高壓電纜中間頭真空除濕及防潮套裝的研究及應(yīng)用

盛鴻翔，馮忠奎，劉廣，高瑜，李陽(yáng)，崔炎

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司淄博供電公司，山東淄博, 255000）

0 引言

在交聯(lián)聚乙烯電纜中間頭施工或運(yùn)行過(guò)程中，水分、潮氣會(huì)從電纜外護(hù)層或電纜中間頭進(jìn)入電纜絕緣層，導(dǎo)致電纜鋼鎧和主絕緣外銅屏蔽間隙出現(xiàn)縱向滲透，危及整個(gè)電纜電力系統(tǒng)。進(jìn)水受潮后，交聯(lián)聚乙烯電纜在高壓電場(chǎng)作用下極易出現(xiàn)“水樹(shù)枝”現(xiàn)象[1]，水分會(huì)在電場(chǎng)的作用下形成水樹(shù)枝沿面爬電，在絕緣層和屏蔽層之間產(chǎn)生局部放電，引起絕緣層擊穿，即“水樹(shù)老化”現(xiàn)象，最終導(dǎo)致電纜擊穿，影響供電可靠性和電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定[2]。

當(dāng)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(huì)耗費(fèi)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?dú)獬淙敫邏弘娎|線(xiàn)芯進(jìn)行處理，效果好但操作較復(fù)雜且耗時(shí)較長(zhǎng)[3-4]。

本文在真空法和充氣吸濕法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，研制了一種可自動(dòng)控制、除濕效果更好、除濕效率更優(yōu)的電纜中間頭真空除濕及防潮套裝。本套裝結(jié)合了PLC自動(dòng)化控制原理，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行和監(jiān)測(cè)，本套裝先采用真空抽氣法使電纜中間頭線(xiàn)芯內(nèi)部真空度及濕度達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)，然后在氮?dú)獬錃獬凉穹ǖ幕A(chǔ)上增加了加熱組件，使充入電纜中間頭線(xiàn)芯的氮?dú)鉃楦邷氐獨(dú)猓僮骱?jiǎn)單、除濕效果好、除濕效率高，可增加電纜中間頭使用壽命，節(jié)省更換電纜需耗費(fèi)的大量人力、物力。

1 電纜中間頭真空除濕及防潮套裝結(jié)構(gòu)與應(yīng)用方法

本裝置結(jié)合了PLC自動(dòng)化控制原理，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行和監(jiān)測(cè)，本裝置包含控制系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(tǒng)

本裝置中控制系統(tǒng)包含PLC控制模塊、運(yùn)行監(jiān)測(cè)模塊、控制信息輸入模塊、運(yùn)行指示模塊和控制信息輸出模塊五個(gè)模塊組成。PLC控制模塊作為整個(gè)控制系統(tǒng)的中樞，包含CPU、輸入單元和輸出單元；運(yùn)行監(jiān)測(cè)模塊包含真空計(jì)、濕度傳感器、壓力傳感器和溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)裝置的運(yùn)行監(jiān)測(cè)功能，并作為PLC控制模塊決策依據(jù)的一部分；控制信息輸入模塊包含開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)和模擬量輸入信號(hào)，開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)包含真空抽氣開(kāi)關(guān)按鈕、氮?dú)獬錃忾_(kāi)關(guān)按鈕，模擬量輸入信號(hào)包含真空設(shè)定旋鈕、濕度設(shè)定旋鈕、壓力設(shè)定旋鈕和溫度設(shè)定旋鈕；運(yùn)行指示模塊包含真空抽氣運(yùn)行指示燈，氮?dú)獬錃膺\(yùn)行指示燈以及真空度、濕度、壓力、溫度運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)值；控制信息輸出模塊包含真空泵電磁閥開(kāi)關(guān)、氮?dú)馄侩姶砰y開(kāi)關(guān)和加熱組件開(kāi)關(guān)。本裝置控制系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)示意圖

1.2 電纜中間頭真空除濕及防潮套裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)

本裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)包含真空泵、真空泵前閥、真空計(jì)、濕度傳感器、真空泵后閥、氮?dú)馄?、氮?dú)馄块_(kāi)關(guān)、減壓閥、加熱組件、溫度傳感器、壓力傳感器、氮?dú)獬錃忾y、放氣端口、A相電纜線(xiàn)芯接口、B相電纜線(xiàn)芯接口、C相電纜線(xiàn)芯接口，各裝置通過(guò)管道連接，且A相電纜線(xiàn)芯接口、B相電纜線(xiàn)芯接口、C相電纜線(xiàn)芯接口均有與電纜中間頭相適配的接口。本裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)原理結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)原理結(jié)構(gòu)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(dòng)按鈕、真空泵紅色停止按鈕、真空泵紅色運(yùn)行指示燈、真空泵綠色停止指示燈、真空計(jì)定值調(diào)節(jié)旋鈕、濕度計(jì)定值調(diào)節(jié)旋鈕、真空泵真空度指示儀、真空抽氣濕度指示儀、氮?dú)獬錃饩G色啟動(dòng)按鈕、氮?dú)獬錃饧t色停止按鈕、氮?dú)獬錃饧t色運(yùn)行指示燈、氮?dú)獬錃饩G色停止指示燈、氮?dú)獬錃鈮毫Χㄖ嫡{(diào)節(jié)旋鈕、氮?dú)獬錃鉁囟榷ㄖ嫡{(diào)節(jié)旋鈕、氮?dú)獬錃鈮毫χ甘緝x、氮?dú)獬錃鉁囟戎甘緝x。本裝置控制面板結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3 控制面板結(jié)構(gòu)示意圖

2 電纜中間頭真空除濕及防潮套裝應(yīng)用方法

運(yùn)行準(zhǔn)備階段，裝置運(yùn)行前需檢查所有閥、開(kāi)關(guān)與放氣端口是否均為關(guān)閉狀態(tài)。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(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)相的電纜線(xiàn)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(zhuān)用堵頭和卡套進(jìn)行密封。

運(yùn)行階段，將本裝置連接好電源，此時(shí)控制面板中的真空泵綠色停止指示燈和氮?dú)獬錃饩G色停止指示燈亮，真空泵紅色運(yùn)行指示燈和氮?dú)獬錃饧t色運(yùn)行指示燈不亮。運(yùn)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(dòng)按鈕，此時(shí)控制面板中真空泵紅色運(yùn)行指示燈亮，真空泵綠色停止指示燈熄滅，PLC控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)中真空泵前閥開(kāi)啟，然后延時(shí)3秒后控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)中真空泵后閥開(kāi)啟。執(zhí)行機(jī)構(gòu)中真空計(jì)和濕度傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)值輸入控制系統(tǒng)PLC控制模塊中CPU，CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)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(jù)電纜中間頭運(yùn)行規(guī)定調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中真空計(jì)定值調(diào)節(jié)旋鈕、濕度計(jì)定值調(diào)節(jié)旋鈕，當(dāng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)到的真空度和濕度均滿(mǎn)足所設(shè)定的定值后，真空充氣繼續(xù)運(yùn)行20分鐘后自動(dòng)關(guān)閉執(zhí)行機(jī)構(gòu)中真空泵后閥，延時(shí)3秒后再關(guān)閉執(zhí)行機(jī)構(gòu)中真空泵前閥，最后控制面板中真空泵紅色運(yùn)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?dú)獬錃饩G色啟動(dòng)按鈕，此時(shí)控制面板中氮?dú)獬錃饧t色運(yùn)行指示燈亮，氮?dú)獬錃饩G色停止指示燈熄滅，PLC控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)中氮?dú)馄块_(kāi)關(guān)開(kāi)啟，延時(shí)2秒后減壓閥開(kāi)啟、加熱組件啟動(dòng)，再延時(shí)5秒后氮?dú)獬錃忾y開(kāi)啟，執(zhí)行機(jī)構(gòu)中溫度傳感器和壓力傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)值輸入控制系統(tǒng)PLC控制模塊中的CPU，CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后輸出給控制面板中觸摸控制顯示屏、氮?dú)獬錃鈮毫χ甘緝x、氮?dú)獬錃鉁囟戎甘緝x顯示充氣管道中氣體的壓力和溫度。

（4）根據(jù)電纜中間頭現(xiàn)場(chǎng)狀況調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中氮?dú)獬錃鈮毫Χㄖ嫡{(diào)節(jié)旋鈕、氮?dú)獬錃鉁囟榷ㄖ嫡{(diào)節(jié)旋鈕，當(dāng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)到的壓力和溫度均滿(mǎn)足所設(shè)定的定值后，自動(dòng)關(guān)閉執(zhí)行機(jī)構(gòu)中氮?dú)獬錃忾y、加熱組件，延時(shí)3秒后關(guān)閉氮?dú)馄块_(kāi)關(guān)和減壓閥，之后打開(kāi)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中放氣端口，使電纜中間頭內(nèi)部的氮?dú)鈮毫謴?fù)到大氣壓力，最后控制面板中氮?dú)獬錃饧t色運(yùn)行指示燈熄滅，氮?dú)獬錃饩G色停止指示燈亮。

運(yùn)行收尾階段，把裝置電源斷開(kāi)，將電纜中間頭三相電纜線(xiàn)芯和另一端專(zhuān)用堵頭拆下，恢復(fù)電纜中間頭工作狀態(tài)，電纜中間頭除濕工作結(jié)束。

3 電纜中間頭真空除濕及防潮套裝應(yīng)用

10kV陽(yáng)光線(xiàn)、10kV遠(yuǎn)景線(xiàn)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(yùn)行條件。將本文研制的電纜中間頭真空除濕及防潮套裝應(yīng)用于10kV陽(yáng)光線(xiàn)、10kV遠(yuǎn)景線(xiàn)兩條電纜的受潮中間頭電纜段，抽真空并充氮?dú)饧訜釟v時(shí)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(jīng)過(guò)重新制作電纜中間頭，電纜試驗(yàn)合格，恢復(fù)送點(diǎn)運(yùn)行。

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用驗(yàn)證了電纜中間頭真空除濕及防潮套裝操作簡(jiǎn)單、除濕效果好、除濕效率高，增加了電纜中間頭使用壽命，節(jié)省了更換電纜需耗費(fèi)的人力、物力資金80余萬(wàn)元。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)切除電纜潮濕部分法耗費(fèi)大量人力物力、真空法除濕效果差、充氣除濕法操作復(fù)雜且耗時(shí)較長(zhǎng)的問(wèn)題，研制了一種電纜中間頭真空除濕及防潮套裝。本套裝結(jié)合了PLC自動(dòng)化控制原理，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行和監(jiān)測(cè)，通過(guò)采用真空抽氣法使電纜中間頭線(xiàn)芯內(nèi)部真空度及濕度達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)，便于氮?dú)獬淙胍蕴岣吆罄m(xù)充氣除濕的效果和效率，然后在氮?dú)獬錃獬凉穹ǖ幕A(chǔ)上增加了加熱組件，使充入電纜中間頭線(xiàn)芯的氮?dú)鉃楦邷氐獨(dú)?，進(jìn)一步提高了氮?dú)獬凉裥Ч托?，因此本套裝操作簡(jiǎn)單、除濕效果好、除濕效率高，增加了電纜中間頭使用壽命，節(jié)省了更換電纜需耗費(fèi)的大量人力、物力。