CN109462194B - 一种确定电力电缆现场修复时间的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电缆修复领域，具体公开了一种确定电力电缆现场修复时间的方法，包括：1)获取待测电缆的缆芯间隙的水力半径、长度及修复液用量；2)确定修复液用量注入的压力，基于所述缆芯间隙的水力半径、长度、修复液用量及压力采用泊肃叶定律以获取往所述待测电缆内注射所述修复液的流量；3)根据所述修复液用量和所述修复液的流量获取所述电力电缆现场修复时间。该方法结合修复液与水反应过程中修复液动力粘度的变化，利用泊肃叶定律快速地确定修复液于电缆内的流量，从而获取修复液注通电缆的时长，以估计电力电缆现场修复的时间，有利于工程应用。

Description

一种确定电力电缆现场修复时间的方法

技术领域

本发明属于电缆修复领域，特别涉及一种确定电力电缆现场修复时间的方法。

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。

修复液注入技术提出至今经历了841和732两代技术。841技术的修复原理是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。经实践证明，水树老化电缆注入修复液后能有效延长电缆寿命(Glen J.Bertini and GaryA.Vincent.CableRejuvention Mechanisms.ICC Subcommittee A,March 14,2006.)。相比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 Dielectric LifeExtension Technology.IEEE ISEI,Sept,2004)。

在我国，电缆修复技术尚处于起步阶段，修复液注通电缆和有效渗透并与水反应的时间决定了现场修复的时长。如今我国国民经济的发展离不开电力的稳定供应，长时间停电会对社会生活和经济造成巨大损失，因此对运行老化的电力电缆进行修复时，如何在有限的停电时间内将修复液注通电缆就尤为重要。

注入式修复技术主要是通过修复适配器和压力注入装置，将修复液先注入电缆的缆芯的缝隙中，缆芯中修复液分子再经由交联聚乙烯的自由体积区(间隙自由体积和空穴自由体积)逐渐扩散到电缆的绝缘层。在压力差和浓度差的共同作用下，修复液浓度值从修复液注入端到流出端，以及从缆芯到外半导电层都呈逐渐扩散，如图2a-图2c和图3所示。

同时电缆型号也是影响扩散的一个因素，修复液在横截面积大的电缆中的轴向扩散效率较高。由于在修复液发生水解-缩聚反应过程中，液体的扩散系数会随着生成物聚合程度的提高而减小，其中单聚体、二聚体和三聚体的扩散系数逐渐减小，因此修复液的实际扩散效率会受到化学反应的影响而下降，使得修复液的实际扩散效率比理论值低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种确定电力电缆现场修复时间的方法，其能够准确、快速地确定修复液注通电缆的修复时间。

为实现上述目的，本发明提供了一种确定电力电缆现场修复时间的方法，包括：

1)获取待测电缆的缆芯间隙的水力半径、长度及修复液用量；

2)确定修复液用量注入的压力，基于所述缆芯间隙的水力半径、长度、修复液用量及压力采用泊肃叶定律以获取往所述待测电缆内注射所述修复液的流量；

3)根据所述修复液用量和所述修复液的流量获取所述电力电缆现场修复时间。

优选的，上述技术方案中，步骤2)中基于所述缆芯间隙的水力半径、长度、修复液用量及压力采用泊肃叶定律以获取往所述待测电缆内注射所述修复液的流量为：

式(1)中，Q为修复液的流量，η为修复液的动力粘度，△P为驱动液体流动的气压，L为电缆的长度，R为电缆缆芯间隙的水力半径。

与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明中的方法，结合修复液与水反应过程中修复液动力粘度的变化，利用泊肃叶定律快速地确定修复液于电缆内的流量，从而获取修复液注通电缆的时长，以估计电力电缆现场修复的时间，有利于工程应用。

2.本发明在现场修复应用背景下，待修复的电缆横截面积、长度和使用的修复液动力粘度是已知量，通过改变注入修复液时使用的压力，就可以改变修复时间。压力越大，修复液注通电缆的时间越短，但过大的压力可能会导致缆芯偏芯率增加，缩短电缆的使用寿命，因此，在规定时间进行修复时，适当选取最大修复压力。

附图说明

图1根据本发明实施例的确定电力电缆现场修复时间的方法流程图。

图2a-图2c是修复液的扩散机理示意图。

图3是修复液贯通时间随新电缆长度变化及修复压力变化的关系(以150mm²截面电缆为例)。

图4是根据本发明实施例中不同压力条件下液体水注通电缆时间对比

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

如图1所示，该实施例中的确定电力电缆现场修复时间的方法，包括：

1)获取待测电缆的缆芯间隙的水力半径、长度及修复液用量。

现场修复时，待修复电缆已确定，因此电缆缆芯截面、缆芯间隙的水力半径、电缆长度是不变的定值，根据现场修复经验能测得贯通某一截面、某一长度的电缆修复液的用量，即修复液的质量。

2)确定修复液用量注入的压力，基于缆芯间隙的水力半径、长度、修复液用量及压力采用泊肃叶定律以获取往待测电缆内注射修复液的流量。

具体的，由于电缆的几何形状、缆芯间隙等固有参数在电缆制造过程中已被确定，因此在缆芯截面固定时，修复液在缆芯间隙里的流动仅受到电缆的长度、两端注入压力与液体动力粘度的影响。在该实施例中，取修复液动力粘度η取为1.70802E-3Pa·s，因此修复液流动仅与两端注入压力有关。但修复液注入到电缆中，遇到水分发生水解-缩合反应，反应生成的聚合物会导致修复液的动力粘度发生改变，导致实际修复液贯通时间比计算值更长。测得修复液在0～3天内动力粘度近似线性变化，如下式所示：

η＝(1.95475d+1.70802)×10^-3Pa·s

确定修复所使用的压力，利用泊肃叶定律计算出修复液流量：

式(1)中，Q为修复液的流量，η为修复液的动力粘度，△P为驱动液体流动的气压，L为电缆的长度，R为电缆缆芯间隙的水力半径，因此，在现场修复时，修复时间仅受到压力的影响，改变两端注入的压力，可以减少现场修复的时间，压力越大，修复液注通电缆的时间越短，但过大的压力可能会导致缆芯偏芯率增加，缩短电缆的使用寿命，因此，在规定时间进行修复时，适当选取最大修复压力。

3)采用修复液用量除于修复液的流量即可获取电力电缆现场修复时间。

综上所述，本发明中的方法结合修复液与水反应过程中修复液动力粘度的变化，利用泊肃叶定律快速地确定修复液于电缆内的流量，从而获取修复液注通电缆的时长，以估计电力电缆现场修复的时间，有利于工程应用。

下面，通过应用实施例进行介绍，以使本领域技术人员更清楚了解本发明的技术方案：

应用实施例1：

1、实验条件设置

对实验室一根长为200m的YJLV223×150型8.7/15kV电缆进行液体注入实验，注入介质选择为水，当末端抽气时，设置其真空度为0.7～0.85。

2、计算液体总量

已知该200m电缆完全注通时所需的水的质量为2.4kg(2.4E3m³)。

3、计算液体流量

利用泊肃叶定律计算不同压力下的液体流量，液体水的动力粘度为1.005E-3Pa·s。

4、计算时间

以总量除以不同压力施加情况下液体的流量，得到不同压力下水贯通电缆的时间。

5、实验结果验证

绘制实验过程中电缆注入水的质量随时间变化图如4所示，可以看出，其固定长度下电缆所需注入时间与泊肃叶模型预估计算时间相近。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (1)

1.一种确定电力电缆现场修复时间的方法，其特征在于，包括：

1)获取待测电缆的缆芯间隙的水力半径、长度及修复液用量；

2)确定修复液用量注入的压力，基于所述缆芯间隙的水力半径、长度、修复液用量及压力采用泊肃叶定律以获取往所述待测电缆内注射所述修复液的流量；

3)根据所述修复液用量和所述修复液的流量获取所述电力电缆现场修复时间；

步骤2)中基于所述缆芯间隙的水力半径、长度、修复液用量及压力采用泊肃叶定律以获取往所述待测电缆内注射所述修复液的流量为：

式(1)中，Q为修复液的流量，η为修复液的动力粘度，△P为驱动液体流动的气压，L为电缆的长度，R为电缆缆芯间隙的水力半径。

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