一种交联聚乙烯电力电缆绝缘增强修复液及增强方法与流程

本发明属于电力电缆修复领域，具体涉及一种交联聚乙烯电力电缆绝缘增强修复液及增强方法。
背景技术：
：近年来，随着城市中低压电网的改造和完善，交联聚乙烯(xlpe)电缆由于其优异的电气和机械性能逐渐在中低压配电网中取代了传统架空线路和油纸绝缘电缆，并逐渐呈现出从中低压向高压乃至超高压发展的趋势。然而，由于早期的交联聚乙烯电力电缆缺乏统一规范的生产制造工艺和成熟的安装维护经验，加之不合理的电缆敷设与恶劣的电缆沟道运行环境，电缆样本中极有可能出现集中性缺陷和微观损伤。当电缆投入运行后，这些集中性缺陷和微观损伤在电场的和环境中水分的长期作用下有可能会在绝缘层中产生水树并导致xlpe电缆的电气性能下降和绝缘击穿事故。因此，如能提高电缆的电气强度，延长其运行寿命，将具有十分重要的现实意义。现有技术中针对电缆绝缘老化问题，美国utilx公司研究表明，通过将硅氧烷修复液和催化剂注入到水树老化的xlpe电缆中能够修复并填充交联聚乙烯电缆的水树区域，提升水树抑制能力，并延长电缆的运行寿命。该技术投入实际应用，实践证明，该技术可以有效延长电缆寿命10-15年时间。尽管已有研究提出了向水树老化的xlpe电缆中注入修复液，有效抑制水树的生长，减少贯穿型水树的生成，有效延长电缆寿命10-15年时间。但是，其仅仅只能延长电缆寿命，对于击穿电压并没有显著提高。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是：现有技术中向水树老化的xlpe电缆中注入修复液仅仅只能延长电缆寿命，对于击穿电压并没有显著提高的问题，目的在于提供了一种交联聚乙烯电力电缆绝缘增强修复液及增强方法，其不仅仅能有效延长电缆寿命，同时还能有效增强击穿电压，效果十分显著。本发明通过下述技术方案实现：一种交联聚乙烯电力电缆绝缘增强修复液，按重量份数计，包括：电缆的绝缘层为交联聚乙烯，为均匀介质，xlpe是由结晶区和无定形区混合而成的半结晶体，当电缆的缆芯被注入修复液后，修复液会在气压的作用下逐渐渗透，并由缆芯通过xlpe的非结晶区逐渐向绝缘层扩散，越靠近缆芯位置，绝缘层内的修复液浓度越高。当修复液注入到电缆绝缘层后，随着修复液在电场作用下在电缆绝缘层的逐渐扩散，靠近缆芯位置的修复液浓度比远离缆芯位置的修复液浓度大，使得电缆绝缘层不再是均匀介质，靠近缆芯位置绝缘部分的修复液浓度较高，因而介电常数较远离缆芯位置的介电常数大，由此形成绝缘层分阶绝缘。这种分阶绝缘能够均匀绝缘层内的电场分布，从而提升击穿电压。通过预修复可以将电缆绝缘层分成两层，靠近缆芯的绝缘层介电常数为ε1，半径为r1，外层绝缘的介电常数为ε2，电缆缆芯半径为r0，电缆外半径为r，所测绝缘半径为r，施加在缆芯的电位为u。当r0＜r＜r1时，当r1＜r＜r时，根据表1所示计算参数，u为相电压的有效值，得到如图1所示的电缆绝缘层电场分布图。表1计算参数u(kv)r(mm)r0(mm)r1(mm)ε1ε25.7710.16832.3通过分析电缆绝缘层电场分布图，当电缆出现分阶绝缘时，与均质绝缘相比，靠近缆芯位置的场强强度降低，远离缆芯位置的电场强度升高，绝缘层内的电场比均质绝缘层内的电场分布均匀，可以增强电缆绝缘，提高电缆的击穿强度。并且，通过老化实验检测，推导出的新电缆经过本发明修复液修复后使用寿命可以增加20年以上，使用寿命更长，效果更加显著。进一步，所述硅烷为硅氧烷修复液，它可以与水树缺陷中的水分子发生水解缩合反应，生成硅烷大分子聚合物填充在水树空洞处，从而使电缆的绝缘性得到修复，所述长链硅烷为辛基三甲氧基硅烷，因为它是长分子链，在绝缘层中扩散较慢，不易流失，从而使修复效果的持续时间大大增长。优选地，所述催化剂为异丙酯，它可以促进硅氧烷修复液与水分子的水解缩合反应，从而使修复时间大大缩短。一种交联聚乙烯电力电缆绝缘增强方法，包括：步骤一、通过修复装置将本发明的修复液压入到新的交联聚乙烯电力电缆中；步骤二、修复液在气压的作用下渗入到交联聚乙烯电力电缆绝缘层中反应生成有机填充物。进一步，所述气压为0.1～0.4mpa。优选地，所述气压为0.2mpa。为了能更好地适用不同规格的新的电缆进行填充，所述修复装置包括连通在交联聚乙烯电力电缆一端且顺次设置的储气瓶、储液罐进口阀门、进口适配器，连通在交联聚乙烯电力电缆另一端且顺次设置的出口适配器、出口阀门、余液收集瓶。为了更好地调节压力，使修复液更好地与绝缘层接触反应，所述储气瓶与储液罐的顶端连通，通过储气瓶中的气体压力将储液罐的液体压入到交联聚乙烯电力电缆中。为了避免修复液在压入电缆中之前与气体反应，进而影响填充后效果，所述储气瓶中的气体为惰性气体。进一步，所述余液收集瓶的顶端位置处设置有排气口。本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1、通过本发明的修复液和预修复操作，可以将电缆绝缘层分成两层，使电缆出现分阶绝缘，其不仅仅能有效延长电缆寿命，同时还能有效增强击穿电压，并且降低介质损耗；2、本发明操作简单、成本低廉、效果显著。附图说明此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：图1为本发明电缆绝缘层的电场分布图。图2为本发明中修复装置的结构示意图。图3为本发明中电缆样本击穿电压威布尔概率分布图。附图中标记及对应的零部件名称：1-储气瓶，2-储液罐，3-进口阀门，4-进口适配器，5-出口适配器，6-出口阀门，7-余液收集瓶。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。实施例1一种交联聚乙烯电力电缆绝缘增强修复液，按重量份数计，包括：本实施例中所述长链硅烷为辛基三甲氧基硅烷。所述催化剂为异丙酯。采用上述修复液进行一种交联聚乙烯电力电缆绝缘增强方法，包括：步骤一、截取350mm的电缆试样4根，分别命名为a组、b组、c组、d组，a组和b组通过修复装置将上述修复液压入到新的交联聚乙烯电力电缆中，c组和d组不做处理。其中，修复装置包括连通在交联聚乙烯电力电缆一端且顺次设置的储气瓶1、储液罐2、进口阀门3、进口适配器4，连通在交联聚乙烯电力电缆另一端且顺次设置的出口适配器5、出口阀门6、余液收集瓶7；如图2所示。储气瓶1与储液罐2的顶端连通，储气瓶1中的气体为惰性气体，余液收集瓶7的顶端位置处设置有排气口。本实施例中该修复装置的具体修复过程如下：电缆样本型号优选为yjlv223×95、电压8.7/10kv，首先截取350mm的电缆试样并分别剥去电缆两端的外半导电层，露出两端20mm的缆芯和80mm的xlpe绝缘层，并在电缆两端80mm的绝缘层上加工螺纹以安装适配器方便修复液的注入。通过储气瓶1输出惰性气体，将通过惰性气体将储液罐2中的修复液通过输液管压力注入到进口适配器4，将出口适配器5处的出口阀门6打开。修复液在气压差的作用下导通后，促使液修复液向着出口适配器5一端流动并贯通整根电缆。步骤二、修复液在气压的作用下渗入到交联聚乙烯电力电缆绝缘层中反应生成有机填充物。即，关闭出口适配器5的出口阀门6并保持0.2mpa的压力，持续4小时，从而使修复液更好的渗透电缆绝缘层，在电缆绝缘层中反应生成有机填充物，然后关闭修复装置。最后取下修复装置，回收余液收集瓶7中的修复液即可。首先分别检测a组、b组、c组、d组的介质损耗，其测试方法为：介损测试采用te2000型抗干扰介质损耗仪，通常测试有正接和反接两种接线方法，正接法主要针对不接地试品，其测量过程比较安全，结果比较可靠。反接法主要用于本身要求接地的大体积试品，如变压器等，测量时要注意接地。因本次实验电缆不需直接接地，故选用正接法进行测试。每组的每个样本测量3次并记录结果。检测结果如表2所示。表2通过上述表2可以看出：新电缆注入修复液后，其介质损耗较未预修复的样本的介质损耗得到了一定程度的下降，说明修复液的注入对提升电缆的绝缘水平，降低介质损耗存在积极的作用。然后，采用上述a组、b组、c组、d组的电缆通过击穿电压试验、工频击穿实验进行击穿电压的检测。先检测a组和c组的击穿电压；然后将b组和d组放置3月后再次进行击穿电压试验、工频击穿实验，检测b组、d组的击穿电压。并对测得电缆样本的击穿电压进行weibull分布计算，获得的电缆样本击穿电压weibull概率分布图，如图3所示。由电缆样品击穿电压weibull分布图可以看出，以概率0.632对应的电压作为击穿电压，c组新电缆样本的工频击穿电压为21.26kv，注入修复液后的a组电缆样本的工频击穿电压为25.28kv，可以看出预修复后电缆的击穿电压得到了显著提高。将预修复的b组电缆样本与d组新电缆样本放置三个月后，d组样本的击穿电压值为21.36kv，与三个月前测量的新样本的击穿电压值相差无几。而此时，预修复的b组电缆样本的击穿电压值为22.31kv，低于预修复后直接测量的a组的击穿电压值，但仍然高于新电缆的击穿电压值。说明本发明修复液可以通过预修复使得电缆的绝缘水平得到了大幅增强。本实施例同时给出了另外两种修复液配比与本发明修复液的对比实验，具体设置如下：第一种：硅烷a+催化剂+乙酰苯；第二种：长链硅烷b+催化剂+乙酰苯；第三种：本发明的修复液。取等量的上述三种修复液，分别置于烧杯中并加入适量蒸馏水进行水解，用玻璃棒匀速搅拌，观察其反应速率与生成物形态随反应时间的变化规律。通过上述三种修复液与水直接反应实验的观察与测量，经过玻璃板匀速的搅拌后，可以看到如下现象：第一种修复液与水反应较快，短时间内就生成了淡黄色的黏稠状液体，随着时间的推移，这些液体很快凝聚成淡黄色的半透明的固化胶状物质，但这些胶状物质容易附着在烧杯壁上，团聚现象较为严重。第二种修复液反应速率最快，首先生成的是透明油状液体，之后随即聚集成白色的胶状物质，由于其反应速率较快且生成的胶状物质流动性较低，液体中由于搅拌而产生的气泡未能逸出而停留在胶状物质中。放置一周后，固化的胶状物质分隔了修复液和水分的接触反应，因而出现了分层现象。第三种修复液反应速率适中，反应现象与a类似，生成的凝胶最为均匀，没有出现a中的胶状物质附着现象。通过上述反应现象可以推断该三种修复液进入水树区域后，均能够与水发生反应并生成凝胶状物质，生成的有机聚合物能够均匀电场，抑制局部电场畸变，从而提升电缆绝缘性能。通过对三种修复液进行一系列测试，观察其的电气性能和绝缘性能。一、修复液检测相对介电常数的试验采用rlc数字电桥测量修复液的介电常数作为评价手段。介电常数又称电容率，通常不能通过直接测量得到，故一般采用静电场的方式进行测量。通过测量同样电容极板距离的空气电容量和介质电容量的比值以得到相对介电常数。介电常数测试通过数字电桥测量被测试物的电容值，采用th2816b型rlc数字电桥进行测量，检测结果如表3所示。表3二、修复液检测电阻率的试验采用基于pdc的测量系统，检测三种修复液的阻值大小，检测结果如表4所示。表4三、修复液击穿电压试验交流击穿电压是衡量电介质绝缘水平较为直观有效的指标，它能够检验修复液耐受极限电应力情况，是一项非常重要的监督手段。为此，本发明采用工频击穿电压实验对修复液进行测试，测试结果如表5所示。表5实验编号123456第一种修复液302436383028第二种修复液222127232627第三种修复液363236383234通过测试发现：以上三种修复液与水的反应产物均无危害物质产生，且其的相对介电常数和交联聚乙烯的相对介电常数接近，故可使用修复液对电缆进行预修复。但是，通过反应过程、电阻率和击穿电压试验结果可知，采用本发明优化配比的修复液能更好地满足新电缆的预修复操作，有效增强击穿电压，使电缆寿命更长，同时还能降低介质损耗，效果更加显著。以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12