CN107474548A - 一种长效电力电缆修复液及其制备与应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种长效电力电缆修复液及其制备与应用方法，修复液的组分组成以体积份计，包括硅氧烷修复液65‑75份，催化剂5‑10份，长链硅烷25‑35份。其制备：将各组分加入带有搅拌器的混合容器中，并向其中通入惰性气体，于室温中搅拌混合20min左右，即可获得。其应用：通过适配器和空气压缩机，将修复液以0.2～0.3MPa压力注入电缆缆芯中，并保持压力4h左右，使修复液充分渗入电缆绝缘层；放置4‑6d后，打开两端适配器，并取下相关修复装置，排出残余液体。该修复液能够有效抑制水树生长，并且该修复液的修复效果具有更好的长期性能，同时具有制备简单，安全稳定，效果好，成本低的优点。

Description

一种长效电力电缆修复液及其制备与应用方法
技术领域
本发明涉及电缆修复技术领域，具体涉及一种延长电力电缆使用寿命的电力电缆修复液及其制备与应用方法。
背景技术
我国从20世纪90年代开始进行大规模城网改造，10kV电力电缆得到广泛使用。交联聚乙烯(XLPE)电力电缆因其良好的电气和机械性能，在我国城市电网中得到了十分广泛的使用。由于早期电缆制造工艺尚不成熟，电缆防水性能不佳，并且在电缆保存、运输、安装和运行过程中会不可避免地产生一些局部性微观缺陷，环境中的水分在电场的作用下逐渐向微观缺陷处聚集，形成多分叉水树区，在一定条件下会发展成为电树，最终导致电缆绝缘击穿。
普通的XLPE电力电缆在运行15年以后，其击穿电压值下降到原来的50％左右，进入故障高发期(S.Boggs,J.Xu.Water Treeing-filled versus Unfilled CableInsulation.IEEE Electrical Insulation Magazine,2001,17(1):23-29)。针对早期投入运行的大量XLPE电力电缆，其老化问题变得愈发突出，在目前我国电力体制改革的背景下，大量更换老化电缆所带来的巨大工程量和资金投入使得电网企业难以承受。因此，对大量水树老化的运行电缆进行绝缘修复，从而延长其使用寿命，就具有十分重要的现实意义。
美国Utilx公司和欧洲Novinium公司应用电缆修复液对老化电缆进行绝缘修复已经有30多年的使用经验。电缆修复主要有两代技术：841技术和732技术。841技术属于第一代电缆修复技术，它的主要原理是硅氧烷在催化剂的作用下与XLPE电力电缆绝缘微孔缺陷中的水分进行水解和缩合反应，该反应总的会消耗水分，并且反应残留的硅树脂填充物可以填充微孔隙，从而改善电缆绝缘情况，延长电缆使用寿命。实践证明，该技术能有效延长水树老化电缆寿命10～15年。732技术是在841技术的基础上提出来的，相比于841技术，732技术更加注重电缆修复的中长期效果，并且在修复中添加了能够抑制局部放电、均匀电场和屏蔽紫外线的相关成分(Glen J.Bertini.New Developments in Solid DielectricLife Extension Technology.IEEE ISEI,Sept,2004)，但是对于其具体成分和修复方法并没有说明。
研究表明硅氧烷对电缆水树具有较好的修复作用。中国专利“一种自生成纳米颗粒的电力电缆修复液及其制备方法和应用(申请公开号：CN 102618037A)”以及美国专利“Restoring stranded conductor electrical distribution cable(U.S.Pat.No.4766011)”和“Method for enhancing dielectric strength of cableusing fluid having a high diffusion coefficient(U.S.Pat.No.5372840)”公开了使用硅氧烷作为电缆修复液的技术。但实践表明现有技术的电力电缆修复液中长期修复效果还不够理想，还有待开发中长期修复效果更好的新一代电力电缆修复液。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种新的电力电缆修复液及其制备与应用方法，以提高电力电缆中长期修复效果，延长电力电缆使用寿命。
本发明的基本思想是在现有的硅氧烷修复液的基础上添加分子量与催化剂相近的长链硅烷分子，减小修复液中硅氧烷与催化剂在电缆中扩散的速率差，同时使得修复后残留产物渗出绝缘的速度大幅减小，从而实现增强电缆修复的中长期效果。
针对本发明的上述目的，本发明提供的长效电力电缆修复液，其组份组成以体积份数计包括：
硅氧烷修复液 65-75份
催化剂 5-10份
长链硅烷 25-35份。
在本发明的上述技术方案中，所述催化剂可为钛酸四异丙酯、钛酸四异丁酯、异丙基三钛酸酯、异丙基二辛基焦磷酸酰氧基钛酸酯、氢氧化钠、氢氧化钾、盐酸和硝酸中的至少一种；优先选用其中的一种。所述长链硅烷优先选用十二烷基三甲氧基硅烷。所述硅氧烷修复液、催化剂和长链硅烷均为市售商品。
上述长效电力电缆修复液可通过下述方法进行制备：将65-75份的硅氧烷修复液，5-10份的催化剂，25-35份的长链硅烷加入带有搅拌器的混合容器中，并向其中通入惰性气体，于室温中搅拌混合至少10min，即可获得添加长链硅烷的电力电缆修复液。所述惰性气体可以是氩气、氮气等。搅拌混合的时间一般为10min～20min。所述室温一般为10℃～30℃。
上述长效电力电缆修复液应用方法，包括以下步骤：
(1)在电缆修复前，先对待修复电力电缆的绝缘性能和修复所需相关设备的耐压能力进行检测，以保证修复过程中设备和操作人员的安全；
(2)采用前端适配器(2)、后端适配器(4)和空气压缩机，将长效电力电缆修复液以0.2～0.3MPa压力从前端适配器注入待修复老化电缆缆芯中，待所述修复液从后端适配器出口(5)溢出，将后端适配器出口封闭，保持压力至少4h，通常保持压力4h～6h，使修复液充分渗入电缆绝缘层；
(3)封闭前端适配器进口(1)，使修复液充分与电缆水树区域水分反应，并且使生成物中的醇类物质透过交联聚乙烯绝缘层的分子间隙逐渐挥发；经过至少72h后，通常经过72h～150h，打开电缆两端适配器进出口，将剩余修复液及废液从后端适配器出口(5)或进口(1)排出。
本发明的发明人在老化电力电缆修复研究中发现，使用现有技术的硅氧烷修复液对老化电缆进行修复，修复的中长期效果还不够理想的原因之一，是由于修复液中硅氧烷与催化剂在电缆绝缘中的扩散速率相差较大所导致。基于此，发明人通过研究和反复试验，找到了解决这一问题的方法，即在现有的硅氧烷修复液的基础上添加分子量与催化剂相近的长链硅烷分子，来减小修复液中硅氧烷与催化剂在电缆中扩散的速率差，同时使得修复后残留产物渗出绝缘的速度大幅减小，从而实现增强电缆修复的中长期效果。
采用本发明提供的长效电力电缆修复液对老化电力电缆进行修复，具有以下十分突出的优点：
1.在老化电力电缆中注入本发明的修复液进行修复，修复液在催化剂的作用下与老化电缆水树区域的水分发生水解缩合反应，生成胶状聚硅氧烷有机物，其介电常数与交联聚乙烯的介电常数接近，有效提高了老化电缆的绝缘性能。
2.修复液在催化剂的作用下与老化电缆水树区域的水分发生水解缩合反应的副反应，为催化剂钛酸酯类的水解，生成物为白色的纳米二氧化钛颗粒。该修复液在电缆绝缘层中的含水缺陷、空洞等处生成含有二氧化钛的有机物，能够有效对缺陷空洞进行填充，有效降低了水树长度。
3.修复液中由于添加分子量与催化剂相近的长链硅烷分子，减小了修复液与催化剂在电缆中扩散的速率差，同时使得修复液渗出绝缘层的速度大幅减小，增强电缆修复的中长期效果。
本发明的发明人对注入现有技术的硅氧烷修复液、本发明的长效电力电缆修复液和未注入修复液的老化电缆样本分别进行工频击穿实验，测定其击穿电压值，对老化电缆样本分别进行切片，用显微镜观测进行水树长度测量，对比实验测试结果表明，采用本发明长效电力电缆修复液修复后的老化电力电缆较现有技术硅氧烷修复液修复后的老化的电力电缆，击穿电压有明显提高，水树长短有显著降低(见实施例、附图2和附图3)。
采用本发明提供的修复液对老化电力电缆进行修复，具有操作制备简单、安全稳定、修复中长期效果更好、成本低的特点。
附图说明
图1为交联聚乙烯电力电缆注入式修复装置结构示意图。
1-前端适配器进口，2-前端适配器，3-待修复电缆，4-后端适配器，5-后端适配器出口。
图2为修复电缆样本击穿电压Weibull分布图。
图3为三组电缆样本水树长度统计的箱式图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要指出的是，本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明内容做出一些非本质的改进和调整。
实施例1
实验对象获取：截取长度为35cm的新电力电缆样本12根，分为3组，编号A，B，C，分别为5根，5根和2根，放入热老化箱，施加幅值为7.5kV，频率为400Hz的交流电，温度控制参数为60℃×16h，20℃×8h，电热协同老化35d，得到老化电力电缆样本，分别用于注入现有技术的硅氧烷修复液(未添加长链硅烷的修复液)、长效电力电缆修复液(添加长链硅烷的修复液)和不注入修复液的试验样本进行微观观测，测试水树长度和击穿电压测试。
1.长效电力电缆修复液的制备
将硅氧烷修复液68份，钛酸四异丙酯7份，十二烷基三甲氧基硅烷32份加入带有搅拌器的混合容器中，并向其中通入氮气，于室温中搅拌混合20min左右，即可获得添加长链硅烷的长效电力电缆修复液。
2.长效电力电缆修复液的应用
(1)在电缆修复前，先对其绝缘性能和修复所需相关设备的耐压能力进行检测，从而保证修复过程中设备和操作人员的安全；
(2)采用前端适配器2、后端适配器4和空气压缩机，将添加长链硅烷的长效电力电缆修复液通过0.3MPa压力注入电缆缆芯中，待所述修复液从后端适配器出口5溢出将后端适配器出口封闭，并保持压力4h左右，使修复液充分渗入电缆绝缘层；
(3)封闭前端适配器进口1，使修复液充分与电缆水树区域水分反应，并且使生成物中的醇类物质透过交联聚乙烯绝缘层的分子间隙逐渐挥发。经过72h后，打开电缆两端适配器进出口1、5，将剩余修复液及废液从后端适配器出口5排出。
对使用添加长链硅烷的修复液修复后的B组样本进行测试，样本击穿电压分别为13.60kV，14.00kV，15.18kV，16.00kV，12.00kV；显微镜观测得到的平均水树长度为254μm。
采用上述同样方法条件，对使用未添加长链硅烷的现有技术的硅氧烷修复液修复后的A组样本进行测试，样本击穿电压分别为14.96kV，14.70kV，13.00kV，12.47kV，11.00kV；显微镜观测得到的平均水树长度为280μm。
未修复C组样本电缆的击穿电压分别为9.00kV，10.00kV。显微镜观测得到的平均水树长度为351μm。
分析：通过实验测试数据，对比两组修复电缆样本的击穿电压测试值与未修复电缆样本击穿电压，证明了修复确实提高了电缆的绝缘性能；对比两组修复的老化电缆样本，证明了添加长链硅烷的本发明修复液对老化电缆样本的绝缘性能提升效果更明显。将击穿电压测试数据进行Weibull概率分布计算，同时对比三组样本的平均水树长度，证明了修复后水树的生长受到了抑制，并且添加长链硅烷的本发明修复液修复样本比未添加长链硅烷的现有技术的硅氧烷修复液的修复样本对水树的抑制效果更好。修复电缆样本击穿电压Weibull分布如图2所示，水树长度箱式图如图3所示。

Claims (5)

1.一种长效电力电缆修复液，其特征在于所述修复液的组份组成以体积份数计包括：
硅氧烷修复液 65-75份
催化剂 5-10份
长链硅烷 25-35份。
2.如权利要求1所述长效电力电缆修复液，其特征在于，所述催化剂为钛酸四异丙酯、钛酸四异丁酯、异丙基三钛酸酯、异丙基二辛基焦磷酸酰氧基钛酸酯、氢氧化钠、氢氧化钾、盐酸和硝酸中的至少一种。
3.如权利要求1或2所述长效电力电缆修复液，其特征在于，长链硅烷为十二烷基三甲氧基硅烷。
4.权利要求1至3之一所述长效电力电缆修复液的制备方法，其特征在于，将65-75份的硅氧烷修复液，5-10份的催化剂，25-35份的长链硅烷加入带有搅拌器的混合容器中，并向其中通入惰性气体，于室温中搅拌混合至少10min，即可获得添加长链硅烷的电力电缆修复液。
5.权利要求1至3之一所述长效电力电缆修复液的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在电缆修复前，先对待修复电力电缆的绝缘性能和修复所需相关设备的耐压能力进行检测，以保证修复过程中设备和操作人员的安全；
(2)采用前端适配器(2)、后端适配器(4)和空气压缩机，将电力电缆修复液以0.2～0.3MPa压力从前端适配器注入待修复电缆缆芯中，待所述修复液从后端适配器出口(5)溢出将后端适配器出口封闭，保持压力至少4小时，使修复液充分渗入电缆绝缘层；
(3)封闭前端适配器进口(1)，使修复液充分与电缆水树区域水分反应，并且使生成物中的醇类物质透过交联聚乙烯绝缘层的分子间隙逐渐挥发；经过至少72h后，打开电缆两端适配器进出口，将剩余修复液及废液从后端适配器出口(5)或进口(1)排出。
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