直流高压电缆绝缘脱气探索

屈贵军　李　岸　唐远和

（重庆泰山电缆有限公司，中国 重庆 401120）

【摘　要】本文从脱气原理，脱气过程对绝缘中空间电荷影响等方面简要介绍了直流高压电缆的脱气过程。

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关键词 脱气；副产物；时间；温度；空间电荷

0　引言

随着高压输电系统的飞速发展，特别是跨海峡等水下输电工程的兴建以及大城市供电亟待解决线路走廊和城市美观等问题，大功率、远距离的输电直流线路发展迫在眉睫。高压直流电缆与交流电缆之间最重要的区别就是绝缘中空间电荷的累积，经过研究发现，脱气过程对成品电缆的绝缘空间电荷效应有着很重要的影响。

公司承担了国网重点科技项目：“高压直流交联聚乙烯绝缘海底电缆”项目。由于电压等级较高，对于材料的性能及工艺的处理提出了更高的要求。

1　脱气原理

交联聚乙烯绝缘电缆采用的绝缘材料是XLPE，其采用的交联剂为DCP（过氧化二异丙苯），交联过程分为两种方式，而两种方式的副产物有以下几个：异丙苯醇、苯乙酮、甲烷。除此以外，在生产过程中，绝缘料不可能绝对干燥，在交联反应的同时会有一些副反应，会产生水。

从反应式可以看出一个-O-O-化学键(通常每个过氧化物分子只有一个)在网状结构中最多能产生一个化学交联键。其次，每个已被分解的过氧化物分子，无论其是否提供交联键，至少会产生两个副产品分子。这些副产品都包含在结构中。如果不使用外部高压(最常用热氮气)进行抑制，副产品会在熔融的绝缘中形成气泡，因此会导致局部放电和电气故障。但是在后期运行过程中，如果不将其去除，势必会缓慢释放，影响电缆的电气和机械性能，表一中给出了这些主要副产品的典型特性。

2　脱气对于绝缘空间电荷的影响

交联副产物对空间电荷的影响非常显著。研究脱气时间对电缆产品空间电荷的影响有着非常重要的意义。

根据多年的生产经验，北欧化工的绝缘料对于空间电荷的抑制有着非常好的效果，我们对其做了相应的实验.

通过实验得出以下结论：

（1）北欧化工绝缘料即使在交联情况下也能保证材料中空间电荷分布更均匀。

（2）脱气时间的长短对于改善XLPE中空间电荷的分布有着密不可分的关系，经过较长时间的脱气时间处理过后，掺杂少量的空间电荷抑制剂的绝缘料可以有效的改善XLPE复合介质内空间电荷分布。

3　影响脱气的因素

在电缆结构尺寸固定的前提下，影响脱气的主要因素为：脱气温度和脱气时间。 脱气温度越高，副产品含量降低的速度越快，效果越明显，脱气时间越长，效果越好。

大型电缆的脱气几乎都在宽敞并加热的脱气室内完成。这些装置会消耗相当多的能量，且占用不少工厂的空间。脱气室要通风良好，以避免甲烷和乙烷等可燃性气体的聚积，带来明显的安全隐患。有时，为使电缆能快速达到要求的温度，会通过对导体进行加热，来增强脱气室的加热作用。然而，实验已经证明使用导体自身加热的手段作为一种脱气方法，根本无效；因为在这种情况下，电缆外表面上较低的温度限制了解吸效果。

受自身材料因素的影响，脱气温度不能无限制的提高，经过公司多年的交流高压电缆生产经验，实际脱气中使用的温度可在50℃-80℃的范围之间，60℃-70℃是最优的温度范围。70℃-80℃的温度范围已被证实，在只针对较小的中压电缆时能可靠工作。然而，当对电缆脱气时(尤其是在高温下)，执行必须非常谨慎，以避免损伤线芯。伴随而来的绝缘热膨胀和软化已被证实会导致线芯的过度变形(致使扁平或损坏外部半导电层)。这种形变会直接导致在常规电气检测期间出现故障(无法进行)，从而使脱气的有利效果完全失去意义。另外，脱气时间和温度的不恰当设定会导致损坏(缘于温度过高)，这种损坏在常规检测期间无法被检测到，因为脱气不完全(缺陷被遮蔽)。因此，脱气温度要随着电缆重量的增加而降低，这种设定非常普遍。由与直流高压电缆的交联过程和交流高压电缆交联过程基本一致，所以这种特性同样适用于高压直流电缆。受交货期及生产周期的影响，脱气时间不能无限延长，根据不同的绝缘厚度，脱气时间一般为：5~10天。同时，经过长期经验的积累，高压电缆的脱气时间不能被简单的随厚度按比例度量。考虑到直流电缆副产物对于电缆空间电荷的影响，直流电缆的脱气时间要比交流电缆的时间长。

４　结果验证

针对高压直流海底电缆项目所生产的样品，绝缘厚度为12.0mm，采用的脱气时间和脱气温度为：15天，70℃。脱气结束后三天自然冷却。

可以看出，脱气后，电缆的性能满足标准要求，保证了电缆性能的稳定。

5　结束语

通过对脱气过程和脱气对于直流电缆绝缘空间电荷影响的探索，确定了高压直流电缆脱气时间一般长于普通交流高压电缆，明确了生产中脱气的工艺参数，促进了海底电缆项目的推进，检验结果表明，该脱气工艺已经成功运用到实际生产中。

［责任编辑：曹明明］