直流高壓電纜絕緣脫氣探索

屈貴軍 李 岸 唐遠(yuǎn)和

（重慶泰山電纜有限公司，中國 重慶 401120）

0 引言

隨著高壓輸電系統(tǒng)的飛速發(fā)展，特別是跨海峽等水下輸電工程的興建以及大城市供電亟待解決線路走廊和城市美觀等問題，大功率、遠(yuǎn)距離的輸電直流線路發(fā)展迫在眉睫。高壓直流電纜與交流電纜之間最重要的區(qū)別就是絕緣中空間電荷的累積，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，脫氣過程對成品電纜的絕緣空間電荷效應(yīng)有著很重要的影響。

公司承擔(dān)了國網(wǎng)重點科技項目∶“高壓直流交聯(lián)聚乙烯絕緣海底電纜”項目。由于電壓等級較高，對于材料的性能及工藝的處理提出了更高的要求。

1 脫氣原理

交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜采用的絕緣材料是XLPE，其采用的交聯(lián)劑為DCP（過氧化二異丙苯），交聯(lián)過程分為兩種方式，而兩種方式的副產(chǎn)物有以下幾個∶異丙苯醇、苯乙酮、甲烷。除此以外，在生產(chǎn)過程中，絕緣料不可能絕對干燥，在交聯(lián)反應(yīng)的同時會有一些副反應(yīng)，會產(chǎn)生水。

從反應(yīng)式可以看出一個-O-O-化學(xué)鍵(通常每個過氧化物分子只有一個)在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中最多能產(chǎn)生一個化學(xué)交聯(lián)鍵。其次，每個已被分解的過氧化物分子，無論其是否提供交聯(lián)鍵，至少會產(chǎn)生兩個副產(chǎn)品分子。這些副產(chǎn)品都包含在結(jié)構(gòu)中。如果不使用外部高壓(最常用熱氮氣)進(jìn)行抑制，副產(chǎn)品會在熔融的絕緣中形成氣泡，因此會導(dǎo)致局部放電和電氣故障。但是在后期運行過程中，如果不將其去除，勢必會緩慢釋放，影響電纜的電氣和機械性能，表一中給出了這些主要副產(chǎn)品的典型特性。

2 脫氣對于絕緣空間電荷的影響

交聯(lián)副產(chǎn)物對空間電荷的影響非常顯著。研究脫氣時間對電纜產(chǎn)品空間電荷的影響有著非常重要的意義。

根據(jù)多年的生產(chǎn)經(jīng)驗，北歐化工的絕緣料對于空間電荷的抑制有著非常好的效果，我們對其做了相應(yīng)的實驗.

通過實驗得出以下結(jié)論∶

（1）北歐化工絕緣料即使在交聯(lián)情況下也能保證材料中空間電荷分布更均勻。

（2）脫氣時間的長短對于改善XLPE中空間電荷的分布有著密不可分的關(guān)系，經(jīng)過較長時間的脫氣時間處理過后，摻雜少量的空間電荷抑制劑的絕緣料可以有效的改善XLPE復(fù)合介質(zhì)內(nèi)空間電荷分布。

3 影響脫氣的因素

在電纜結(jié)構(gòu)尺寸固定的前提下，影響脫氣的主要因素為∶脫氣溫度和脫氣時間。 脫氣溫度越高，副產(chǎn)品含量降低的速度越快，效果越明顯，脫氣時間越長，效果越好。

大型電纜的脫氣幾乎都在寬敞并加熱的脫氣室內(nèi)完成。這些裝置會消耗相當(dāng)多的能量，且占用不少工廠的空間。脫氣室要通風(fēng)良好，以避免甲烷和乙烷等可燃性氣體的聚積，帶來明顯的安全隱患。有時，為使電纜能快速達(dá)到要求的溫度，會通過對導(dǎo)體進(jìn)行加熱，來增強脫氣室的加熱作用。然而，實驗已經(jīng)證明使用導(dǎo)體自身加熱的手段作為一種脫氣方法，根本無效；因為在這種情況下，電纜外表面上較低的溫度限制了解吸效果。

受自身材料因素的影響，脫氣溫度不能無限制的提高，經(jīng)過公司多年的交流高壓電纜生產(chǎn)經(jīng)驗，實際脫氣中使用的溫度可在50℃-80℃的范圍之間，60℃-70℃是最優(yōu)的溫度范圍。70℃-80℃的溫度范圍已被證實，在只針對較小的中壓電纜時能可靠工作。然而，當(dāng)對電纜脫氣時(尤其是在高溫下)，執(zhí)行必須非常謹(jǐn)慎，以避免損傷線芯。伴隨而來的絕緣熱膨脹和軟化已被證實會導(dǎo)致線芯的過度變形(致使扁平或損壞外部半導(dǎo)電層)。這種形變會直接導(dǎo)致在常規(guī)電氣檢測期間出現(xiàn)故障(無法進(jìn)行)，從而使脫氣的有利效果完全失去意義。另外，脫氣時間和溫度的不恰當(dāng)設(shè)定會導(dǎo)致?lián)p壞(緣于溫度過高)，這種損壞在常規(guī)檢測期間無法被檢測到，因為脫氣不完全(缺陷被遮蔽)。因此，脫氣溫度要隨著電纜重量的增加而降低，這種設(shè)定非常普遍。由與直流高壓電纜的交聯(lián)過程和交流高壓電纜交聯(lián)過程基本一致，所以這種特性同樣適用于高壓直流電纜。受交貨期及生產(chǎn)周期的影響，脫氣時間不能無限延長，根據(jù)不同的絕緣厚度，脫氣時間一般為∶5～10天。同時，經(jīng)過長期經(jīng)驗的積累，高壓電纜的脫氣時間不能被簡單的隨厚度按比例度量?？紤]到直流電纜副產(chǎn)物對于電纜空間電荷的影響，直流電纜的脫氣時間要比交流電纜的時間長。

4 結(jié)果驗證

針對高壓直流海底電纜項目所生產(chǎn)的樣品，絕緣厚度為12.0mm，采用的脫氣時間和脫氣溫度為∶15天，70℃。脫氣結(jié)束后三天自然冷卻。

可以看出，脫氣后，電纜的性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，保證了電纜性能的穩(wěn)定。

5 結(jié)束語

通過對脫氣過程和脫氣對于直流電纜絕緣空間電荷影響的探索，確定了高壓直流電纜脫氣時間一般長于普通交流高壓電纜，明確了生產(chǎn)中脫氣的工藝參數(shù)，促進(jìn)了海底電纜項目的推進(jìn)，檢驗結(jié)果表明，該脫氣工藝已經(jīng)成功運用到實際生產(chǎn)中。