高压电缆中间头真空除湿及防潮套装的研究及应用

盛鸿翔，冯忠奎，刘广，高瑜，李阳，崔炎

（国网山东省电力公司淄博供电公司，山东淄博, 255000）

0 引言

在交联聚乙烯电缆中间头施工或运行过程中，水分、潮气会从电缆外护层或电缆中间头进入电缆绝缘层，导致电缆钢铠和主绝缘外铜屏蔽间隙出现纵向渗透，危及整个电缆电力系统。进水受潮后，交联聚乙烯电缆在高压电场作用下极易出现“水树枝”现象[1]，水分会在电场的作用下形成水树枝沿面爬电，在绝缘层和屏蔽层之间产生局部放电，引起绝缘层击穿，即“水树老化”现象，最终导致电缆击穿，影响供电可靠性和电网运行稳定[2]。

当前电缆中间头除湿常采用切除电缆受潮部分法、短路加热干燥法、真空法和充气吸湿法，但切除电缆受潮部分法会耗费大量人力、物力，短路加热干燥法和真空法去湿效果差，充气吸湿法采用氮气充入高压电缆线芯进行处理，效果好但操作较复杂且耗时较长[3-4]。

本文在真空法和充气吸湿法的基础上进行改进，研制了一种可自动控制、除湿效果更好、除湿效率更优的电缆中间头真空除湿及防潮套装。本套装结合了PLC自动化控制原理，可实现自动化运行和监测，本套装先采用真空抽气法使电缆中间头线芯内部真空度及湿度达到一定标准，然后在氮气充气除湿法的基础上增加了加热组件，使充入电缆中间头线芯的氮气为高温氮气，操作简单、除湿效果好、除湿效率高，可增加电缆中间头使用寿命，节省更换电缆需耗费的大量人力、物力。

1 电缆中间头真空除湿及防潮套装结构与应用方法

本装置结合了PLC自动化控制原理，可实现自动化运行和监测，本装置包含控制系统、执行机构和控制面板。

1.1 电缆中间头真空除湿及防潮套装控制系统

本装置中控制系统包含PLC控制模块、运行监测模块、控制信息输入模块、运行指示模块和控制信息输出模块五个模块组成。PLC控制模块作为整个控制系统的中枢，包含CPU、输入单元和输出单元；运行监测模块包含真空计、湿度传感器、压力传感器和温度传感器，实现装置的运行监测功能，并作为PLC控制模块决策依据的一部分；控制信息输入模块包含开关量输入信号和模拟量输入信号，开关量输入信号包含真空抽气开关按钮、氮气充气开关按钮，模拟量输入信号包含真空设定旋钮、湿度设定旋钮、压力设定旋钮和温度设定旋钮；运行指示模块包含真空抽气运行指示灯，氮气充气运行指示灯以及真空度、湿度、压力、温度运行监测数值；控制信息输出模块包含真空泵电磁阀开关、氮气瓶电磁阀开关和加热组件开关。本装置控制系统示意图如图1所示。

图1 控制系统示意图

1.2 电缆中间头真空除湿及防潮套装执行机构

本装置执行机构包含真空泵、真空泵前阀、真空计、湿度传感器、真空泵后阀、氮气瓶、氮气瓶开关、减压阀、加热组件、温度传感器、压力传感器、氮气充气阀、放气端口、A相电缆线芯接口、B相电缆线芯接口、C相电缆线芯接口，各装置通过管道连接，且A相电缆线芯接口、B相电缆线芯接口、C相电缆线芯接口均有与电缆中间头相适配的接口。本装置执行机构原理结构示意图如图2所示。

图2 执行机构原理结构示意图

1.3 电缆中间头真空除湿及防潮套装控制面板

本装置控制面板包含触摸控制显示屏、真空泵绿色启动按钮、真空泵红色停止按钮、真空泵红色运行指示灯、真空泵绿色停止指示灯、真空计定值调节旋钮、湿度计定值调节旋钮、真空泵真空度指示仪、真空抽气湿度指示仪、氮气充气绿色启动按钮、氮气充气红色停止按钮、氮气充气红色运行指示灯、氮气充气绿色停止指示灯、氮气充气压力定值调节旋钮、氮气充气温度定值调节旋钮、氮气充气压力指示仪、氮气充气温度指示仪。本装置控制面板结构示意图如图3所示。

图3 控制面板结构示意图

2 电缆中间头真空除湿及防潮套装应用方法

运行准备阶段，装置运行前需检查所有阀、开关与放气端口是否均为关闭状态。将电缆两端的中间头或终端的绝缘层露出250mm左右，将需除湿的电缆中间头一端安装在执行机构对应相的电缆线芯接口上，并用卡套夹紧电缆，保证接口密封，电缆另一端用专用堵头和卡套进行密封。

运行阶段，将本装置连接好电源，此时控制面板中的真空泵绿色停止指示灯和氮气充气绿色停止指示灯亮，真空泵红色运行指示灯和氮气充气红色运行指示灯不亮。运行阶段操作流程与原理如下：

（1）按下控制面板中的真空泵绿色启动按钮，此时控制面板中真空泵红色运行指示灯亮，真空泵绿色停止指示灯熄灭，PLC控制执行机构中真空泵前阀开启，然后延时3秒后控制执行机构中真空泵后阀开启。执行机构中真空计和湿度传感器监测数值输入控制系统PLC控制模块中CPU，CPU进行数据处理后输出给控制面板中触摸控制显示屏、真空泵真空度指示仪和真空抽气湿度指示仪显示抽气管道中气体的真空度和湿度。

（2）根据电缆中间头运行规定调节执行机构中真空计定值调节旋钮、湿度计定值调节旋钮，当运行监测到的真空度和湿度均满足所设定的定值后，真空充气继续运行20分钟后自动关闭执行机构中真空泵后阀，延时3秒后再关闭执行机构中真空泵前阀，最后控制面板中真空泵红色运行指示灯熄灭，真空泵绿色停止指示灯亮。

（3）按下控制面板中的氮气充气绿色启动按钮，此时控制面板中氮气充气红色运行指示灯亮，氮气充气绿色停止指示灯熄灭，PLC控制执行机构中氮气瓶开关开启，延时2秒后减压阀开启、加热组件启动，再延时5秒后氮气充气阀开启，执行机构中温度传感器和压力传感器监测数值输入控制系统PLC控制模块中的CPU，CPU进行数据处理后输出给控制面板中触摸控制显示屏、氮气充气压力指示仪、氮气充气温度指示仪显示充气管道中气体的压力和温度。

（4）根据电缆中间头现场状况调节执行机构中氮气充气压力定值调节旋钮、氮气充气温度定值调节旋钮，当运行监测到的压力和温度均满足所设定的定值后，自动关闭执行机构中氮气充气阀、加热组件，延时3秒后关闭氮气瓶开关和减压阀，之后打开执行机构中放气端口，使电缆中间头内部的氮气压力恢复到大气压力，最后控制面板中氮气充气红色运行指示灯熄灭，氮气充气绿色停止指示灯亮。

运行收尾阶段，把装置电源断开，将电缆中间头三相电缆线芯和另一端专用堵头拆下，恢复电缆中间头工作状态，电缆中间头除湿工作结束。

3 电缆中间头真空除湿及防潮套装应用

10kV阳光线、10kV远景线两条电缆存在中间头受潮缺陷，受潮中间头电缆段绝缘电阻三相平均值为105MΩ，不符合运行条件。将本文研制的电缆中间头真空除湿及防潮套装应用于10kV阳光线、10kV远景线两条电缆的受潮中间头电缆段，抽真空并充氮气加热历时12天后，两条电缆受潮中间头电缆段绝缘电阻三相平均值为2TΩ，经过重新制作电缆中间头，电缆试验合格，恢复送点运行。

现场应用验证了电缆中间头真空除湿及防潮套装操作简单、除湿效果好、除湿效率高，增加了电缆中间头使用寿命，节省了更换电缆需耗费的人力、物力资金80余万元。

4 结语

本文针对切除电缆潮湿部分法耗费大量人力物力、真空法除湿效果差、充气除湿法操作复杂且耗时较长的问题，研制了一种电缆中间头真空除湿及防潮套装。本套装结合了PLC自动化控制原理，可实现自动化运行和监测，通过采用真空抽气法使电缆中间头线芯内部真空度及湿度达到一定标准，便于氮气充入以提高后续充气除湿的效果和效率，然后在氮气充气除湿法的基础上增加了加热组件，使充入电缆中间头线芯的氮气为高温氮气，进一步提高了氮气除湿效果和效率，因此本套装操作简单、除湿效果好、除湿效率高，增加了电缆中间头使用寿命，节省了更换电缆需耗费的大量人力、物力。