XLPE 絕緣電力電纜儲運過程中內部殘壓的處理

閃貴慶，張 峰，張守風，劉煥新

(1.甘肅省電力公司蘭州供電局，甘肅蘭州730030;2.浙江萬馬集團有限公司，浙江臨安311305)

0 引言

在目前國內電力系統的電纜輸電網中，交聯聚乙烯(XLPE)絕緣電力電纜已經占絕大多數份額，其施工方便、維護簡單的優點已經獲得大家的廣泛認可。但許多用戶與電纜制造商卻都遇到了一個簡單而比較棘手的問題:電纜絕緣產生的副產物氣體其殘存氣壓給這類電纜的生產、運輸和儲存過程造成了非常多的直、間接危害，特別是單芯電纜。一些專業人士采取了很多種除氣措施，但由于環境變化等原因造成電纜受潮、進水的現象時有發生，給制造商和用戶帶來很大經濟損失。

1 電纜內部殘存氣體的產生

6 kV及以上電壓等級的XLPE絕緣電力電纜，其絕緣線芯的生產方式通常采用以氮氣為介質的干式化學交聯。聚乙烯樹脂材料由擠出設備擠出成型后，進入充滿高壓氮氣的高溫管道，由于聚乙烯內混入了一些抗氧劑和交聯劑——過氧化二乙丙苯(DCP)等添加劑，在高溫作用下受熱分解并形成自由基激發聚乙烯分子的活性，使聚乙烯分子之間發生縮聚反應，由有機線性結構變為立體網狀結構，達到了交聯及改善材料機械性能的目的。在這交聯過程中會有85%以上的交聯劑(DCP)受熱分解，產生一些低分子的揮發物，主要有苯乙酮、α-甲基-苯乙烯、甲烷和水等。這些低分子揮發物的大部分會析出揮發掉，而未分解的DCP將在后續工序和電纜自然存放時繼續分解，放出少量揮發氣體，不過其半分解周期將很長，這是電纜形成內部殘存氣壓的主要原因。

另一個導致內部殘存氣壓升高的原因是環境溫度的變化。因電纜試驗完畢后電纜端頭須密封，以防止潮氣進入或雜物污染，如果存放環境溫度大幅度地升高，加速了DCP自然分解，增加了氣體揮發量并產生熱膨脹，導致內部氣壓升高。

2 目前的解決措施以及造成的損失和危害

有的廠家將半成品電纜存放3～5天，再進行成品生產，以利于副產物氣體的揮發，但是因為殘余DCP在自然環境中的分解過程是緩慢的，在短時間內副產物氣體的揮發量有限，所以仍然無法徹底解決這個問題;而且過長的存放時間必然會延長產品的制造周期，增加生產成本。電纜制造企業如有條件的話，可以將電纜放置于烘房內進行加速脫氣處理，處理條件一般以70℃，2～4天為宜，以提高DCP分解速度，讓更多的副產氣體揮發掉。即使這樣，在儲運過程中電纜仍然還會放出少量揮發氣體的，而且電纜環境溫度的變化也不可避免。因此，電纜內部殘存氣壓的產生是無法阻止的，只能采取措施將其泄放掉，否則將會造成很大的危害和損失。

例如，當電纜內部氣壓達到一定程度時會將外護套鼓脹變形，護套松脫后機械防護性能和絕緣性能都會下降，可能引起電纜的故障;嚴重的護套松脫后無法恢復，只能進行剝除并返工生產，造成嚴重的經濟損失，這種情況很多生產廠家都遇到過。

經統計分析，這種故障多發生在35 kV的單芯電纜中，主要原因有:(1)由于35 kV電纜絕緣較厚(10.5mm)，絕緣材料體積量較大，一般均不采取烘房去氣措施，成品后絕緣中殘存未分解的DCP數量較多，氣體揮發量相對較多;(2)通常35 kV單芯電纜不采用磁性鎧裝，如果采用不銹鋼帶或銅絲等鎧裝方式，造價將大幅增加，所以很多線路進行設計時都沒有鎧裝層，因此，當電纜內部氣壓增大時，殘存氣壓直接作用在外護套上，導致護套松脫變形;尤其夏季氣溫較高的時候，電纜內部氣壓更高，再加上受熱的PVC外護套變軟，這更易發生更嚴重的變形。而6 kV、10 kV電壓等級的電纜多為多芯成纜、統包式結構，絕緣的厚度較薄，體積量小，揮發氣體較少，內部氣壓也較小，而且多數有鋼帶鎧裝層，加強了內護套的機械防護強度，因此，一般不會對護套造成嚴重損傷。我公司曾對不同型號規格的電纜內部氣壓大小做了統計，統計結果見表1。

表1 不同型號規格的電纜內部氣壓統計

為了泄掉這種殘壓，有的生產廠家采用在電纜端頭密封帽處打孔的方法，這樣可以釋放內部壓力，但是電纜在貨場存放期內，雨水會從打孔處進入電纜，失去了防水密封性能;電纜施工時，如果電纜溝道內積水，施工管理又不規范，更多的水分將從打孔處進入，這將對電纜造成非常嚴重的危害，如鋼帶、銅帶、導體的氧化銹蝕，在長期運行過程中還會形成絕緣水樹，大大縮短電纜的使用壽命，而在全國各地，每年由于打孔造成電纜進水的事故時有發生。還有廠家采用了一種帶針孔式氣嘴的熱縮封帽，這種針孔氣嘴可以將氣壓緩慢地泄掉，但是試驗證明，這種封帽的針孔氣嘴無法阻止水分的進入，例如，我公司曾使用針孔式氣嘴的熱縮帽密封鋁管，并浸入1.5 m深水中，另一端離水面一段距離，經4 h后剝開觀察，經檢測進水量約為700 mL。

3 一種新型防水的自動泄壓封帽的研制

為了解決上述問題，我公司通過反復試驗，研制了一種既能夠部分釋放電纜內部壓力，又能夠保證防水密封的電纜熱縮封帽。這種封帽的主要創新點在于采用了一種新型的防水氣嘴，當電纜內部氣壓達到一定壓力(始排氣壓P0)時，氣芯內孔的乳膠因受氣壓作用而張開并排放氣體;當氣壓下降到止排氣壓P1及以下時，乳膠管因彈性的作用而收縮并堵塞氣孔，形成密封防水。圖1為一種新型的防水氣嘴，圖2為一種防水的自動泄壓封帽結構示意圖。

圖1 一種新型的防水氣嘴

4 使用效果的驗證

為了驗證新型電纜封帽的使用效果，設計了試驗的方法，并最終通過實際生產驗證。試驗中，將3 m長鋁管一端用新型熱縮封帽密封，另一端用可充氣式封帽密封，然后充入氮氣，并使用氣壓表測量氣壓。試驗結果(見表2)驗證了當氣嘴的始排氣壓為P0時排氣，當止排氣壓為P1時收縮密封，隨后進行防水試驗。我們參照了國家電網公司頒布的Q/GDW 317—2009《10(6)kV～500 kV電纜線路技術標準》的規定，電纜溝道深度一般不大于1.5 m為宜，考慮最嚴酷的環境(積水深度1.5m)，設置試驗的浸水深度為1.5 m，經4 h后觀察試樣進水情況，驗證了內部壓力不大于P0時，6 kV及以上電壓等級電纜的外護套均是安全的。

圖2 一種防水的自動泄壓封帽

表2 氣嘴始排氣壓P0和止排氣壓P1的測定

我們還在實際生產中對新型電纜熱縮封帽的使用效果進行了驗證，試驗的電纜型號規格為YJV 26/35 kV 1×630mm2銅芯交聯聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電力電纜，長度535 m，一端使用新型熱縮封帽密封。試驗結果證實這種新型電纜熱縮封帽對解決電纜內部殘存氣壓問題是有效的。

5 結束語

電纜內部殘存壓力問題是普遍存在的，如不能解決這個問題，將給電纜用戶和生產廠家造成大量的人力物力和經濟損失。新型電纜熱縮封帽對該問題解決實用有效，但仍然存在一定的殘存壓力P1。望廣大電纜工作者能集思廣益，研究出更好的方法并用于實踐，真正解決電纜內部殘存壓力的問題。