Поправка на метални обвивки на високонапрегови кабели

I. Функции метални обвивки и необходимост от ремонт

Металната обвивка на високонапреговите кабели е метална защитна структура, поставена извън изолационния слой, включваща типове като оловни, алуминиеви и стоманени брони. Нейните основни функции включват механична защита (съпротивление на външни удари и компресия), електрохимична корозийна защита (изолация от влага и почвен загрязнители), електромагнитно екраниране (намаляване на електромагнитното заблудяване на околната среда) и осигуряване на път за заземяване (осигуряване на безопасен разряд на аварийните токове). В случай на повреда, металната обвивка може да доведе до проникване на влага в изолационния слой, локално искривяване на електричното поле или дори сериозни аварии като прекъсване на кабела и късо свръзка. Ето защо прецизният ремонт, насочен към различни видове повреди, е критичен за осигуряване на дългосрочно безопасно функциониране на системата от кабели.

II. Диагностика на дефектите и оценка преди ремонт

(A) Разпознаване на видовете повреди

• Механична повреда: Характеризира се с вдлъбнатости, пукнатини или пробивания на обвивката, обикновено причинени от механично завъртане или пробивания от остри предмети при инсталация, или разцепване поради дългосрочно осадяване на основата.

• Електрохимична корозия: Странични токове в почвата или кисели/щебеливи среди могат да причинят электрохимична корозия на обвивката, доказана с локално издуване, ръжда, пробиване и белезелени/зелени продукти на корозия (алуминиева обвивка) или черни сулфиди (оловна обвивка).

• Термично стареене: Дългосрочно перегреждане при работа причинява хрупкост на материалите на обвивката, което води до пукнатини и отслойване, обикновено открито в местата на свързания или области с лошо разпространение на топлина.

(B) Приложение на технологии за детекция

• Визуална проверка: Използване на ендоскопи или инфрачервени термографски камери за наблюдение на повърхността на обвивката, фокусирайки се върху откриването на очевидни точки на повреди и горещи точки.

• Изпитание на обвивката на издръжливост към напрежение: Прилагане на DC издръжливост към напрежение (10 kV за 1 минута) за изпитване на целостта на изолацията на обвивката. Аномално увеличение на утечния ток (>10 μA) указва повреда.

• Детекция на частични разряди: Използване на сензори за високочестотен ток (HFCT) за улавяне на сигнали от частични разряди в точките на повреди, с точност на местонахождение в ±0.5 м.

• Оценка на корозивността на почвата: Събиране на проби от почвата от околната среда, в която е поставен кабелът, за изпитване на pH, концентрация на хлоридни йони и плътност на странични токове, предоставяща основа за избор на материали за ремонт.

III. Избор на материали и инструменти за ремонт

(A) Основни материали за ремонт

• Материал за замяна на металната обвивка:

• Алуминиев сплавен компресионен рукав: Подходящ за ремонт на алуминиевата обвивка, с добра пластичност и корозийна устойчивост. Трябва да съответства на диаметъра на кабела (толерантност ≤ ±0.5 мм).

• Лава-оловянен сплавен лентичен материал: Използван за ремонт на оловната обвивка, ниска точка на топене (~183°C), лесен за термично сваряване, съответства на изискванията на GB/T 12706.2 (съдържание на олово ≥ 99.9%).

• Неръждаема стомана гофриран тръб: За повреди на стоманената броня, направена от 304 неръждаема стомана, дебелина на стената ≥ 0.8 мм, със съпротивление на удари и напрежения от почвата.

• Материал за изолация и герметизация:

• Крослинкована полиетиленова (XLPE) термоусъсняваща се тръба: Усъснява при 120–140°C, степен на усъсняване ≥ 2:1, пробивна сила ≥ 25 kV/mm, изисква горещо-топящо клеене за герметизация.

• Силиконова гума хладна-усъсняваща се тръба: Релеферира се на еластичното възстановяване за герметизация, не изисква нагрев, подходяща за ограничен пространства, твърдост по Шор 60 ± 5 Шор A, tanδ ≤ 0.003 (20°C, 50 Hz).

• Бутилова гума герметизираща лента: Използвана като допълнителен слой за герметизация, разтегателна сила ≥ 3 MPa, удължаване при разтегляне ≥ 400%, съпротивление на стареене задържа ≥ 80% производителност след 100°C × 168 h термично стареене.

• Материал за корозийна защита:

• Цинк-алуминиев сплавен жертвоприносен анод: За околната среда с висока корозийна активност, чистота на анода ≥ 99.5%, плътност на тока ≥ 15 mA/m², проектна продължителност на живота ≥ 20 години.

• Поливинилхлорид (PVC) корозийно-устойчив лентичен материал: Дебелина ≥ 0.4 мм, разтегателна сила ≥ 18 MPa, съпротивление на екологични стресови пукнатини (ESCR) ≥ 1000 h.

(B) Специализирани инструменти

• Инструменти за подготовка: Угълна машина (с 80-градусна алуминиево оксидна шлифовална колело), щетка, безводен етилов спирт за почистване, неръждаема стоманена скребница (за премахване на продукти от корозия).

• Инструменти за формиране: Хидравличен клипсажен инструмент (диапазон на клипсаж 60–200 mm²), термичен пистолет (температурен диапазон 50–600°C), специален факел за оловно запечатване (температура на пламъка ≤ 300°C).

• Инструменти за изпитване: Мегометър (2500 V, диапазон 0–10000 MΩ), двурамен мост (измерване на контактното съпротивление, точност ±0.1 μΩ), ултразвуков толщинаомер (разделителна способност 0.01 мм).

IV. Подробни процедури за ремонт според типа на повредата

(A) Ремонт на механична повреда (Пример с алуминиева обвивка)

• Подготовка на повредената област

• Използвайте углова машина, за да отворите повредената обвивка осево, с дължина на отсечката 5 пъти диаметъра на повредата (минимум ≥ 100 мм), разкривайки чист изолационен щит.

• Премахнете заострените краища на обвивката с неръждаема стоманена скребница, зашлифувайте до метално съскане, изчистете маслото с етилен, и оставете да изсъхне за ≥ 15 мин.

• Възстановяване на металната обвивка

• Изберете алуминиев сплавен компресионен рукав с вътрешен диаметър 1 мм по-голям от външния диаметър на кабела, равномерно покривайте вътрешната стена с проводим жир (никел базиран напълнител, обемно съпротивление ≤ 5×10⁻⁴ Ω·cm).

• Плъзнете рукава над повредената област, използвайте метод на стъпкан клипсаж, клипсайте от центъра към краищата. След клипсажа, девиация на шестоъгълната противоположна страна ≤ ±0.1 мм, контактно съпротивление ≤ 20 μΩ.

• Герметизация и антикорозийна обработка

• Обвийте бутилова гума герметизираща лента с 50% препокрив, формирайки герметизиращ слой ≥ 3 мм дебелина, разширете ≥ 50 мм над невредената обвивка на двете страни.

• Инсталирайте термоусъсняваща се тръба, загрейте постепенно от центъра към краищата (120°C → 140°C), за да се избегнат балончета. След охлаждане, проверете равномерно усъсняване (после-усъсняваща се дебелина на стената ≥ 2 мм).

• Обвийте PVC корозийно-устойчив лентичен материал външно в полу-покриващ спирал, закрепете краищата с неръждаеми стоманени ремъци (момент 15–20 N·m).

(B) Ремонт на електрохимична корозия (Стоманена броня + оловна обвивка комбинирана обвивка)

• Премахване на продукти от корозия

• Използвайте пескосъд (кварцов пясък 80–120 mesh, налягане 0.4–0.6 MPa), за да премахнете ръждата от стоманената броня, разкривайки сивобяла метална основа, повърхностна грубост Sa2.5 клас.

• Подреждайте областта на корозията на оловната обвивка с оловна плоскост, формирайки гладък преход с наклон ≥ 1:5, за да се избегне концентрация на напрежения.

• Жертвоприносна анодна защита

• Симетрично инсталирайте 2 цинк-алуминиеви аноди (100 мм × 50 мм × 10 мм) от двете страни на секцията за ремонт, свързани със стоманената броня чрез меден опплет (сечение ≥ 16 мм²), сварени (дължина на нахлупване ≥ 30 мм, сваряване на ток 120–150 A).

• Запълнете празнината между анода и кабелна обвивка с петролен жир, обвийте външно с високоплътностен полиетилен (HDPE) корпус, за да се гарантира пълно контакт с почвата.

• Двойна герметизираща структура

• Вътрешен слой: хладна-усъсняваща се силиконова гума тръба, вътрешната стена покрита с полупроводник водоблокиращ гел (обемно съпротивление 10–100 Ω·cm). Поддържайте при стаята температура за 24 h след възстановяване за хардене.

• Външен слой: излейте епоксидна смола (E-51 тип, харднер T-31, отношение 100:25), формирайте затворен под 0.2 MPa налягане, харднете ≥ 48 h при 25°C. Пост-харднета твърдост по Шор ≥ 85 Шор D.

(C) Ремонт на пукнатини от термично стареене (XLPE изолиран кабел)

• Усиление на областта на пукнатините

• Изрежете V-образен канал в посоката на пукнатината (дълбочина 1/3 от дебелината на обвивката, ъгъл 60°), напълнете с термически устойчив силиконова гума (температурна класификация ≥ 180°C, разтегателна сила ≥ 15 kN/m), изравнете с скребница, харднете при стаята температура за 2 h.

• Обвийте стъклена влакнена плат (0.2 мм дебелина, 16×16 нишки/cm), импрегнирайте с епоксидна смола (съдържание на твърдо ≥ 70%) за формиране на усиливащ слой. Разтегателна сила ≥ 200 MPa след хардене.

• Оптимизация на разпространението на топлина

• Инсталирайте алюминиеви радиатори (1.5 мм дебелина, разстояние между радиатори 5 мм) външно в секцията за ремонт, свързани с обвивката с термически жир (теплопроводност ≥ 1.5 W/(m·K)), за да намалите локалното температурно възходство (≤ 5°C).

• Мониторирайте оперативната температура с инфрачервен термографски камер, гарантирайки разликата в температурата от невредената секция ≤ 2°C.

V. Контрол на качеството и стандарти за приемане

(A) Изпитване на ключови параметри

• Електрични характеристики: Изолационно съпротивление на обвивката ≥ 1000 MΩ (2500 V мегометър), частичен разряд ≤ 5 pC (при 1.73U₀ напрежение).

• Механични характеристики: Ударна устойчивост на секцията за ремонт ≥ 10 J (при -30°C), радиус на извивка ≥ 20 пъти външния диаметър на кабела (без явни деформации).

• Херметичност: След тест за потопяване (стаята температура, 24 h), изменение на утечния ток на обвивката ≤ 10%, без балончета или проникване на вода.

(B) Верификация на дългосрочната надеждност

• Ускорен тест за стареене: Поставете образец за ремонт в термична камера за стареене (135°C × 1000 h), след изваждането задържа ≥ 80% изолационно съпротивление, намаление на разтегателната сила ≤ 20%.

• Тест за зариване в почва: Симулирайте реална среда за зариване, дълбочина 1 m, продължителност 1 година, проверете за отсъствие на корозийни пробивания или неуспех на герметизацията.

VI. Регламенти за безопасна работа

• Изисквания за работа при изключен ток: Следвайте процедурата "изключване на тока - изпитване на напрежението - инсталиране на заземителен кабел" преди ремонт. Окачете предупредителни знаци "Не затваряйте" на краищата на кабела, поставете безопасни бариери (разстояние ≥ 8 m) в радиуса на работа.

• Управление на гореща работа: При използване на факли или сваряване, оборудвайте сухо прахови гасители (ABC тип, капацитет ≥ 4 kg), премахнете горивни материали в радиус 3 m, назначете специален наблюдател.

• Индивидуални средства за защита (PPE): Облечете изолационни ръкавици (35 kV клас), очила, пламеностойки работни дрехи. Използвайте безопасен пояс (статично тестово напрежение 2205 N, устойчивост 3 min без разрушаване) за работа на височина (≥ 2 m).