CN116100713A - 海底电缆工厂接头硫化系统及硫化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电线电缆技术领域，尤其涉及一种海底电缆工厂接头硫化系统及硫化方法。其中，海底电缆工厂接头硫化系统包括硫化缸，所述硫化缸中设置有硫化腔，所述硫化腔的两侧分别设置有缓冲腔，所述缓冲腔的缸壁上、所述硫化腔与所述缓冲腔之间的隔断壁上分别开设有允许电缆穿过的穿行口，两个电缆的端头对应从两侧的缓冲腔穿入并于所述硫化腔中通过电缆接头连接，且电缆与缸壁穿行口之间夹设有冷密封块，电缆与隔断壁穿行口之间夹设有热密封块；温度施加控制装置，用于为硫化腔提供温度；氮气供给装置，用于为硫化腔提供压力和氮气保护；冷却装置，用于对冷密封块冷却，减少电缆密封处的热变形量。

Description

海底电缆工厂接头硫化系统及硫化方法

技术领域

本发明涉及电线电缆技术领域，尤其涉及一种海底电缆工厂接头硫化系统及硫化方法。

背景技术

海底电缆是海洋经济发展中不可或缺的环节，广泛应用在海上风电、海洋油气开采、陆地与岛屿间电力通信传输等领域。近年来随着国内海洋经济建设发展，海底电缆的市场需求量急剧增加，尤其是在新能源海上风电领域。

海上风电利用海上的风力资源，通过风力发电机产生电能并输送至内陆电网，海底电缆作为海上风电中传递电能的设备，对海上电能传输的安全性和稳定性具有重要影响。与陆地电缆相比，海缆的最大特点之一就是要求连续大长度，通常为几公里到几十公里不等，受到工厂电缆制造长度的限制，大长度海缆必须采用品质优异的工厂接头，将几段海缆连接起来，拥有与本体等同的机械、物理、电气性能。

工厂接头也称软接头，主要分成导体焊接、导体屏蔽恢复、绝缘恢复、绝缘硫化、绝缘屏蔽恢复、绝缘屏蔽硫化六大工艺部分，其中绝缘硫化和绝缘屏蔽硫化是工厂接头制作的重要工艺。工厂接头需要在整个硫化系统的作用下其塑料分子链间会生成交联键，从而得到了满足电缆使用要求的各种性能。

现有的海缆工厂接头的硫化尚未形成规范化系统，硫化的装置简单，功能仅是实现硫化，对于在硫化过程中腔体密封的稳定性和可控性、硫化后密封处本体电缆的完好性、接头两端受热不均等缺少关注和有效管控手段，另外对于绝缘厚度较大的电缆，采用单一地由电缆外部向电缆内部的热传递方式加热，存在内外层受热不均匀、外层绝缘焦黄而内部绝缘未完全硫化问题，影响硫化效果，接头质量得不到保障。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海底电缆工厂接头硫化系统及硫化方法，解决以上问题，缩短硫化时间，提高硫化质量。

为达上述目的，一方面，本发明采用以下技术方案：

一种海底电缆工厂接头硫化系统，其包括：

硫化缸，硫化缸中设置有硫化腔，硫化腔的两侧分别设置有缓冲腔，缓冲腔的缸壁上、硫化腔与缓冲腔之间的隔断壁上分别开设有允许电缆穿过的穿行口，两个电缆的端头对应从两侧的缓冲腔穿入并于硫化腔中通过电缆接头连接，且电缆与缸壁穿行口之间夹设有冷密封块，电缆与隔断壁穿行口之间夹设有热密封块；

温度施加控制装置，包括贴附于硫化缸的表面的加热源，用于为硫化腔提供温度；

氮气供给装置，硫化缸上设置有与硫化腔连通的注气口，氮气供给装置与注气口对接，用于为硫化腔提供压力和氮气保护；

冷却装置，包括环绕冷密封块排布的冷却管道，冷却管道内流通有冷却液，用于对冷密封块冷却，减少电缆密封处的热变形量。

特别地，还包括导体感应加热器，包括环绕电缆上的感应线圈，用于使电缆导体感应发热，配合硫化腔的环境温度，使得硫化部绝缘内外受热。

特别地，硫化缸包括上缸体和下缸体，上缸体与下缸体之间通过螺丝组合，硫化腔、缓冲腔分别于上缸体和下缸体上形成半腔，上缸体和/或下缸体的组合面上环绕半腔开设有凹槽线，凹槽线中装嵌有密封条，密封条与热密封块、冷密封块的接触部位涂抹有密封胶。

特别地，加热源分段固定在硫化缸的表面，每个加热源上设置有接电插座，能够独立调温，每个加热源的加热区域设置热电偶，用于反馈实时温度。

特别地，硫化缸上设置有与硫化腔连通的第一排气口、与两侧缓冲腔连通的第二排气口。

特别地，硫化缸上设置有与冷却管道连通的冷却接头，实现冷却液进水和回水，硫化缸的外表面上设置有对冷密封块限位的挡杆。

特别地，硫化缸上设置有与硫化腔连通的压力保险开关，用于防止缸内压力过大。

特别地，硫化缸上设置有显示硫化腔内压力和温度的压力表和温度表。

特别地，硫化缸的底部设置有支撑脚架，支撑脚架与硫化缸之间设置有隔热垫。

另一方面，本发明采用以下技术方案：

一种海底电缆工厂接头硫化方法，基于上述的海底电缆工厂接头硫化系统，其包括步骤：

S100：将电缆的硫化部置于硫化缸中，且电缆接头位于硫化腔内；

S200：氮气供给装置通过注气口向硫化缸中充入氮气，依次打开硫化腔上的第一排气口、缓冲腔的第二排气口，排除硫化缸中空气；

S300：温度施加控制装置通过各个加热源对硫化缸预热，冷密封块、热密封块和电缆受热膨胀，间隙被挤压，此时再通入氮气，检查硫化缸的气密性；

S400：冷却装置向冷却管道通入冷却液，对冷密封块冷却；

S500：通过温度施加控制装置调节加热温度，经过升温、保温、降温，完成电缆接头于硫化缸中硫化。

综上，本发明的有益效果为，与现有技术相比，所述海底电缆工厂接头硫化系统及硫化方法至少具有以下优点：

1)硫化缸内有三个压力腔，位于中间的压力腔用于接头硫化，位于两侧的压力腔缓冲中间压力腔与外界的压力和温度，提高了腔体密封可靠性，降低了密封处电缆本体的热变形；

2)硫化缸上面设有温度表、压力表和压力保险开关等装置，实现腔体内部实时温度和压力的监测，防止压力过大，提高系统安全性；

3)硫化缸缸体两侧设置冷却管道，缓解电缆本体的热变形；

4)氮气供给装置为硫化腔提供压力和氮气保护，保证可靠硫化环境；

5)温度施加控制装置搭配导体感应加热器，使绝缘内外同时受热，有效改善绝缘受热不均问题，缩短硫化了时间，提高了硫化质量。

附图说明

图1是本发明实施例提供的海底电缆工厂接头硫化系统中硫化缸的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的海底电缆工厂接头硫化系统中硫化缸下缸体的俯视图；

图3是本发明实施例提供的海底电缆工厂接头硫化系统中硫化缸上缸体的仰视图；

图4是本发明实施例提供的海底电缆工厂接头硫化系统中导体感应加热器的示意图。

图中：

1-硫化缸；1a-上缸体；1b-下缸体；2-硫化腔；3-缓冲腔；4-冷密封块；5-热密封块；6-凹槽线；7-挡杆；8-加热源；9-接电插座；10-热电偶；11-注气口；12-第一排气口；13-第二排气口；14-冷却接头；15-感应线圈；16-控制器；17-压力保险开关；18-压力表；19-温度表；20-支撑脚架；21-隔热垫；22-电缆接头。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的零部件或具有相同或类似功能的零部件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，可以是机械连接，也可以是电连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

请参阅图1至图4，本优选实施例提供一种海底电缆工厂接头硫化系统，包括硫化缸1、温度施加控制装置、氮气供给装置、冷却装置和导体感应加热器。

其中，硫化缸1中设置有硫化腔2，硫化腔2的两侧分别设置有缓冲腔3，缓冲腔3的缸壁上、硫化腔2与缓冲腔3之间的隔断壁上分别开设有允许电缆穿过的穿行口，两个电缆的端头对应从两侧的缓冲腔3穿入并于硫化腔2中通过电缆接头22连接，且电缆与缸壁穿行口之间夹设有冷密封块4，电缆与隔断壁穿行口之间夹设有热密封块5。

硫化腔2是位于中间位置的热密封腔体，用于硫化电缆接头22，两侧的缓冲腔3是冷密封腔体，用于对外界密封，起到温度、压力的缓冲作用。

详见图2和图3，硫化缸1包括上缸体1a和下缸体1b，上缸体1a与下缸体1b之间通过螺丝组合，硫化腔2、缓冲腔3分别于上缸体1a和下缸体1b上形成半腔，上缸体1a和/或下缸体1b的组合面上环绕半腔开设有凹槽线6，本实施例以下缸体1b上开设凹槽线6示例，凹槽线6中装嵌有弹性橡胶条或其它等效材料的密封条，密封条与热密封块5、冷密封块4的接触部位涂抹有密封胶，上缸体1a的组合面平整无凹槽，平面触压到密封条上，提高上缸体1a和下缸体1b的密封性。

为了提高硫化缸1的密封性，可以在热密封块5、冷密封块4表面及其与密封条接触部位涂抹密封胶，密封胶具备粘性，耐高温，常温下能够凝固，有一定强度。

此处的冷密封块4和热密封块5均是橡胶材质或其它等效材料，呈半圆形分体结构，分别装嵌于上缸体1a和下缸体1b上，合围后组成一个整体圆形环，中间穿过电缆，具备高弹性、高强度、耐高温性能，在受热时会发生膨胀变形。

特别地，冷密封块4和热密封块5嵌入到缸体内，受到压力冲击时不会位移，其中冷密封块4的内径尺寸与电缆外径相近，热密封块5的内径尺寸大于电缆外径10～20mm，硫化时冷密封块4、热密封块5和电缆受热膨胀，使得硫化腔2和两个缓冲腔3相对外界密封。进一步地，硫化缸1的外表面上设置有对冷密封块4限位的挡杆7，防止压力作用下冷密封块4滑出，影响密封性。

温度施加控制装置用于为硫化腔2提供温度，包括贴附于硫化缸1的表面的加热源8及温控箱，温控箱上设有温度设定模块、计时系统、温度压力显示屏等，加热源8优选为加热片形式。

加热源8分段固定在硫化缸1的表面，每个加热源8上设置有接电插座9，能够独立调温，每个加热源8的加热区域设置热电偶10，用于反馈实时温度。温控箱发出指令和接收信号，对硫化缸1进行加热、温度监测和维持，还可根据硫化工艺曲线输入特定程序到温度施加控制装置，实现无人即可完成升温、保温和降温动作。

氮气供给装置用于为硫化腔2提供压力和氮气保护，硫化缸1上设置有与硫化腔2连通的注气口11，氮气供给装置与注气口11对接。

氮气供给装置主要包含氮气罐、配套的氮气减压阀、若干长度气体软管，进一步地，考虑到电缆硫化中途会有氮气用尽的情况，需配套至少两个氮气瓶、两个减压阀，同时含有一个三通的开关，用于连接两个氮气瓶的两个出气管路和向硫化缸1的注气口11进气的输气管路，当一瓶氮气用尽时可以转接另一瓶氮气，切换快捷、操作简单，不会造成缸体内部的气压小幅度降低，切换间保持气压稳定。

硫化缸1上设置有与硫化腔2连通的第一排气口12、与两侧缓冲腔3连通的第二排气口13，第一排气口12、第二排气口13属于阀门控制开关，连通缸体内部，第一排气口12位于硫化腔2上方，第二排气口13位于缓冲腔3上方。前期氮气通过注气口11注入硫化缸1，优先打开第一排气口12排出硫化腔2内部空气，后关闭第一排气口12，第二排气口13排出缸体内的空气，排气时间持续3min～5min。

冷却装置用于对冷密封块4冷却，减少电缆密封处的热变形量，其包括环绕冷密封块4排布的冷却管道，冷却管道内流通有冷却液，硫化缸1上设置有与冷却管道连通的冷却接头14，实现冷却液进水和回水。

此处进水线路和回水线路各四条，通过水管插接到硫化缸1的冷却接头14上，打开进水管冷水开关，流经冷密封块4周边，后由回水管流出、储存，实现电缆冷密封块4处冷却，最大程度上减少冷密封块4下电缆的变形量，储存的水经冷却水塔冷却循环利用。

详见图4，导体感应加热器用于使电缆导体感应发热，其包括环绕电缆上的感应线圈15和控制器16两部分，基于感应加热工艺的验证基础，对不同规格电缆进行相应功率设定以及感应线的缠绕圈数。以66kV电压等级、500mm2导体电缆为例，设定感应加热装置功率20％，紧密缠绕20圈线圈，加热过程不断监测导体温度，当加热时间超出50min后导体的温度稳定在70℃上下。

值得一提的是，在硫化过程中，一方面硫化缸1上的加热源8产生的温度从绝缘外部传递，另一方面电缆导体因感应也产生热量，里应外合，使得内外层绝缘受热均匀，绝缘层整体硫化程度同步，提高了电缆接头22硫化质量，缩短了硫化时间。

另外，硫化缸1上设置有与硫化腔2连通的压力保险开关17，压力保险开关17属于过载保护类，可以防止缸体内部气压过大，压力过大轻则影响产品质量，重则爆缸、飞溅导致人员伤亡。

硫化缸1上设置有显示硫化腔2内压力和温度的压力表18和温度表19，实时监测、反馈缸体内部压力和温度数值，方便操作人员对工艺的把握。

硫化缸1主体的自重大，还可设置吊环，可以通过行车连接吊环吊装，减轻操作人员劳动强度，规避人抬、缸体掉落风险。

硫化缸1的底部设置有支撑脚架20，支撑脚架20与硫化缸1之间设置有隔热垫21，避免下缸体1b顺延脚架热量的大量散失，保持硫化时缸体上下空间热量相对平衡。

此外，本实施例还提供一种海底电缆工厂接头硫化方法，基于上述海底电缆工厂接头硫化系统，其包括以下步骤：

步骤S100：将电缆的硫化部置于硫化缸1中，且电缆接头22位于硫化腔2内。

具体地，硫化前首先将下缸体1b放到电缆操作台的定置区域，然后把电缆接头22通过分体式半圆形的冷密封块4和热密封块5放置到下缸体1b中，再将上缸体1a盖至到下缸体1b上，通过拧紧螺丝等密封措施，上缸体1a、下缸体1b合成封闭的空腔作为接头硫化的环境。特别地，与冷密封块4贴合的电缆部位预先均匀绕包1～2层生料带，搭接率50％，绕包的宽度大于冷密封宽度20～40mm，使得电缆放置到硫化缸1上后冷密封块4两侧漏出生料带10～20mm的宽度；下缸体1b的凹槽线6内铺上特制的弹性橡胶密封条，密封条的长度不宜过短防止受热缩短，端面平整；密封条及与热密封块5、冷密封块4接触部位涂抹少量密封胶；上缸体1a吊装到下缸体1b上方，根据限位销、落好方位后进行螺丝紧固，形成密封的硫化腔2；硫化缸1两端各有两根挡杆7，通过螺杆紧固到硫化缸1上之后可以挡住冷密封块4，防止气压将冷密封块4推出。

步骤S200：氮气供给装置通过注气口11向硫化缸1中充入氮气，依次打开硫化腔2上的第一排气口12、缓冲腔3的第二排气口13，排除硫化缸1中空气。

具体地，通过注气口11向硫化缸1中充入约0.5Mpa压力的氮气，同时按照顺序依次打开上缸体1a的第一排气口12、第二排气口13，持续3min～5min后关闭第一排气口12，1min后关闭第二排气口13，排除掉缸中空气。

步骤S300：温度施加控制装置通过各个加热源8对硫化缸1预热，冷密封块4、热密封块5和电缆受热膨胀，间隙被挤压，此时再通入氮气，检查硫化缸1的气密性。

具体地，先低温预热，设定硫化缸1各腔体上下方的加热源8加热温度均为70℃，持续10min左右，利用橡胶塑料的膨胀性，电缆外圈间隙被挤压成零，此时再通入1.2～1.4Mpa范围内某一规定值压力的氮气，检查硫化缸1的气密性。

步骤S400：检查密封无任何问题后，冷却管道通入冷却液，对冷密封块4冷却，冷却液流量可控。

特别地，安装导体感应加热器，按照不同规格电缆对应感应加热工艺，在硫化缸1两侧外漏的电缆表面均匀缠绕一定圈数的感应线圈15，设定功率，开启后导体的温度逐渐上升，硫化时绝缘的内外层均有加热源，加快绝缘的传热速度。

步骤S500：通过温度施加控制装置调节加热温度，经过升温、保温、降温，完成电缆接头22于硫化缸1中硫化。

具体地，期间硫化缸1内部的氮气压力维持1.2～1.4Mpa范围某个数值恒定不变，电缆接头22的硫化分成升温、保温、降温三个阶段，升温时硫化腔2温度设定为180～220℃，缓冲腔3温度设定为70℃，保温30～60min。

保温结束后关闭温度施加控制装置和导体感应加热器，当硫化腔2温度低于120℃时关闭冷却装置，当硫化腔2温度低于70℃时关闭氮气的供应。硫化缸1内部的气压逐渐消失，温度自然冷却至室温，拆卸硫化缸1，硫化过程结束，检查硫化是否合格。

以上实施例只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施例限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种海底电缆工厂接头硫化系统，其特征在于，包括

硫化缸，所述硫化缸中设置有硫化腔，所述硫化腔的两侧分别设置有缓冲腔，所述缓冲腔的缸壁上、所述硫化腔与所述缓冲腔之间的隔断壁上分别开设有允许电缆穿过的穿行口，两个电缆的端头对应从两侧的缓冲腔穿入并于所述硫化腔中通过电缆接头连接，且电缆与缸壁穿行口之间夹设有冷密封块，电缆与隔断壁穿行口之间夹设有热密封块；

温度施加控制装置，包括贴附于所述硫化缸的表面的加热源，用于为硫化腔提供温度；

氮气供给装置，所述硫化缸上设置有与所述硫化腔连通的注气口，所述氮气供给装置与所述注气口对接，用于为硫化腔提供压力和氮气保护；

冷却装置，包括环绕所述冷密封块排布的冷却管道，所述冷却管道内流通有冷却液，用于对冷密封块冷却，减少电缆密封处的热变形量。

2.根据权利要求1所述的海底电缆工厂接头硫化系统，其特征在于：还包括导体感应加热器，包括环绕电缆上的感应线圈，用于使电缆导体感应发热，配合硫化腔的环境温度，使得硫化部绝缘内外受热。

3.根据权利要求1所述的海底电缆工厂接头硫化系统，其特征在于：所述硫化缸包括上缸体和下缸体，所述上缸体与所述下缸体之间通过螺丝组合，所述硫化腔、所述缓冲腔分别于所述上缸体和所述下缸体上形成半腔，所述上缸体和/或所述下缸体的组合面上环绕半腔开设有凹槽线，所述凹槽线中装嵌有密封条，所述密封条与所述热密封块、所述冷密封块的接触部位涂抹有密封胶。

4.根据权利要求1所述的海底电缆工厂接头硫化系统，其特征在于：所述加热源分段固定在硫化缸的表面，每个加热源上设置有接电插座，能够独立调温，每个加热源的加热区域设置热电偶，用于反馈实时温度。

5.根据权利要求1所述的海底电缆工厂接头硫化系统，其特征在于：所述硫化缸上设置有与所述硫化腔连通的第一排气口、与两侧缓冲腔连通的第二排气口。

6.根据权利要求1所述的海底电缆工厂接头硫化系统，其特征在于：所述硫化缸上设置有与所述冷却管道连通的冷却接头，实现冷却液进水和回水，硫化缸的外表面上设置有对所述冷密封块限位的挡杆。

7.根据权利要求1所述的海底电缆工厂接头硫化系统，其特征在于：所述硫化缸上设置有与所述硫化腔连通的压力保险开关，用于防止缸内压力过大。

8.根据权利要求1所述的海底电缆工厂接头硫化系统，其特征在于：所述硫化缸上设置有显示硫化腔内压力和温度的压力表和温度表。

9.根据权利要求1所述的海底电缆工厂接头硫化系统，其特征在于：所述硫化缸的底部设置有支撑脚架，所述支撑脚架与所述硫化缸之间设置有隔热垫。

10.一种海底电缆工厂接头硫化方法，基于权利要求1-9任一项所述的海底电缆工厂接头硫化系统，其特征在于，包括步骤

S100：将电缆的硫化部置于硫化缸中，且电缆接头位于硫化腔内；

S200：氮气供给装置通过注气口向硫化缸中充入氮气，依次打开硫化腔上的第一排气口、缓冲腔的第二排气口，排除硫化缸中空气；

S300：温度施加控制装置通过各个加热源对硫化缸预热，冷密封块、热密封块和电缆受热膨胀，间隙被挤压，此时再通入氮气，检查硫化缸的气密性；

S400：冷却装置向冷却管道通入冷却液，对冷密封块冷却；

S500：通过温度施加控制装置调节加热温度，经过升温、保温、降温，完成电缆接头于硫化缸中的硫化。

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