顾 青

(无锡供电公司，江苏无锡214061)

0 引言

2006年，在一次强台风暴雨袭击下，正在施工的一条220 kV交联聚乙烯(XLPE)电缆线路的工井大量进水，施工单位对现场采取强排水措施抢救后，检查发现该线路第一段电缆C相的封帽由于受到机械应力影响，发生松动，导致该电缆在雨水淹没下进水受潮，因此必须对其进行处理，确保不对以后电缆运行产生不良影响。笔者作为该电缆进水处理小组的主要负责人，对一系列实践、研究过程进行整理后，对高压XLPE电缆进水处理进行探讨总结。

1 高压XLPE电缆线芯进水受潮的原因及危害

1.1 高压XLPE电缆线芯进水受潮的原因分析

经过多年的电缆施工管理实践，发现造成XLPE电缆进水的原因主要有以下几种情况:

(1)新采购的整盘电缆在出厂时，封铅(或热缩密封套)密封质量不高;施工现场切断电缆后封铅密封质量不高;密封后由于电缆搬动、移动造成封铅松动或破裂，引起密封不好。

(2)电缆敷设时，需要经常穿越道路、桥梁和涵洞等，由于天气或其他原因，电缆沟内也时常积聚了许多水，敷设过程中，不可避免地会出现电缆头浸在水中的情况，因电缆头密封不严或破损而导致电缆进水;另外在牵引和穿管时，偶尔也会发生外护套甚至铝护套被刮坏现象。

(3)电缆头制作时，间歇时间一般只作临时密封措施，遇到恶劣气候，防护措施不力的情况下容易受到雨水侵袭，使电缆进水，如前文提到的220 kV电缆进水事故便为典型案例。

(4)在电缆正常运行中，如果因某种原因(如外力破坏)发生击穿等故障时，电缆沟中的积水便会沿着故障点进入电缆内部;在土建施工中，尤其是在使用大型建筑机械的建筑工地，因各种人为因素而引起的电缆破损或击穿事故，可以说屡见不鲜。当发生此类事故时，电缆绝缘遭严重破坏，也可能造成电缆进水。

1.2 高压XLPE电缆线芯进水受潮的危害

高压XLPE电缆一旦进水，对于高聚物材料的主绝缘来说，在强电场的作用下，容易产生水解，降低材料的强度和柔软性，水份被高聚物吸附、吸收并扩散，可使电性能严重恶化，表面电阻、体积电阻和击穿场强下降，电容和介质损耗角正切增加;另外电缆进水后，会使主绝缘在比产生电树枝低得多的电场强度下便引发树枝状物——水树枝，而且在温度、湿度、电压越高，水中所含离子越多的情况下，水树枝发展得越快。水树枝会逐渐地向绝缘内部伸展，加速主绝缘老化，导致产品寿命缩短，甚至会使电缆在短期内被击穿。

2 高压XLPE电缆进水受潮处理方法研究

解决XLPE电缆进水问题的关键就是恢复进水电缆的干燥度，最根本的目标就是要降低电缆中水份的含量，而降低一定空间中水分子的含量有两种途径:一是扩大水分子所在的空间，这对于已经成型的电缆来说是不现实的;二是把高压XLPE电缆中的水分子转移出来，从而直接减少电缆中水分子的含量。因此应将途径二作为突破口。

在此基础上，对日常的水分抽取及沸腾蒸发等进行了研究并得出:

(1)高压XLPE电缆进水受潮较为严重时，初始处理可以利用最简单的抽水原理将线芯中的液态水直接抽出。

(2)利用高纯氮气具有干燥功能的原理，将高纯氮气充进高压XLPE电缆线芯中，对线芯起到干燥作用。

(3)根据克拉贝龙-克劳修斯方程在温度变化不大时的计算公式

式中，T为温度;P为压力;ΔHm为摩尔汽化焓;R为常数。

若对上式进行定积分，并设温度变化范围不大，可将ΔHm视为与温度无关的常数，则积分结果为:

式中，P1、P2为不同状态下的空气压力值;T1、T2为对应P1、P2压力值情况下的液态水沸点;汽化焓ΔHm为4.07 ×104J·mol－1;R为8.134。

因此我们可以从标准状态下水的沸点求得另一压力下水的沸点。

查阅有关资料得出标准状态下空气压力约为101.325 kPa，在该状态下水的沸点是100℃，当空气压力下降至3 kPa时，可求得液态水的沸点T2:

同理可计算得出当空气压力下降至2 kPa及1 kPa时，液态水的沸点分别为15.56℃和4.464℃。

因此在对高压XLPE电缆进水受潮线芯进行干燥处理时，可以根据电缆所处环境温度使线芯中的空气压力下降至电缆线芯中的液态水在自然温度下沸腾蒸发，从而只要将其与抽水原理结合便可轻易将线芯中的水蒸气抽出，从而达到减少进水电缆线芯中水分子含量的目的。

(4)可以利用微水仪对从进水电缆中抽出的气体进行含水量分析，因为此时从线芯中抽出气体的含水量可以等同于经过处理后的线芯含水量。

在以上几点原理的指导下，结合以往电缆行业中对充油电缆进水干燥处理的经验，提出如下的处理方法。

首先利用真空泵将其线芯中的液态水直接抽出;接着对进水电缆两端进行密封，然后根据周围环境温度情况进行抽真空，使进水电缆线芯中的空气压力下降至电缆线芯中液态水在所处环境自然温度便能沸腾的水平，确保进水电缆中的剩余水份沸腾蒸发，然后在真空泵的抽动下移至电缆外接的储气罐(便于下一步利用微水仪对其含水量进行分析);紧跟着从电缆的未进水端向进水电缆充高纯氮气，使其对电缆中的水蒸气进行干燥处理，经过一定时间的稳定干燥后，再次通过真空泵将电缆中的水蒸气抽出，然后持续循环一段时间，直到电缆的干燥度提高至运行要求的水平。

3 高压XLPE电缆线芯干燥度投运标准的探讨

利用以上方法对进水电缆进行处理后，到底电缆线芯的干燥度达到什么水平才能满足投运要求呢?

经查阅，至今尚未发现有关这方面的权威标准，因此决定参考相关电气设备在干燥处理方面的标准，并将其作为初步的处理目标。通过查阅有关资料和向相关机构咨询，结合平时对GIS开关中的SF6干燥处理经验，我们发现:(1)利用SF6作为介质且带灭弧装置的GIS开关在投运前的安装阶段，一般要求含水量低于150 ppm，而在运行阶段一般要求其含水量低于250 ppm;(2)利用SF6作为介质且不带灭弧装置的GIS桶体在投运前的安装阶段，一般要求含水量低于250 ppm，而在运行阶段一般要求其含水量低于350ppm。

实际生产经验告诉我们，GIS设备干燥水平要求应当高于电缆，于是我们初步将进水电缆干燥处理的目标定为250 ppm。

参照以往油浸电缆干燥处理的工作经验，根据前面提出的方法，我们截取了一段50 m长的废旧高压XLPE电缆，并对其进行人为地灌水，使其线芯充分受潮和进水，然后按照设计方法进行处理，首先用真空泵将线芯中的液态水直接抽出，直到无液态水从线芯中流出，然后将线芯进水电缆两端密封，同时使其一端和高纯氮气连接，一端与真空泵相连接，然后对电缆线芯抽真空，并将抽出的气体存储在与进水端连接的储气罐中，经过一段时间的抽真空后，对储气罐中的气体进行含水量分析，然后根据储气罐中气体含水量的大小，判断线芯中含水量的高低，从而确定处理方法的有效性。

根据以上思路，我们将试验过程中的记录整理为表1。

表1 含水量测试表

然后将表1数据绘制成图1。

图1 含水量测试曲线

通过图1可以看出，经过连续48 h的干燥处理后，连接电缆进水端处的储气罐中含水量已经达到稳定状态。此时我们也就将其相应地认为与电缆线芯中的干燥度处于同一状态。因为开始对电缆线芯抽真空时，由于电缆线芯是绞合状态，使得进水电缆两端的真空度不能持续稳定在同一水平，而是离真空泵越远处真空度越低，这使得线芯中的水份不能充分沸腾蒸发，从而影响了电缆线芯中水份的减少。但是经过48 h的抽真空后，进水电缆线芯中的真空度已经基本达到了稳定的状态，即整根电缆线芯中的水份的沸腾蒸发速度达到同一水平，这就使得真空泵抽出后储气罐中气体的含水量和线芯中的含水量达到同一状态，因此说最后测量出的气体的含水量可以当作线芯中的含水量，即经过该模型干燥处理后线芯的干燥度达到了421 ppm。

但是421 ppm与开始设定的初始目标250 ppm还有一定的差距，究竟是处理方法不当?还是因为电缆线芯中的含水量与变压器、GIS设备等电气装置有所区别?为了进一步找出这一问题的原因，我们对未进水的电缆，充高纯氮气(原始干燥度低于50 ppm)取样(不抽真空)，利用微水仪进行含水量分析测试，得出图2。

图2 未进水电缆线芯含水量测试分布图

根据图2可以看出未进水电缆线芯的含水量保持在1500～1600 ppm之间。

经过干燥处理后的电缆线芯干燥度虽然未能达到初定的目标250 ppm，但是421 ppm已经远远低于未进水电缆线芯的含水量1500 ppm，这就说明运用笔者提出的方法进行处理后的电缆干燥度已经达到投运要求。

4 处理因台风暴雨而进水的220 kV电缆

在以上研究试验的基础上，我们对由于台风影响而进水的220 kV电缆进行干燥处理。按照设计的程序，连续48 h对进水电缆进行抽真空和充氮气干燥处理，在这期间还分别对该电缆线芯进行含水量测试，根据测量记录绘制出图3。

图3 实际进水电缆干燥处理变化曲线图

分析图3可以看出，XLPE电缆线芯的含水量从开始的液态水至进入微水仪测量上限5000 ppm，再由测量上限不断地下降，直至422 ppm，效果非常明显，达到了我们提出的目标。

为了进一步确定经过处理后电缆线芯的干燥度能否持续维持在422 ppm，我们先将用于抽真空和充氮气用的密封及连接用具保持在电缆上，使电缆处于正常密封状态，并将其静置24 h(观测真空度是否下降)，然后再次利用微水仪每隔6 h对电缆线芯含水量进行测量，数据分别为422、423、421及422 ppm，趋势稳定。

为了更进一步确证电缆是否干燥，分别截取了一段处理后的进水电缆和完好的电缆，对其进行解剖，手感上进水电缆处理后的阻水带和线芯隔离纸要比完好电缆的干燥，将截下的阻水带和线芯隔离纸放入高温油中，没有发出任何响声，也无水泡出现，因此从另外一个角度也证明了经过干燥处理后的电缆符合投运要求。

鉴于以上的研究过程，我们最终确定该进水电缆可以投入运行。

5 结束语

经过干燥处理后的高压XLPE电缆线路自投运至今，线路运行状态良好，没有出现任何异常现象，因此该方法对于处理高压XLPE电缆进水受潮问题具有实际意义，值得在施工和运行中应用。

［1］李宗廷，王佩龙，等.电力电缆施工手册［M］.北京:中国电力出版社，2002.

［2］Q/GDW 168—2008 输变电设备状态检修试验规程［S］.