CN212182993U - 铝芯电力电缆修复装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种铝芯电力电缆修复装置，装置中，储液罐容纳铝芯电力电缆修复液；第一适配器和第二适配器密封连接待修复的铝芯电力电缆的两端，第一适配器连接所述储液罐以将接收第一预定压力的所述修复液导入铝芯电力电缆，第二适配器承接来自所述铝芯电力电缆的修复液，所述第一适配器和/或第二适配器包括，管体，其经由防水绝缘填充层密封连接待修复的铝芯电力电缆，所述管体包括橡胶软管和包覆所述橡胶软管的金属网，注液管，其设在所述管体远离所述待修复的铝芯电力电缆的一端以将所述修复液注入铝芯，余液收集装置，其连通所述第二适配器以容纳来自所述铝芯电力电缆的修复液。

Description

铝芯电力电缆修复装置

技术领域

本实用新型属于电力电缆修复技术领域，特别是一种铝芯电力电缆修复装置。

背景技术

交联聚乙烯(XLPE)电缆具有优越的电气性能、机械性能和耐热性能等优点，因此在我国城市电网中被广泛使用。早期的电缆制造工艺不高且防水性不佳，在生产、运输和运行等过程中，不可避免地会在绝缘层中产生一些局部缺陷，通过各种渠道进入XLPE绝缘中的水分会在电场的作用下聚集在微观缺陷处，从而引发水树，在过电压的作用下，水树尖端容易引发电树，进一步可能导致电缆绝缘本体击穿。随着电缆运行年限的增加，我国城市电缆的老化问题日益严重，尽管近年来电缆的抗水树性能有较大的提升，但大部分早期老化电缆仍深埋地下，集中在中心城区，直接更换老化电缆将产生巨大的工程量以及巨额的费用。因此，采用电缆修复技术将电缆局部老化区域修复，从而延长电缆使用寿命，将节约大量的人力物力，十分具有现实意义。

XLPE电缆修复技术在国际上已经有30多年的历史。早期人们尝试向电缆缆芯中注入干燥氮气和苯乙酮，但修复效果并不理想，且经济效益不高；之后，人们发现了硅氧烷在电缆修复领域的独特作用，在催化剂的作用下，硅氧烷能通过水解缩合反应消耗电缆绝缘层中的水分，并生成低聚物填充水树空洞，从而达到延长电缆运行寿命的目的。至今，美国Novinium公司基于硅氧烷的修复原理开发出了两代修复液，第一代是841技术，能有效延长电缆寿命10至15年；第二代是732/733技术，它改进了硅氧烷和催化剂配方，并加入了电压稳定剂、抗氧化剂等抑制局部放电的添加剂，性能更加优越。

虽然上述修复液对水树老化电缆具有较好的修复效果，但实践表明此类修复液会对铝芯电缆的铝芯造成腐蚀，且无法自动地、高效地进行高质量修复。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本实用新型背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提出一种铝芯电力电缆修复装置，弥补现有修复液在修复铝芯电缆时造成铝芯部分腐蚀，进而影响电力电缆载流量，增加局部放电发生可能性，使半导电层与绝缘层加速老化等的缺陷，自动地、高效地进行高质量修复。

本实用新型的目的是通过以下技术方案予以实现，一种铝芯电力电缆修复装置包括，

储液罐，其容纳所述铝芯电力电缆修复液；

空气压缩机，其连通所述储液罐以施加压力使得修复液以第一预定压力排出；

第一适配器和第二适配器，其密封连接待修复的铝芯电力电缆的两端，第一适配器连接所述储液罐以将接收第一预定压力的所述修复液导入铝芯电力电缆，第二适配器承接来自所述铝芯电力电缆的修复液，所述第一适配器和/或第二适配器包括，

管体，其经由防水绝缘填充层密封连接待修复的铝芯电力电缆，所述管体包括橡胶软管和包覆所述橡胶软管的金属网，

注液管，其设在所述管体远离所述待修复的铝芯电力电缆的一端以将所述修复液注入铝芯；

余液收集装置，其连通所述第二适配器以容纳来自所述铝芯电力电缆的修复液；

真空泵，其连接所述余液收集装置以第二预定压力抽吸所述铝芯电力电缆的修复液。

所述的修复装置中，所述第一适配器和储液罐之间设有第一阀，所示储液罐为设有搅拌器的混合容器。

所述的修复装置中，所述第二适配器和余液收集装置之间设有第二阀。

所述的修复装置中，所述第一适配器和/或第二适配器包括用于紧固管体、防水绝缘填充层和所述铝芯电力电缆的喉箍。

所述的修复装置中，注液管经由固定钢箍可拆卸密封连接管体。

和现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型修复装置自动高效地施加修复液，修复液进入电缆缆芯后会逐渐向绝缘层扩散，在催化剂作用下发生水解缩合反应，去除水树老化区域和缆芯以及绝缘层中的水分和潮气，并生成胶状硅氧烷低聚物，填充微观孔洞缺陷，有效提高老化电缆的绝缘性能；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。本修复装置能够自动地克服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，进一步提高了修复效果；修复液中硅氧烷的烷氧基并非甲氧基，不会生成甲醇副产物，副产物为短链醇，不会对铝芯造成腐蚀，避免了铝芯腐蚀的不利影响；增长硅氧烷中烷氧基的链段长度，有利于减缓硅氧烷在绝缘层中的扩散速度，增强修复的中长期效果。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本实用新型各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1是根据本实用新型一个实施例的修复装置的结构示意图；

图2是根据本实用新型一个实施例的修复装置的第一适配器的结构示意图；

图3(a)至图3(f)是根据本实用新型一个实施例的铝芯样本的SEM观测结果示意图；

图4(a)至图4(b)是根据本实用新型一个实施例的介质损耗因数变化示意图；

图5是根据本实用新型一个实施例的修复前后水树老化样本的击穿电压示意图。

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的解释。

具体实施方式

下面将参照附图1至附图5更详细地描述本实用新型的具体实施例。虽然附图中显示了本实用新型的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本实用新型的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本实用新型的范围。本实用新型的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本实用新型实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本实用新型实施例的限定。

如图1所示，所述铝芯电力电缆修复装置包括，

储液罐1，其容纳铝芯电力电缆修复液；

空气压缩机2，其连通所述储液罐1以施加压力使得修复液以第一预定压力排出；

如图2所示，第一适配器4和第二适配器6，其密封连接待修复的铝芯电力电缆5的两端，第一适配器4经由第一阀3连接所述储液罐1以将接收第一预定压力的所述修复液导入铝芯电力电缆，第二适配器6承接来自所述铝芯电力电缆的修复液，所述第一适配器4和/或第二适配器6包括，

管体10，其经由防水绝缘填充层13密封连接待修复的铝芯电力电缆5，所述管体10包括橡胶软管和包覆所述橡胶软管的金属网，

注液管11，其设在所述管体10远离所述待修复的铝芯电力电缆5的一端以将所述修复液注入铝芯，所述修复液在压力下逐渐向铝芯电力电缆的绝缘层扩散，修复液在催化作用下发生水解缩合反应生成胶状硅氧烷低聚物和纳米二氧化钛颗粒；

余液收集装置8，其连通所述第二适配器6以容纳来自所述铝芯电力电缆的修复液；

真空泵9，其连接所述余液收集装置8以第二预定压力抽吸所述铝芯电力电缆的修复液。

所述的修复装置的优选实施例中，所述第二适配器6和余液收集装置8之间设有第二阀7，经由第一阀3和第二阀7的开闭，使得修复液在所述铝芯电力电缆中保持预定时刻。

所述的修复装置的优选实施例中，所述第一适配器4和/或第二适配器6包括用于紧固管体10、防水绝缘填充层13和所述铝芯电力电缆的喉箍。

所述的修复装置的优选实施例中，注液管11经由固定钢箍可拆卸密封连接管体10。

所述的修复装置的优选实施例中，所述铝芯连接铜鼻子12。

所述的修复装置的优选实施例中，第一预定压力为0.2-0.8Mpa。

所述的修复装置中，铝芯电力电缆修复液的组成以体积计包括：硅氧烷90-99份，催化剂1-10份，其中，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、单烷氧基不饱和脂肪酸钛酸酯中的至少一种。

所述的修复装置中，所述硅氧烷包括苯基三乙氧基硅烷。

所述的修复装置中，述苯基三乙氧基硅烷分子中的乙氧基和苯基替换成甲基或乙基，但至少保证所述硅氧烷分子中存在一个烷氧基。

所述的修复装置中，催化剂还包括二硬脂酰氧异丙基铝酸酯。

所述的修复装置中，硅氧烷分子中至少存在两个烷氧基。

所述的修复装置中，硅氧烷和催化剂在催化作用下发生水解缩合反应生成胶状硅氧烷低聚物和纳米二氧化钛颗粒。

所述的修复装置中，硅氧烷是R′_nSi(OR)_4-n(0≤n≤3)。

所述的修复装置中，将体积计硅氧烷90-99份，催化剂1-10份加入混合容器，所述混合容器设有搅拌器，

混合容器中的硅氧烷和催化剂在惰性气体环境下于室温下搅拌10-30分钟完成制备。

基于所述铝芯电力电缆修复装置的修复方法包括以下步骤，

第一步骤，测试待修复铝芯电力电缆的绝缘性能参数；

第二步骤，在待修复铝芯电力电缆两端分别安装密封连接的第一适配器4和第二适配器6，利用空气压缩机2从第一适配器4的注液管11中将所述修复液注入到铝芯中，待所述修复液从第二适配器6的注液管11流出后封闭第二适配器6，至少保持压力1小时使修复液向铝芯电力电缆的绝缘层扩散，修复液在催化作用下发生水解缩合反应生成胶状硅氧烷低聚物和纳米二氧化钛颗粒以修复铝芯电力电缆，

第三步骤，开启第二适配器6，关闭第一适配器4，排出多余修复液，测试修复后的铝芯电力电缆的绝缘性能参数，当其不符合预定范围，重复第二步骤直到符合预定范围。

修复方法包括以下步骤：

先对待修复电力电缆的绝缘性能进行测试，以便进行修复前后数据对比；

在电缆两端分别安装起密封作用的适配器，利用空气压缩机2从前端适配器的导管中将不腐蚀铝芯的电力电缆修复液注入到缆芯中，待所述修复液从后端适配器出口流出后，将后端适配器出口封闭，工程上至少保持压力1小时，使修复液能够初步渗入电缆绝缘层获得部分修复效果；

打开两端适配器排出多余修复液，拆除适配器，恢复现场后供电；

若要进行修复后电缆绝缘性能测试，至少在72小时后，使修复液能够较多扩散至绝缘层中发生反应。

修复方法的优选实施方式中，修复液的反应分为硅烷的水解和后续产物的缩合两个步骤。硅烷水解反应如式(1)所示，硅烷中的甲氧基极易水解，生成一元硅烷醇和甲醇，当在极潮湿环境下时，一元硅烷醇将发生如式(2)所示的进一步水解反应生成二元硅烷醇与甲醇。水解反应生成硅烷醇后，硅烷醇在催化剂的作用下发生二聚反应，如式(3)所示。之后，在催化剂的作用下，一个二聚体和一个单体可以聚合成为三聚体，两个二聚体可以聚合成为四聚体，依次类推。

PhMeSi(OMe)₂+H₂O→PhMeSi(OH)(OMe)+MeOH (1)

PhMeSi(OH)(OMe)+H₂O→PhMeSi(OH)₂+MeOH (2)

式(1)-(3)中，Ph代表苯基，Me代表甲基。利用可水解硅烷与水树区域的水分进行反应从而消除水分；反应生成的聚合物填充在水树空洞和通道中，防止水分进一步进入电缆；该生成物的介电常数与XLPE基体的介电常数相近，从而有效缓和了水树前端的电场畸变。值得注意的是，硅烷的水解可以在没有催化剂的作用下自发进行，而后续产物的聚合反应若没有催化剂的作用，即使超过2 000h也难以发生，因此受到XPLE基体的自由体积空间和催化剂含量的限制，聚合反应并不能无限地发生。

为了进一步理解本实用新型，

实施例中：

铝芯腐蚀测试

配置以下3份液体，每份液体40mL：

A：蒸馏水；

B：93％PMDMS+7％TIPT；

C：93％PTES+7％TIPT。(本申请配方)

其中PMDMS为甲基苯基二甲氧基硅烷，TIPT为钛酸四异丙酯，PTES为苯基三乙氧基硅烷。

铝芯质量变化

从新电缆(型号为YJV22-3×95，8.7/10kV)上截取3段铝芯，采用无水乙醇充分擦拭，洗净表面杂质。将铝芯浸泡在修复液与水的混合液体中，在90℃下反应120小时。每隔24小时将铝芯取出，用无水乙醇洗净表面修复液和凝胶状生成物后，用精密天平(型号为ES-J120，精度d＝0.1mg)进行称重。

A、B、C三段铝芯的起始质量分别为0.481g、0.447g和0.450g。其中A组样本经过120小时反应后未发现质量损失，这是因为A组为蒸馏水，铝芯在水中不发生反应；B组铝芯质量减少了3mg，占总质量的0.67％，腐蚀速率约为0.133g/(m2·h)；C组铝芯质量没有减少，说明配方C对铝芯的腐蚀度低，几乎不腐蚀。

为了排除修复液成分(硅烷和催化剂)对铝芯腐蚀的影响，研究铝芯在修复液中的质量损失情况，将另外3段铝芯分别放入A、B、C三份修复液中，修复液浸没铝芯，静置120小时。每隔24小时将铝芯取出洗净后称量，发现质量并无变化；随后将修复液及铝芯放入热烘箱中，使其在90℃下静置120小时，每隔24小时将铝芯取出洗净后称量，发现质量也没有变化。由此可以说明修复液原成分对铝芯不腐蚀。

铝芯表面扫描电镜图

为观察铝芯在修复液中反应120小时后表面的微观形貌，分别对3个铝芯样本清洗后的表面形态进行扫描电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)观察。扫描电镜仪器为日本电子(JEOL)生产的JSM-7 500F型扫描电子显微镜，加速电压为0.1kV-30kV；分辨率：1.0nm(15kV)-1.4nm(1kV)；放大倍数：x25-x800000倍。

由图3(a)至图3(f)可知，在铝芯的表面观测到了丝状和条状的痕迹，如图3(a)和图3(e)所示，这是由于电缆在制造时通过拉丝工艺生产缆芯，从而在电缆表面造成丝状的划痕。如图3(b)和图3(f)所示的不平整痕迹可能是由于在制作样本过程中刀具划过导致的划痕、毛刺和起皮。图3(c)和图3(d)中观测到明显的腐蚀凹坑，这种形状规则的凹坑不会是在制造或制样过程中随机造成的。C组铝芯未发现腐蚀凹坑，说明修复液C对铝芯几乎不造成腐蚀。

修复效果测试

实验选取电缆型号为YJLV22-3×95，额定电压为8.7/10kV。具体制作过程如下：

(1)取适当长度的电缆，将其外护层等外部保护剥离取下；

(2)将电缆截取为50cm的小段，并除去电缆一端1cm的绝缘层，作为高压接线端；

(3)分别剥掉电缆两端15cm长的外半导电层，并用细砂纸将其打磨光滑，以防止其沿半导电层发生局放；

(4)将所有样本分为A，B，C三组，每组样本6根电缆。其中A组样本只进行加速水树老化，不进行修复操作，作为对照组；B、C组电缆水树老化30天后，分别用1中的B、C所对应的两种配方修复液进行修复。同时准备1根新电缆。

对几组电缆样本进行了50Hz下的工频介质损耗因数与0.1Hz介质损耗因数的对比测试。工频介质损耗因数采用TE 2000型抗干扰介质损耗仪，0.1Hz下的介质损耗因数测试采用PDC系统进行测试。测试结果见图4(a)至图4(b)，可见修复后C组电缆的工频介损和0.1Hz介损下降幅度均大于B组。

击穿电压结果见图5，老化后电缆击穿电压明显下降，修复后两组击穿电压均有一定上升，但C组的上升幅度更大。

从以上测试可以看出，目前常用修复液(B组)对铝芯有一定的腐蚀性，而本实用新型修复液(C组)不会腐蚀铝芯；并且本实用新型的修复液修复效果领先于其他修复液，修复后击穿电压提高更多，工频介损下降更多。综上，本实用新型不腐蚀铝芯的修复液不仅具有较好的修复效果，而且不会对缆芯造成腐蚀。

本实用新型的修复液能够有效修复水树老化电缆的绝缘层，提高其绝缘性能，并且不会腐蚀电缆铝芯，防止因铝芯腐蚀造成的载流量下降、局部放电和半导电层老化等现象。

尽管以上结合附图对本实用新型的实施方案进行了描述，但本实用新型并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本实用新型权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本实用新型保护之列。

Claims (5)

1.一种铝芯电力电缆修复装置，其特征在于，其包括，

储液罐，其容纳铝芯电力电缆修复液；

空气压缩机，其连通所述储液罐以施加压力使得修复液以第一预定压力排出；

第一适配器和第二适配器，其密封连接待修复的铝芯电力电缆的两端，第一适配器连接所述储液罐以将接收第一预定压力的所述修复液导入铝芯电力电缆，第二适配器承接来自所述铝芯电力电缆的修复液，所述第一适配器和/或第二适配器包括，

管体，其经由防水绝缘填充层密封连接待修复的铝芯电力电缆，所述管体包括橡胶软管和包覆所述橡胶软管的金属网，

注液管，其设在所述管体远离所述待修复的铝芯电力电缆的一端以将所述修复液注入铝芯；

余液收集装置，其连通所述第二适配器以容纳来自所述铝芯电力电缆的修复液；

真空泵，其连接所述余液收集装置以第二预定压力抽吸所述铝芯电力电缆的修复液。

2.根据权利要求1所述的修复装置，其特征在于，所述第一适配器和储液罐之间设有第一阀，所示储液罐为设有搅拌器的混合容器。

3.根据权利要求1所述的修复装置，其特征在于，所述第二适配器和余液收集装置之间设有第二阀。

4.根据权利要求1所述的修复装置，其特征在于，所述第一适配器和/或第二适配器包括用于紧固管体、防水绝缘填充层和所述铝芯电力电缆的喉箍。

5.根据权利要求1所述的修复装置，其特征在于，注液管经由固定钢箍可拆卸密封连接管体。

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