老化挤包绝缘的修复技术

  本节主要技术仅与老化的挤包绝缘有关。时间流逝，电缆长期老化，使得电缆业主面临这些电缆最终击穿失效的状况。必须在实际击穿前采取行动来延长电缆寿命。这些行动包括修复电缆使电缆保持一个更长的健康期。修复工艺包括向电缆导体绞线内注入硅烷单体，使其扩散到绝缘中。然后，硅烷单体聚合，同时与绝缘中存在的水分发生反应。聚合后的硅烷单体会填充绝缘中存在的微孔，提高电缆的电气强度。这种修复工艺也适合已经击穿的电缆，不过在注入修复前要把击穿部位去除并安装新的接头。

  当电缆到了预计寿命时，电缆业主面临着更换、修理还是修复电缆的决定。成本是一个因素。更换常常意味着昂贵的电缆通道费用。中断供电服务是另一个要考虑的方面。还有一个因素是电缆的绝缘类型。本节中仅涉及技术因素。

2.挤包绝缘修复技术的发展历史

修复工艺的发展历史是很有趣的。在20世纪70年代到20世纪80年代早期，已经从工作中形成该工艺的概念。当时发现已经安装的聚乙烯绝缘许多都在预期寿命前发生击穿故障（原因是水树）。工业界的一个应对措施是考虑把HMWPE绝缘电缆更换为XLPE绝缘电缆，依据是一种抗水树添加剂一一苯乙酮存在于XLPE中，但HMWPE中没有。从《聚乙烯的交联工艺之一：过氧化物交联》可知，苯乙酮是交联过程的副产物。因此，不是XLPE本身，而是交联工艺中的副产物有抗水树特性。但是，苯乙酮会逐渐析出电缆，从而使得XLPE电缆的抗水树特性不是长久的。后来，工业界把重心放在开发具有长期抗水树特性的XLPE上，抗水树性能优于传统的XLPE（见抗水树交联聚乙烯）。

  工业界在致力于开发新的基于XLPE的绝缘材料的同时，对于已经敷设的HMWPE绝缘和XLPE绝缘电缆，也在努力提高这些旧电缆的性能。既然很明显水的存在是导致地下电缆提前老化减少寿命的主要原因，最早的考虑就是采用正压的泵通过导体绞线的间隙来充入干燥的氮气（见《电缆导体线芯受潮或进水的原因及处理方式》）。这个思路在早期敷设的多股绞合导体的聚乙烯绝缘电缆上成功实施，原因是在绞线间存在空隙通道使氮气通过（实心导体是不可能采用上述思路的）。充足稳定的气流排出了潮气，最后还采用空气代替了氮气。尽管电缆的寿命提高了，但是这种工艺本身还是有一些局限的。为了气流通过，需要配置特殊的终端和接合器装置。电缆的弯头以及应力锥要改进，还需要在导体上使用特殊夹具。由于过程中需要稳定的气流，就需要时时维护，而且如果干燥中断，潮气会再次进入电缆系统。

  气体为主的干燥修复过程成功阻止了水树的产生，延长了电缆寿命。干燥对电缆的寿命延长十分关键。但是由于实施上的实际困难，也很难继续改进。最后，整个概念转换到使用兼容的绝缘液体上来。开始选择了苯乙酮，原因前面已经提到了（已经证明它能使XLPE绝缘电缆具有抗水树特性）。在浸渍绝缘上的试验表明苯乙酮能够提高电缆的交流（AC）击穿强度。实际上，加入苯乙酮能够像充压缩氮气那样排出电缆中的潮气和杂质。（由于苯乙酮在约20℃凝固，导致在把该物注入成品电缆的过程中温度控制措施与交联反应时不同。）但是，在现场注入液体，其工艺过程的诸多缺点与充入干燥氮气是相同的。苯乙酮在时间长后会从电缆中析出，因此需要经常维护补充，这样也增加了成本。

  20世纪80年代，在充氮气和苯乙酮的基础上开发了更加实用化的修复工艺。这种工艺采用硅胶材料（烷氧基硅烷）解决了充入材料溢出电缆的问题。小分子量的硅烷在化学反应中去除了水分（持续充入氮气和苯乙酮的一个目的），同时也增加了分子量（因此不会随着时间而从绝缘析出）。Tarpey和工人们一起在奥克兰（Rockland）电力局首次实现了该工艺的经济化应用。这种技术解决了很多问题，实现了旧电缆延长使用寿命从概念到实用。

  先将硅油充人电缆绞合导体内，硅油扩散到绝缘中，与水产生化学反应，分子量增加。硅油的分子量越大，越不容易像苯乙酮那样析出。由于这种技术把充入的液体变成了电缆绝缘中的“凝胶”，就不要再持续地施加外部压力。而且，硫化反应不仅填充了绝缘的微孔，而且也阻止了潮气再进入电缆。最后，该技术还能提高电缆的介电强度。

  单体转变为聚合物的过程与乙烯到聚乙烯的转变过程类似。两者的过程都是低分子量的组分先在长度上生长，形成具备期望性能的链状聚合物。可是，两者的类似也到此为止了。两者的聚合物类型以及转变过程的机理都存在重要的区别。详细讨论其中的区别不是本章的内容。需要注意的是，聚合硅油的分子链长度比聚乙烯的要短，也称为“低聚物”。

  和记官网接下来论述修复工艺的化学原理和可现场具体应用的实战技术。

3.挤包绝缘修复的原理

  有几种硅基修复液可以使用。苯基二甲基硅油（PMDMS）是一种低聚物，已经使用了很多年。本节就是以它作为讨论的基础。这种硅油具备以下特性：最初黏度低、渗透快、与水反应后分子链变长。其中能快速渗透电缆是一个重要特点。随着分子量增加，渗透率减小，单体被锁定在与水反应的地方（如水树区）。图5-1显示了单体齐聚的过程。