实验室在线修复与一次性注入修复液的修复效果对比如图3、4所示。图3为实验室中新电缆、一次性注入修复液的电缆以及在线修复电缆样本中水树长度方框统计图。根据图3可以看出，在线修复电缆样本中水树长度最短，对比例1所得样本中水树长度次之，而未修复样本中的水树长度最长。在线修复样本中水树长度在170-260μm之间，其平均长度为232.27μm。对比例1所得中水树长度在190-300μm之间，平均长度为250.57μm。而未修复样本中水树长度在260-410μm之间，其平均长度为338.53μm。在线注入修复液比一次性预注入修复液对电缆绝缘中水树的生长抑制效果更明显。图4使用扫描电镜对比了一次性注入修复液与在线修复电缆样本中水树区的微观形貌。由图4可以看出，一次性注入修复液样本水树区域的微孔轮廓较浅、数量较少，并有少量尺寸在微米数量级的颗粒状填充物质，而在线修复样本水树区域的微孔数量很少且轮廓更为模糊，且填充颗粒较小但分布较均匀。根据图3和图4可以看出，在线修复比一次性注入修复液对电缆的修复效果更好。对比例2中所述修复效果与对比例1基本相当，同样明显不如在线修复效果。统计学分析结果显示，上述差异均具有统计学意义。

实施例3：

选用实施例1中所述的任意一种在线修复装置，先在断电状态下将待修复电缆两端与修复装置相连，使修复液渗透到电缆内部，并确保所述修复液注入装置能够持续向待修复电缆充入修复液，合闸送电，并在通电过程中保持修复液注入状态，修复一段时间后(2个月)，断电拆除所述在线修复装置。

实施例4：

选用实施例1中所述的任意一种在线修复装置，按照以下步骤进行在线修复。

(1)断电

将所需修复电缆停电，按照电力电缆运行规程做好安全措施；

(2)修复装置连接

在停电状态下，将电缆终端铜鼻子与绝缘层间缝隙和导体连接管与绝缘层缝隙暴露出来，将终端适配器安装在电缆两端的终端接头处，适配器上的修复液注入孔通过软管与修复液存储罐相连；

(3)修复前的准备

连接好修复装置后，对电缆及修复液存储罐进行检测，以判断是否出现意外情况，在出现时及时中断修复，保证设备安全；

(4)注入修复液

打开电缆两端的修复液存储罐开关，使修复液从修复液存储罐流出，经软管注入到适配器，保持3个小时左右，使修复液渗透到电缆内部；

(5)合闸送电

修复装置保持修复液注入状态，将电缆终端铜鼻子恢复，在电缆合闸送电前，按照电力电缆运行安全规程进行实验后合闸送电；

(6)结束修复

1个月后，将在线修复的电缆停电，按照电力电缆运行规程做好安全措施，在停电状态下，取下适配器，修复液罐以及支架，完成修复。

实施例5：

选用实施例1中所述的任意一种在线修复装置，按照以下步骤进行在线修复。

(1)断电

将所需修复电缆停电，按照电力电缆运行规程做好安全措施；

(2)修复装置连接

在停电状态下，将电缆终端铜鼻子与绝缘层间缝隙和导体连接管与绝缘层缝隙暴露出来，将终端适配器安装在电缆两端的终端接头处，适配器上的修复液注入孔通过软管与修复液存储罐相连；

(3)修复前的准备

连接好修复装置后，对电缆及修复液存储罐进行检测，以判断是否出现意外情况，在出现时及时中断修复，保证设备安全；

(4)注入修复液

打开电缆两端的修复液存储罐开关，使修复液从修复液存储罐流出，经软管注入到适配器，保持5个小时左右，使修复液渗透到电缆内部；

(5)合闸送电

修复装置保持修复液注入状态，将电缆终端铜鼻子恢复，在电缆合闸送电前，按照电力电缆运行安全规程进行实验后合闸送电；

(6)结束修复

3个月后，将在线修复的电缆停电，按照电力电缆运行规程做好安全措施，在停电状态下，取下适配器，修复液罐以及支架，完成修复。

与实施例2中的修复效果对比结果类似，实施例3-5所述各线下修复实例的修复效果均明显优于采用一次性注入修复同等时间的修复效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例，对本发明而言仅是说明性的，而非限制性的；本领域普通技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效变更，但都将落入本发明的保护范围。