專利名稱:一種自生成納米顆粒的電力電纜修復(fù)液及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種自生成納米顆粒的電力電纜修復(fù)液及其制備方法和應(yīng)用,屬于電纜修復(fù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
我國自90年代初開始進(jìn)行大規(guī)模城網(wǎng)改造,大量IOkV架空線改為入地電纜。交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電力電纜因其可靠的電氣及機(jī)械性能,在我國城市電網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。由于早期電纜的防水性不佳,且在制造、施工和運(yùn)行過程中不可避免的產(chǎn)生一些微觀缺陷,水分會(huì)在電場的作用下聚集在微觀缺陷處,形成多分叉水樹區(qū),最終將誘發(fā)電樹,導(dǎo)致電纜絕緣本體的擊穿。普通的XLPE電力電纜在運(yùn)行15年后,其擊穿電壓值下降到50%左右,進(jìn)入故障高發(fā)期(S. Boggs, J. Xu. Water Treeing-Filled versus Unfilled Cable Insulation. IEEEElectrical Insulation Magazine, 2001,17 (I) :23-29)。針對(duì)大量的早期埋入的地下XLPE電力電纜,全部更換這些老化電纜所產(chǎn)生的工程量和巨額費(fèi)用令供電企業(yè)難以承受,并且繁華路段破路施工也十分棘手。因此,如能對(duì)目前大量的水樹老化的運(yùn)行電纜進(jìn)行修復(fù),從而延長其運(yùn)行壽命,將具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。美國Utilx公司及歐洲Novinium公司的電纜修復(fù)液注入技術(shù)已有20年的使用經(jīng)驗(yàn),經(jīng)過了 20年左右的發(fā)展,電纜修復(fù)技術(shù)已歷經(jīng)了兩代技術(shù)。最早的841技術(shù)屬第一代技術(shù),主要是通過硅氧烷、催化劑與XLPE電力電纜里面的微水進(jìn)行水解和縮合反應(yīng),該反應(yīng)消耗了水分,并且反應(yīng)后殘留的硅樹脂填充物可將微空隙填充,從而延長電纜壽命。該技術(shù)經(jīng)歷了 10年左右的時(shí)間,實(shí)踐證明,該技術(shù)能有效延長老化電纜壽命10 15年時(shí)間(GlenJ. Bertini and Gary A. Vincent. Cable Rejuvenation Mechanisms. ICC Subcommittee A,March 14,2006.)。Novinium公司在第一代技術(shù)的基礎(chǔ)上,提出了另一項(xiàng)新的修復(fù)技術(shù)即732技術(shù),該技術(shù)更注重電纜的中長期修復(fù)效果,而且在修復(fù)液成分中考慮了局部放電抑制、電場均勻和紫外光屏蔽等問題,其反應(yīng)時(shí)間也大為縮短(Glen J. Bertini. New Developments inSolid Dielectric Life Extension Technology. IEEE ISEI, Sept. 2004.)。但迄今為止,該技術(shù)僅限于商業(yè)性研究,其具體成分和修復(fù)方法并沒公開,更沒有詳細(xì)的機(jī)理和理論研究。電纜修復(fù)技術(shù)在我國尚處于起步階段。國內(nèi)研究同樣表明,該技術(shù)對(duì)水樹老化電纜的修復(fù)效果良好,但研究成果主要還是以第一代修復(fù)技術(shù)為主(朱曉輝,郭象吉,一種延長XLPE中壓電纜運(yùn)行壽命的新方法-電纜修復(fù)液注入技術(shù),《天津電力技術(shù)》,2003,I :25-26,39)。檢索國內(nèi)外文獻(xiàn)庫,以往的電纜修復(fù)技術(shù)主要以硅氧烷修復(fù)液為主,也有在修復(fù)液里添加無機(jī)納米顆粒的專利文獻(xiàn)和非專利文獻(xiàn)報(bào)道。但未見通過改良修復(fù)液配方,使其直接在缺陷處直接生成納米級(jí)金屬氧化物顆粒,通過其與硅氧烷的混合,共同提高電纜的絕緣性能的技術(shù)。同時(shí)也未見針對(duì)該修復(fù)液配方的絕緣增強(qiáng)性能的報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種自生成納米顆粒的電力電纜修復(fù)液及其制備方法和應(yīng)用,其特點(diǎn)是在硅氧烷修復(fù)液的基礎(chǔ)上,選用具有水解生成納米金屬氧化物能力的金屬醇鹽作為偶聯(lián)反應(yīng)的催化劑。同時(shí)為了保證有效生成金屬納米氧化物,在修復(fù)液中適當(dāng)加入添加劑。通過金屬醇鹽遇水水解生成金屬氧化物顆粒,并由于受到主反應(yīng)硅氧烷的偶聯(lián)影響,限制了氧化物顆粒的團(tuán)聚,使得在缺陷填充的硅氧烷溶膠中有納米級(jí)金屬氧化物顆粒存在 。本發(fā)明的目的由以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn),其中所屬原料份數(shù)除特殊說明外均為質(zhì)量份數(shù)。自生成納米顆粒的電力電纜修復(fù)液的起始原料由以下組分組成硅氧烷修復(fù)液 70-90份催化劑10-20份添加劑0-10份。其中,催化劑為鈦酸四異丙酯、鈦酸四異丁酯、異丙基三鈦酸酯、異丙基二辛基焦磷酸酰氧基鈦酸酯、異丙基二油酸酰氧基鈦酸酯、異丙基二辛基磷酸酰氧基鈦酸酯、單烷氧基不飽和脂肪酸鈦酸酯、二辛氧基焦磷酸酯基乙撐鈦酸酯、植物酸型單烷氧基類鈦酸酯、二硬脂酰氧異丙基鋁酸酯、氫氧化鈉、氫氧化鉀、鹽酸、硫酸和硝酸中的至少一種。添加劑為鋅酸乙酯、鋅酸丁酯、鉻酸乙酯、鉻酸丁酯、硅酸乙酯、硅酸丁酯、硼酸乙酯、鋁酸乙酯、鋁酸丁酯、硼酸丁酯、氯化鎂、氧化鋅、二氧化硅、氧化硼、碳酸鈣、二氧化鎂、三氧化二鋁、二氧化鈦、三氧化二鐵、四氧化三鐵和二氧化鋇中的至少一種。自生成納米顆粒的電力電纜修復(fù)液的制備方法包括以下步驟將硅氧烷修復(fù)液70 90份,催化劑10 20份,添加劑0 10份加入帶有攪拌器的混合容器中,在惰性氣體保護(hù)下,于室溫中攪拌混合15 30min,獲得自生成納米顆粒的電力電纜修復(fù)液。自生成納米顆粒的電力電纜修復(fù)液的應(yīng)用包括以下步驟I)修復(fù)前對(duì)電纜絕緣性能和修復(fù)設(shè)備的耐壓能力進(jìn)行檢測,保證修復(fù)過程中設(shè)備安全;2)采用前后端適配器和空氣壓縮機(jī),將修復(fù)液通過0. 2 0. SMPa壓力注入電纜纜芯中,保持壓力I. 5 3h,使修復(fù)液在電纜中充分滲透,然后關(guān)閉空氣壓縮機(jī);3)封閉前適配器進(jìn)口和后端適配器出口,使生成物中的醇類物質(zhì)透過交聯(lián)聚乙烯絕緣層的分子間隙逐漸揮發(fā),修復(fù)液在此過程中生成聚硅氧烷和無機(jī)金屬氧化物納米顆粒,并對(duì)電纜絕緣缺陷進(jìn)行填充修復(fù),4 80h后,最后打開電纜兩端適配器進(jìn)出口,殘余修復(fù)液及廢液從后端適配器出口排出。性能測試I.使用介質(zhì)損耗測試儀對(duì)修復(fù)前后的電纜樣本的介質(zhì)損耗值進(jìn)行測量,同時(shí)使用數(shù)字式兆歐表對(duì)電纜的絕緣電阻進(jìn)行測量。2.對(duì)選定樣本進(jìn)行工頻擊穿實(shí)驗(yàn),測定其擊穿電壓值,以評(píng)定其絕緣水平。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
I)自生成納米顆粒的電力電纜修復(fù)液的主反應(yīng)為硅氧烷的催化縮合,生成物為膠狀聚硅氧烷有機(jī)物,其介電常數(shù)與交聯(lián)聚乙烯接近。通過注入修復(fù)技術(shù),修復(fù)液能有效注入到電纜內(nèi)部,并在缺陷處起到填充修復(fù)作用,有效的提高了被修復(fù)樣本的絕緣性能。
2)自生成納米顆粒的電力電纜修復(fù)液的副反應(yīng)為催化劑鈦酸酯類水解,生成物為白色的納米二氧化鈦顆粒及其他金屬氧化物顆粒。該配方修復(fù)液對(duì)含水缺陷有很好的針對(duì)性,能在電纜絕緣層中的水樹缺陷、含水縫隙、針刺空洞等缺陷處生成含二氧化鈦的有機(jī)溶液,有效對(duì)缺陷空洞進(jìn)行填充。3)為確保金屬氧化物顆粒的生成,增加復(fù)合添加劑成分,通過其中的有機(jī)金屬鋅醇鹽、有機(jī)鎂鹽、有機(jī)硅酸鹽等成分的遇水或遇酸水解生成相應(yīng)的氧化物顆粒,從而形成復(fù)合納米金屬氧化物保護(hù)層。4)形成的復(fù)合納米金屬氧化物保護(hù)層能夠阻擋化學(xué)腐蝕,并對(duì)由局部放電引起的紫外線和熱電子流有較強(qiáng)屏蔽和阻擋效應(yīng),對(duì)紅外線有反射作用,能有效阻擋放電對(duì)有機(jī)物的進(jìn)一步損傷,提高電纜耐電暈性。5)復(fù)合納米金屬氧化物保護(hù)層電導(dǎo)率高,導(dǎo)致空間電荷不容易駐留,減弱了局部放電強(qiáng)度,可以使電場均勻化,抑制熱電子加速,導(dǎo)熱性好,提高了缺陷處耐局部放電的能力,起到了絕緣增強(qiáng)的作用,使修復(fù)后樣本在電場下的絕緣壽命提高了 5 10倍。6)修復(fù)方法所采用的設(shè)備安全可靠,效率較高。該方法在保證對(duì)絕緣的短期性能提升的基礎(chǔ)上,改善了中長期的修復(fù)效果,修復(fù)效果明顯提高,反應(yīng)時(shí)間也大為縮短。
圖I為交聯(lián)聚乙烯電力電纜注入式修復(fù)裝置結(jié)構(gòu)示意圖I、前端適配器進(jìn)口,2、后端適配器出口,3、前端適配器,4、后端適配器,5、電纜。圖2為交聯(lián)聚乙烯電力電纜耐壓能力weibull分布3為交聯(lián)聚乙烯電纜修復(fù)后擊穿通道內(nèi)無機(jī)顆粒形態(tài)圖I、外半導(dǎo)電層,2、XLPE層,3、擊穿通道,4、無機(jī)顆粒。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體的描述有必要在此指出的是本實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明,不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制,該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。實(shí)施例I實(shí)施對(duì)象截取35cm長老化電纜3根I.自生成納米顆粒的電力電纜修復(fù)液的制備將硅氧烷修復(fù)液70份,鈦酸異丙酯15份加入帶有攪拌器的混合容器中,在惰性氣體保護(hù)下,于室溫中攪拌混合15min,獲得自生成納米顆粒的電力電纜修復(fù)液。2.自生成納米顆粒的電力電纜修復(fù)液的應(yīng)用(I)修復(fù)前對(duì)電纜絕緣性能和修復(fù)設(shè)備的耐壓能力進(jìn)行檢測,保證修復(fù)過程中設(shè)
備安全。(2)采用前后端適配器3、4和空氣壓縮機(jī),將修復(fù)液通過0. 2MPa壓力注入電纜5纜芯中,保持壓力I. 5h,使修復(fù)液在電纜中充分滲透,然后關(guān)閉空氣壓縮機(jī);(3)封閉前適配器進(jìn)口 I和后端適配器出口 2,使生成物中的醇類物質(zhì)透過交聯(lián)聚乙烯絕緣層的分子間隙逐漸揮發(fā),修復(fù)液在此過程中生成聚硅氧烷和無機(jī)金屬氧化物納米顆粒,并對(duì)電纜絕緣缺陷進(jìn)行填充修復(fù),4h后,最后打開電纜兩端適配器進(jìn)出口 1、2,殘余修復(fù)液及廢液從后端適配器出口 2排出。修復(fù)前老化電纜的介質(zhì)損耗值分別為18.3%、20.8%和18.2%,擊穿電壓在24kV左右,絕緣電阻值分別為500MQ、600MQ、1500MQ。修復(fù)后電纜的介質(zhì)損耗值降低到7. 1%、6. 9%和5. 2%,擊穿電壓在32kV左右,絕緣電阻值分別為6000MQ、5000MQ、7000MQ。
分析通過實(shí)驗(yàn)測得,通常同型號(hào)和尺寸的新制電纜樣本的介質(zhì)損耗值在5% -8%左右,擊穿電壓在30kV左右。修復(fù)后樣本的介質(zhì)損耗與老化前的新樣本值基本相同,且擊穿電壓較新電纜有顯著的提高,證明了改良配方后的修復(fù)液及其注入式修復(fù)方法有效提高了被修復(fù)電纜樣本的絕緣性能。通過擊穿實(shí)驗(yàn)測得新制樣本、老化后樣本和修復(fù)后樣本的擊穿電壓,并對(duì)其進(jìn)行weibull分布計(jì)算,所得的擊穿電壓概率如圖2所示。分別對(duì)擊穿后的新制樣本和修復(fù)后樣本的擊穿處進(jìn)行掃描電鏡形態(tài)觀察如圖3所示,在修復(fù)后樣本擊穿通道內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量的無機(jī)顆粒存在,經(jīng)能譜分析,其無機(jī)顆粒中含有Ti元素和0元素,因此證明在改良后的修復(fù)液在缺陷處生成了 TiO2顆粒。實(shí)施例2實(shí)施對(duì)象截取4m長老化電纜2根I.自生成納米顆粒的電力電纜修復(fù)液的制備 將硅氧烷修復(fù)液80份,鈦酸異丁酯6份,異丙基二油酸酰氧基鈦酸酯2份,異丙基二辛基磷酸酰氧基鈦酸酯2份,氫氧化鈉I份,鋅酸乙酯2份,鋁酸丁酯2份,二氧化鎂I份加入帶有攪拌器的混合容器中,在惰性氣體保護(hù)下,于室溫中攪拌混合20min,獲得自生成納米顆粒的電力電纜修復(fù)液。2.自生成納米顆粒的電力電纜修復(fù)液的應(yīng)用(I)修復(fù)前對(duì)電纜絕緣性能和修復(fù)設(shè)備的耐壓能力進(jìn)行檢測,保證修復(fù)過程中設(shè)
備安全。(2)采用前后端適配器3、4和空氣壓縮機(jī),將修復(fù)液通過0. 4MPa壓力注入電纜5纜芯中,保持壓力2. 5h,使修復(fù)液在電纜中充分滲透,然后關(guān)閉空氣壓縮機(jī);(3)封閉前適配器進(jìn)口 I和后端適配器出口 2,使生成物中的醇類物質(zhì)透過交聯(lián)聚乙烯絕緣層的分子間隙逐漸揮發(fā),修復(fù)液在此過程中生成聚硅氧烷和無機(jī)金屬氧化物納米顆粒,并對(duì)電纜絕緣缺陷進(jìn)行填充修復(fù),48h后,最后打開電纜兩端適配器進(jìn)出口 1、2,殘余修復(fù)液及廢液從后端適配器出口 2排出。修復(fù)前老化電纜的介質(zhì)損耗值分別為2. 2%和2.0%,絕緣電阻值分別為4000MQ ,5000MQ。修復(fù)后電纜的介質(zhì)損耗值降低到0.5%和0.4%,絕緣電阻值增大到分別為IGQ、IGQ。分析通過實(shí)驗(yàn)測得,通常同型號(hào)和尺寸的新制電纜樣本的介質(zhì)損耗值在0. 5 % -0. 6 %左右。修復(fù)后樣本的介質(zhì)損耗與老化前的新樣本值基本相同,證明了改良配方后的修復(fù)液及其注入式修復(fù)方法有效提高了被修復(fù)電纜樣本的絕緣性能。實(shí)施例3實(shí)施對(duì)象截取70m長老化電纜I根
I.自生成納米顆粒的電力電纜修復(fù)液的制備將硅氧烷修復(fù)液90份,鈦酸四異丁酯10份,異丙基二油酸酰氧基鈦酸酯2份,異丙基二辛基磷酸酰氧基鈦酸酯2份,二辛氧基焦磷酸酯基乙撐鈦酸酯2份,二硬脂酰氧異丙基鋁酸酯I份,鹽酸3份,硅酸乙酯6份,鋁酸丁酯2份,氧化鋅2份加入帶有攪拌器的混合容器中,在惰性氣體保護(hù)下,于室溫中攪拌混合30min,獲得自生成納米顆粒的電力電纜修復(fù)液。2.自生成納米顆粒的電力電纜修復(fù)液的應(yīng)用(I)修復(fù)前對(duì)電纜絕緣性能和修復(fù)設(shè)備的耐壓能力進(jìn)行檢測,保證修復(fù)過程中設(shè)
備安全。(2)采用前后端適配器3、4和空氣壓縮機(jī),將修復(fù)液通過0. SMPa壓力注入電纜5纜芯中,保持壓力3h,使修復(fù)液在電纜中充分滲透,然后關(guān)閉空氣壓縮機(jī);(3)封閉前適配器進(jìn)口 I和后端適配器出口 2,使生成物中的醇類物質(zhì)透過交聯(lián)聚乙烯絕緣層的分子間隙逐漸揮發(fā),修復(fù)液在此過程中生成聚硅氧烷和無機(jī)金屬氧化物納米顆粒,并對(duì)電纜絕緣缺陷進(jìn)行填充修復(fù),80h后,最后打開電纜兩端適配器進(jìn)出口 1、2,殘余修復(fù)液及廢液從后端適配器出口 2排出。修復(fù)前老化電纜的介質(zhì)損耗值為0. 22%,絕緣電阻值4000MQ。修復(fù)后電纜的介質(zhì)損耗值降低到0. 10%,絕緣電阻值增大到IOGQ。分析通過實(shí)驗(yàn)測得,通常同型號(hào)和尺寸的新制電纜樣本的介質(zhì)損耗值在0. 10%左右。修復(fù)后樣本的介質(zhì)損耗與老化前的新樣本值基本相同,證明了改良配方后的修復(fù)液及其注入式修復(fù)方法有效提高了被修復(fù)電纜樣本的絕緣性能。注硅氧烷修復(fù)液由東莞市瑞馳化工有限公司提供;其余化學(xué)試劑均由市場購買。
權(quán)利要求
1.一種自生成納米顆粒的電力電纜修復(fù)液,其特征在于該修復(fù)液的起始原料由以下組分組成,按重量份計(jì)為硅氧烷修復(fù)液70-90份催化劑10-20份添加劑0-10份。
2.如權(quán)利要求I所述自生成納米顆粒的電力電纜修復(fù)液,其特征在于催化劑為鈦酸四異丙酯、鈦酸四異丁酯、異丙基三鈦酸酯、異丙基二辛基焦磷酸酰氧基鈦酸酯、異丙基二油酸酰氧基鈦酸酯、異丙基二辛基磷酸酰氧基鈦酸酯、單烷氧基不飽和脂肪酸鈦酸酯、二辛氧基焦磷酸酯基乙撐鈦酸酯、植物酸型單烷氧基類鈦酸酯、二硬脂酰氧異丙基鋁酸酯、氫氧化鈉、氫氧化鉀、鹽酸、硫酸和硝酸中的至少一種。
3.如權(quán)利要求I所述自生成納米顆粒的電力電纜修復(fù)液,其特征在于添加劑為鋅酸乙酯、鋅酸丁酯、鉻酸乙酯、鉻酸丁酯、硅酸乙酯、硅酸丁酯、硼酸乙酯、鋁酸乙酯、鋁酸丁酯、硼酸丁酯、氯化鎂、氧化鋅、二氧化硅、氧化硼、碳酸鈣、二氧化鎂、三氧化二鋁、二氧化鈦、三氧化二鐵、四氧化三鐵和二氧化鋇中的至少一種。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述自生成納米顆粒的電力電纜修復(fù)液的制備方法,其特征在于該方法包括以下步驟將硅氧烷修復(fù)液70-90份,催化劑10-20份,添加劑0-10份加入帶有攪拌器的混合容器中,在惰性氣體保護(hù)下,于室溫中攪拌混合15-30min,獲得自生成納米顆粒的電力電纜修復(fù)液。
5.如權(quán)利要求I所述自生成納米顆粒的電力電纜修復(fù)液的應(yīng)用包括以下步驟(1)修復(fù)前對(duì)電纜絕緣性能和修復(fù)設(shè)備的耐壓能力進(jìn)行檢測,保證修復(fù)過程中設(shè)備安全;(2)采用前后端適配器(3、4)和空氣壓縮機(jī),將修復(fù)液通過0.2 0.SMPa壓力注入電纜(5)纜芯中,保持壓力I. 5 3h,使修復(fù)液在電纜中充分滲透,然后關(guān)閉空氣壓縮機(jī);(3)封閉前適配器進(jìn)口(I)和后端適配器出口(2),使生成物中的醇類物質(zhì)透過交聯(lián)聚乙烯絕緣層的分子間隙逐漸揮發(fā),修復(fù)液在此過程中生成聚硅氧烷和無機(jī)金屬氧化物納米顆粒,并對(duì)電纜絕緣缺陷進(jìn)行填充修復(fù),4 80h后,最后打開電纜兩端適配器進(jìn)出口(I、2),殘余修復(fù)液及廢液從后端適配器出口(2)排出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自生成納米顆粒的電力電纜修復(fù)液及其制備方法和應(yīng)用,其特點(diǎn)是該修復(fù)的液制備方法包括以下步驟將硅氧烷修復(fù)液70-90份,催化劑10-20份,添加劑0-10份加入帶有攪拌器的混合容器中,在惰性氣體保護(hù)下,于室溫中攪拌混合15-30min,獲得自生成納米顆粒的電力電纜修復(fù)液。采用適配器和空氣壓縮機(jī),將修復(fù)液通過0.2~0.8MPa壓力注入電纜纜芯中,保持壓力1.5~3h后,封閉電纜兩端適配器,修復(fù)液在此過程中生成聚硅氧烷和無機(jī)金屬氧化物納米顆粒,并對(duì)電纜絕緣缺陷進(jìn)行填充修復(fù)。4~80h后,打開電纜兩端適配器,排出反應(yīng)殘余液體。
文檔編號(hào)H02G1/00GK102618037SQ20121003685
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月17日
發(fā)明者萬利, 周凱, 李旭濤, 潘榮超, 熊慶, 趙威, 陶文彪, 陶霰韜 申請(qǐng)人:四川大學(xué)