高壓電纜中間頭真空除濕及防潮套裝的研究及應用

盛鴻翔，馮忠奎，劉廣，高瑜，李陽，崔炎

（國網山東省電力公司淄博供電公司，山東淄博, 255000）

0 引言

在交聯聚乙烯電纜中間頭施工或運行過程中，水分、潮氣會從電纜外護層或電纜中間頭進入電纜絕緣層，導致電纜鋼鎧和主絕緣外銅屏蔽間隙出現縱向滲透，危及整個電纜電力系統。進水受潮后，交聯聚乙烯電纜在高壓電場作用下極易出現“水樹枝”現象[1]，水分會在電場的作用下形成水樹枝沿面爬電，在絕緣層和屏蔽層之間產生局部放電，引起絕緣層擊穿，即“水樹老化”現象，最終導致電纜擊穿，影響供電可靠性和電網運行穩定[2]。

當前電纜中間頭除濕常采用切除電纜受潮部分法、短路加熱干燥法、真空法和充氣吸濕法，但切除電纜受潮部分法會耗費大量人力、物力，短路加熱干燥法和真空法去濕效果差，充氣吸濕法采用氮氣充入高壓電纜線芯進行處理，效果好但操作較復雜且耗時較長[3-4]。

本文在真空法和充氣吸濕法的基礎上進行改進，研制了一種可自動控制、除濕效果更好、除濕效率更優的電纜中間頭真空除濕及防潮套裝。本套裝結合了PLC自動化控制原理，可實現自動化運行和監測，本套裝先采用真空抽氣法使電纜中間頭線芯內部真空度及濕度達到一定標準，然后在氮氣充氣除濕法的基礎上增加了加熱組件，使充入電纜中間頭線芯的氮氣為高溫氮氣，操作簡單、除濕效果好、除濕效率高，可增加電纜中間頭使用壽命，節省更換電纜需耗費的大量人力、物力。

1 電纜中間頭真空除濕及防潮套裝結構與應用方法

本裝置結合了PLC自動化控制原理，可實現自動化運行和監測，本裝置包含控制系統、執行機構和控制面板。

1.1 電纜中間頭真空除濕及防潮套裝控制系統

本裝置中控制系統包含PLC控制模塊、運行監測模塊、控制信息輸入模塊、運行指示模塊和控制信息輸出模塊五個模塊組成。PLC控制模塊作為整個控制系統的中樞，包含CPU、輸入單元和輸出單元；運行監測模塊包含真空計、濕度傳感器、壓力傳感器和溫度傳感器，實現裝置的運行監測功能，并作為PLC控制模塊決策依據的一部分；控制信息輸入模塊包含開關量輸入信號和模擬量輸入信號，開關量輸入信號包含真空抽氣開關按鈕、氮氣充氣開關按鈕，模擬量輸入信號包含真空設定旋鈕、濕度設定旋鈕、壓力設定旋鈕和溫度設定旋鈕；運行指示模塊包含真空抽氣運行指示燈，氮氣充氣運行指示燈以及真空度、濕度、壓力、溫度運行監測數值；控制信息輸出模塊包含真空泵電磁閥開關、氮氣瓶電磁閥開關和加熱組件開關。本裝置控制系統示意圖如圖1所示。

圖1 控制系統示意圖

1.2 電纜中間頭真空除濕及防潮套裝執行機構

本裝置執行機構包含真空泵、真空泵前閥、真空計、濕度傳感器、真空泵后閥、氮氣瓶、氮氣瓶開關、減壓閥、加熱組件、溫度傳感器、壓力傳感器、氮氣充氣閥、放氣端口、A相電纜線芯接口、B相電纜線芯接口、C相電纜線芯接口，各裝置通過管道連接，且A相電纜線芯接口、B相電纜線芯接口、C相電纜線芯接口均有與電纜中間頭相適配的接口。本裝置執行機構原理結構示意圖如圖2所示。

圖2 執行機構原理結構示意圖

1.3 電纜中間頭真空除濕及防潮套裝控制面板

本裝置控制面板包含觸摸控制顯示屏、真空泵綠色啟動按鈕、真空泵紅色停止按鈕、真空泵紅色運行指示燈、真空泵綠色停止指示燈、真空計定值調節旋鈕、濕度計定值調節旋鈕、真空泵真空度指示儀、真空抽氣濕度指示儀、氮氣充氣綠色啟動按鈕、氮氣充氣紅色停止按鈕、氮氣充氣紅色運行指示燈、氮氣充氣綠色停止指示燈、氮氣充氣壓力定值調節旋鈕、氮氣充氣溫度定值調節旋鈕、氮氣充氣壓力指示儀、氮氣充氣溫度指示儀。本裝置控制面板結構示意圖如圖3所示。

圖3 控制面板結構示意圖

2 電纜中間頭真空除濕及防潮套裝應用方法

運行準備階段，裝置運行前需檢查所有閥、開關與放氣端口是否均為關閉狀態。將電纜兩端的中間頭或終端的絕緣層露出250mm左右，將需除濕的電纜中間頭一端安裝在執行機構對應相的電纜線芯接口上，并用卡套夾緊電纜，保證接口密封，電纜另一端用專用堵頭和卡套進行密封。

運行階段，將本裝置連接好電源，此時控制面板中的真空泵綠色停止指示燈和氮氣充氣綠色停止指示燈亮，真空泵紅色運行指示燈和氮氣充氣紅色運行指示燈不亮。運行階段操作流程與原理如下：

（1）按下控制面板中的真空泵綠色啟動按鈕，此時控制面板中真空泵紅色運行指示燈亮，真空泵綠色停止指示燈熄滅，PLC控制執行機構中真空泵前閥開啟，然后延時3秒后控制執行機構中真空泵后閥開啟。執行機構中真空計和濕度傳感器監測數值輸入控制系統PLC控制模塊中CPU，CPU進行數據處理后輸出給控制面板中觸摸控制顯示屏、真空泵真空度指示儀和真空抽氣濕度指示儀顯示抽氣管道中氣體的真空度和濕度。

（2）根據電纜中間頭運行規定調節執行機構中真空計定值調節旋鈕、濕度計定值調節旋鈕，當運行監測到的真空度和濕度均滿足所設定的定值后，真空充氣繼續運行20分鐘后自動關閉執行機構中真空泵后閥，延時3秒后再關閉執行機構中真空泵前閥，最后控制面板中真空泵紅色運行指示燈熄滅，真空泵綠色停止指示燈亮。

（3）按下控制面板中的氮氣充氣綠色啟動按鈕，此時控制面板中氮氣充氣紅色運行指示燈亮，氮氣充氣綠色停止指示燈熄滅，PLC控制執行機構中氮氣瓶開關開啟，延時2秒后減壓閥開啟、加熱組件啟動，再延時5秒后氮氣充氣閥開啟，執行機構中溫度傳感器和壓力傳感器監測數值輸入控制系統PLC控制模塊中的CPU，CPU進行數據處理后輸出給控制面板中觸摸控制顯示屏、氮氣充氣壓力指示儀、氮氣充氣溫度指示儀顯示充氣管道中氣體的壓力和溫度。

（4）根據電纜中間頭現場狀況調節執行機構中氮氣充氣壓力定值調節旋鈕、氮氣充氣溫度定值調節旋鈕，當運行監測到的壓力和溫度均滿足所設定的定值后，自動關閉執行機構中氮氣充氣閥、加熱組件，延時3秒后關閉氮氣瓶開關和減壓閥，之后打開執行機構中放氣端口，使電纜中間頭內部的氮氣壓力恢復到大氣壓力，最后控制面板中氮氣充氣紅色運行指示燈熄滅，氮氣充氣綠色停止指示燈亮。

運行收尾階段，把裝置電源斷開，將電纜中間頭三相電纜線芯和另一端專用堵頭拆下，恢復電纜中間頭工作狀態，電纜中間頭除濕工作結束。

3 電纜中間頭真空除濕及防潮套裝應用

10kV陽光線、10kV遠景線兩條電纜存在中間頭受潮缺陷，受潮中間頭電纜段絕緣電阻三相平均值為105MΩ，不符合運行條件。將本文研制的電纜中間頭真空除濕及防潮套裝應用于10kV陽光線、10kV遠景線兩條電纜的受潮中間頭電纜段，抽真空并充氮氣加熱歷時12天后，兩條電纜受潮中間頭電纜段絕緣電阻三相平均值為2TΩ，經過重新制作電纜中間頭，電纜試驗合格，恢復送點運行。

現場應用驗證了電纜中間頭真空除濕及防潮套裝操作簡單、除濕效果好、除濕效率高，增加了電纜中間頭使用壽命，節省了更換電纜需耗費的人力、物力資金80余萬元。

4 結語

本文針對切除電纜潮濕部分法耗費大量人力物力、真空法除濕效果差、充氣除濕法操作復雜且耗時較長的問題，研制了一種電纜中間頭真空除濕及防潮套裝。本套裝結合了PLC自動化控制原理，可實現自動化運行和監測，通過采用真空抽氣法使電纜中間頭線芯內部真空度及濕度達到一定標準，便于氮氣充入以提高后續充氣除濕的效果和效率，然后在氮氣充氣除濕法的基礎上增加了加熱組件，使充入電纜中間頭線芯的氮氣為高溫氮氣，進一步提高了氮氣除濕效果和效率，因此本套裝操作簡單、除濕效果好、除濕效率高，增加了電纜中間頭使用壽命，節省了更換電纜需耗費的大量人力、物力。