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摘 要:近年来,海底电缆软接头的研发和制作成为各海缆厂家研究的重要课题.虽然220kV及以下的交流海底电缆的软接头已经研发成功,且应用于舟山、福建、广东江门等地,但是高电压直流海缆软接头技术仍是一片空白.在研制直流海底电缆软接头过程中,如何解决软接头绝缘

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二次硫化锥型处有气隙、气孔以及绝缘界面出空间电荷聚集、场强分布影响等现象.因此设计工装模具、然后通过大量的试制,分析现象的产生、改进等一系列工作,最终攻破硫化技术难题.

关 键 词 :绝缘硫化;气隙;电荷集聚;场强;攻破硫化技术难题

0 前言

海底电缆软接头技术一直是国内外公认的比较尖端的技术难题,生产工序比较繁琐,每道工序都需要精心操作.从生产工序来看,两者的制作工艺完全一样.材料方面,主要区别于不同的绝缘材料,而直流海底电缆软接头的硫化参数与交流海缆略有差异,例如:硫化温度、时间和氮气气压的控制.硫化时间和氮气压力的控制是软接头制作成功的关键所在.

1.硫化工艺流程

(1)软接头绝缘线芯准备;(2)硫化模具安装;(3)校准温控显示;(4)线芯预热;(5)通入氮气、冷却循环水;(6)检查硫化模具气密性;(7)升温、加压;(8)恒温、恒压;(9)降温、降压自然冷却;(10)开模检查硫化效果11. 确认硫化合格.

2.硫化原理和模具设计

(1)硫化原理:通过过氧化物的高温分解而引发的一系列自由基反应,进而使PE发生交联.过氧化物受热分解形成自由基,其交联反应的过程如下:

(2)硫化模具上下有辅助加热块,通常情况下上各两块或三块.加热块的温度通过热电偶连接温度箱来控制,温控箱可显示硫化模具腔体内的温度和表面温度.

(3)加热块是硫化模具必不可少的的辅助设备,其温是度通过热电偶连接温控显示仪来控制,各厂家加热块的设计形状也不同,产生的效果也不一样.

3.软接头硫化过程分析

绝缘硫化是聚乙烯分子链变化的一个过程,随着温度和时间的变化而变化.硫化分为四个阶段:第一预热,将挤塑好的软接头绝缘线芯安装在模具内,低温预热线芯,预热温度80℃左右,同时使橡皮垫达到一定的热膨胀,拧紧模具两端扎紧橡皮的铁箍,通入0.5 MPa氮气检查模具的气密性;第二升温、升压阶段.检查密封无任何问题后开始通入冷却循环水,间隔升温升压,每个半小时升温和升压一次,温度为20℃,气压0.2MPa;第三恒温恒压阶段,此时的硫化温度为最高温度,一般情况下为230℃左右,氮气气压不超过1.5 MPa.硫化时间根据线芯的绝缘厚度来决定;第四降温、降压冷却阶段,关掉电源冷却,每隔半小时释放少量的气压,直到手可触摸冷模具却为止;第五检查确认硫化效果,打开模具检查硫化线芯是否有气孔、杂质、颗粒、烧焦、凸凹不平、严重偏心等现象.

硫化过程注意事项:

(1)线芯预热阶段温度、气压不宜过高.因为线芯表面温度较低,低温预热可使温度慢慢的向线芯内部渗透,避免温度过高会造成表面烧焦而线芯内部未硫化现象.另外低温预热可使橡皮垫得到一定的热膨胀,从而确保模具气密性得到保障;

(2)升温升压需间隔调节,不宜将温度和气压直接升到硫化最高温度和最大气压.由于在加热加压的过程中腔体内温度和压力逐渐上升,且会慢慢的到达硫化时恒温恒压状态;

(3)降温降压冷却,检查硫化效果,确认硫化是否合格.然后再开始处理绝缘表面.

(4)外屏蔽恢复,外屏蔽恢复采用挤包式恢复,通过专用设计模具进行外屏蔽注塑,

(5)脱气,除去绝缘内部中的甲烷和其他易燃小分子杂质.

4.绝缘硫化需解决的问题


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绝缘硫化中经常会出现诸多意想不到的问题,比如硫化密封漏气、绝缘硫化有严重偏心、气泡、烧焦、表面有杂质、凸凹不平、绝缘锥型处的气隙或气孔等现象.针对这些现象需要进行大量的绝缘线芯硫化试制,每次试制后分析问题原因所在.通过改进工装设备和调整工艺参数,从而逐一解决问题,提高硫化效果,总结硫化成功经验.


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4.1 形成气孔的原因

(1)挤塑时绝缘材料潮湿;(2)硫化温度过高;(3)冷却时模具打开过早;(4)密封漏气;(5)氮气不纯

4.2 粘接处有气隙原因

(1)硫化温度过低,粘结处未完全熔融;(2)硫化时间短;(3)粘接处未处理干净.

4.3 硫化后绝缘严重偏心原因

(1)绝缘注塑时线芯未放水平;(2)注塑压力过大;(3)注塑时预热温度过高,绝缘锥型界面处软化流动.

5.结论

软接头绝缘线芯硫化是一个复杂化的过程,通过模具设计、反复大量样品试制以及分析硫化过程中出现的诸多问题,进一步的改进工装模具和调整工艺参数.解决了软接头绝缘偏心、锥型处部分位置有气隙、气孔、气泡等现象,改善了绝缘界面处绝缘空间电荷的集聚分布,从而改变场强分布的影响.另外,在软接头绝缘的硫化过程中,橡胶密封垫的密封性,硫化温度高低、时间长短、气压大小等控制是软接头绝缘硫化成功的关键因素.

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参考文献:

[1]甘兴忠.电线电缆绝缘交联聚乙烯交联工艺的分析和对比,2008(02).

[2]额定电压500kV及以下直流输电用挤包电力电缆系统技术规范 TICW-2012.

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