Ремонт металлических оболочек высоковольтных кабелей

I. Функции металлических оболочек и необходимость ремонта

Металлическая оболочка высоковольтных кабелей представляет собой металлическую защитную конструкцию, расположенную снаружи изоляционного слоя, включая такие типы, как свинцовые, алюминиевые оболочки и стальная проволочная броня. Основные функции включают механическую защиту (устойчивость к внешним воздействиям и сжатию), электрохимическую коррозионную защиту (изоляция от влаги и загрязнений почвы), электромагнитное экранирование (снижение электромагнитных помех окружающей среде) и обеспечение пути заземления (обеспечение безопасного сброса токов при аварии). При повреждении металлическая оболочка может привести к проникновению влаги в изоляционный слой, локальному искажению электрического поля или даже серьезным авариям, таким как пробой кабеля и короткое замыкание. Поэтому точный ремонт, направленный на различные виды повреждений, критически важен для обеспечения долгосрочной безопасной эксплуатации системы кабелей.

II. Диагностика неисправностей и оценка перед ремонтом

(A) Идентификация типов повреждений

• Механические повреждения: характеризуются вмятинами, трещинами или проколами в оболочке, обычно вызываются механическим катанием или проколом острыми предметами при установке, либо разрывом вследствие длительного оседания основания.

• Электрохимическая коррозия: блуждающие токи в почве или кислотные/щелочные среды могут вызвать электрохимическую коррозию оболочки, проявляющуюся локальным вздутием, ржавчиной, проколами и белыми/зелеными продуктами коррозии (алюминиевая оболочка) или черными сульфидами (свинцовая оболочка).

• Термическое старение: длительная перегрузка приводит к хрупкости материала оболочки, что вызывает растрескивание и расслоение, часто встречается на соединениях или участках с плохим теплоотводом.

(B) Применение технологий обнаружения

• Визуальный осмотр: использование эндоскопов или инфракрасных тепловизоров для наблюдения за поверхностью оболочки, акцент на выявление очевидных мест повреждений и горячих точек.

• Испытание оболочки на прочность: применение постоянного напряжения (10 кВ в течение 1 минуты) для проверки целостности изоляции оболочки. Аномальное увеличение тока утечки (>10 мкА) указывает на повреждение.

• Обнаружение частичных разрядов: использование датчиков высокочастотного тока (HFCT) для захвата сигналов частичных разрядов в местах повреждений, с точностью локализации ±0,5 м.

• Оценка коррозионной активности почвы: сбор образцов почвы из среды прокладки кабеля для тестирования pH, концентрации хлорид-ионов и плотности блуждающих токов, предоставляя основу для выбора материалов для ремонта.

III. Выбор материалов и инструментов для ремонта

(A) Основные материалы для ремонта

• Материалы для замены металлической оболочки:

• Алюминиевый компрессионный рукав: подходит для ремонта алюминиевой оболочки, обладает хорошей пластичностью и коррозионной стойкостью. Должен соответствовать наружному диаметру кабеля (допуск ≤ ±0,5 мм).

• Луженая медно-оловянная лента: используется для ремонта свинцовой оболочки, низкая температура плавления (~183°C), легко сваривается термически, соответствует требованиям GB/T 12706.2 по чистоте (содержание свинца ≥ 99,9%).

• Нержавеющая стальная гофрированная труба: для повреждений стальной брони, изготовлена из нержавеющей стали 304, толщина стенки ≥ 0,8 мм, устойчива к ударным нагрузкам и давлению грунта.

• Материалы для изоляции и герметизации:

• Термоусадочная трубка из сшитого полиэтилена (XLPE): усаживается при 120–140°C, коэффициент усадки ≥ 2:1, пробивное напряжение ≥ 25 кВ/мм, требует горячего клея для герметизации.

• Холодноусаживаемая трубка из силиконового каучука: герметизация осуществляется за счет упругого восстановления, нагрев не требуется, подходит для ограниченных пространств, твердость по Шору 60 ± 5 единиц, tgδ ≤ 0,003 (20°C, 50 Гц).

• Герметизирующая лента из бутилового каучука: используется в качестве вспомогательного герметизирующего слоя, предел прочности при растяжении ≥ 3 МПа, относительное удлинение при разрыве ≥ 400%, стойкость к старению сохраняет ≥ 80% свойств после 100°C × 168 ч термического старения.

• Материалы для защиты от коррозии:

• Жертвенный анод из цинко-алюминиевого сплава: для сред с высокой коррозионной активностью, чистота анода ≥ 99,5%, плотность тока ≥ 15 мА/м², расчетный срок службы ≥ 20 лет.

• Коррозионностойкая лента из поливинилхлорида (PVC): толщина ≥ 0,4 мм, предел прочности при растяжении ≥ 18 МПа, сопротивление окружной стресс-коррозии (ESCR) ≥ 1000 ч.

(B) Специализированные инструменты

• Инструменты для подготовки: угловая шлифовальная машина (с абразивным кругом из корунда 80 грит), проволочная щетка, очиститель безводного этанола, нержавеющий скребок (для удаления продуктов коррозии).

• Инструменты для формования: гидравлический обжимной инструмент (диапазон обжима 60–200 мм²), тепловая пушка (диапазон температур 50–600°C), специальный горелка для свинцовой сварки (температура пламени ≤ 300°C).

• Инструменты для испытаний: мегомметр (2500 В, диапазон 0–10000 МΩ), двухплечий мост (измерение контактного сопротивления, точность ±0,1 мкΩ), ультразвуковой толщиномер (разрешение 0,01 мм).

IV. Подробные процедуры ремонта по типу повреждения

(A) Ремонт механических повреждений (пример алюминиевой оболочки)

• Подготовка поврежденного участка

• Используйте угловую шлифовальную машину для аксиального разреза поврежденной оболочки, длина разреза 5 раз больше диаметра повреждения (минимум ≥ 100 мм), чтобы обнажить чистый изоляционный экран.

• Удалите заусенцы с краев оболочки с помощью нержавеющего скребка, отшлифуйте до металлического блеска, очистите масла этиловым спиртом и просушите в течение ≥ 15 мин.

• Восстановление металлической оболочки

• Выберите алюминиевый компрессионный рукав с внутренним диаметром на 1 мм больше наружного диаметра кабеля, равномерно покройте внутреннюю стенку проводящей смазкой (никелевый наполнитель, объемное сопротивление ≤ 5×10⁻⁴ Ω·cm).

• Наденьте рукав на поврежденный участок, используйте метод "ступенчатого обжима", обжимайте от центра к концам. После обжима отклонение противоположных сторон шестигранника ≤ ±0,1 мм, контактное сопротивление ≤ 20 мкΩ.

• Герметизация и антикоррозионная обработка

• Обмотайте лентой из бутилового каучука с перекрытием 50%, создавая герметизирующий слой толщиной ≥ 3 мм, выступающий ≥ 50 мм за пределы неповрежденной оболочки с обоих концов.

• Установите термоусадочную трубку, постепенно нагревайте от центра к концам (120°C → 140°C) для предотвращения образования пузырей. После охлаждения проверьте равномерную усадку (толщина стенки после усадки ≥ 2 мм).

• Обмотайте внешнюю часть коррозионностойкой лентой PVC в полунахлест спиралью, закрепите концы стальными хомутами (момент затяжки 15–20 Н·м).

(B) Ремонт электрохимической коррозии (композитная оболочка из стали и свинца)

• Удаление продуктов коррозии

• Используйте пескоструйную обработку (кварцевый песок 80–120 mesh, давление 0,4–0,6 МПа) для удаления ржавчины со стальной брони, обнажая серо-белую металлическую основу, шероховатость поверхности Sa2.5.

• Подрежьте область коррозии свинцовой оболочки с помощью свинцового рубанка, создавая плавный переход с уклоном ≥ 1:5, чтобы избежать концентрации напряжений.

• Защита жертвенным анодом

• Симметрично установите 2 цинко-алюминиевых анода (100 мм × 50 мм × 10 мм) по обе стороны отремонтированного участка, соединенные с стальной броней медной оплеткой (сечение ≥ 16 мм²), сваренные (нахлест ≥ 30 мм, сварочный ток 120–150 А).

• Заполните зазор между анодом и кабельной оболочкой вазелином, заключите снаружи в корпус из высокоплотного полиэтилена (HDPE) для обеспечения полного контакта с грунтом.

• Двойная герметизирующая конструкция

• Внутренний слой: холодноусаживаемая трубка из силиконового каучука, внутренняя стенка покрыта полупроводящим гидрофобным гелем (объемное сопротивление 10–100 Ω·cm). Оставьте при комнатной температуре на 24 часа для отверждения.

• Внешний слой: заливка эпоксидной смолой (тип E-51, отвердитель T-31, соотношение 100:25), формирование под давлением 0,2 МПа, отверждение ≥ 48 часов при 25°C. Твердость после отверждения ≥ 85 единиц по Шору D.

(C) Ремонт трещин от термического старения (кабель с изоляцией XLPE)

• Укрепление области трещины

• Вырежьте V-образный паз в направлении трещины (глубина 1/3 толщины оболочки, угол 60°), заполните термостойким силиконовым каучуком (температурный класс ≥ 180°C, прочность на разрыв ≥ 15 кН/м), выровняйте скребком, отвердите при комнатной температуре в течение 2 часов.

• Обмотайте стеклотканью (0,2 мм толщиной, 16×16 нитей/см), пропитанной эпоксидной смолой (твердый остаток ≥ 70%) для создания укрепляющего слоя. Предел прочности при растяжении ≥ 200 МПа после отверждения.

• Оптимизация теплоотвода

• Установите алюминиевые радиаторы (1,5 мм толщиной, шаг ребер 5 мм) снаружи отремонтированного участка, закрепленные к оболочке термопастой (теплопроводность ≥ 1,5 Вт/(м·K)) для снижения локального повышения температуры (≤ 5°C).

• Контролируйте рабочую температуру с помощью инфракрасного тепловизора, обеспечивая разницу температур с неповрежденным участком ≤ 2°C.

V. Контроль качества и стандарты приемки

(A) Тестирование ключевых параметров

• Электрические характеристики: сопротивление изоляции оболочки ≥ 1000 МΩ (мегомметр 2500 В), частичные разряды ≤ 5 пК (при напряжении 1,73U₀).

• Механические характеристики: ударная прочность отремонтированного участка ≥ 10 Дж (при -30°C), радиус изгиба ≥ 20 раз наружный диаметр кабеля (без явных деформаций).

• Герметичность: после испытания на погружение (комнатная температура, 24 часа) изменение тока утечки оболочки ≤ 10%, отсутствие пузырей или проникновения воды.

(B) Проверка долговременной надежности

• Ускоренные испытания на старение: помещение образца ремонта в термостат (135°C × 1000 ч), после чего сохранение сопротивления изоляции ≥ 80%, снижение предела прочности на растяжение ≤ 20%.

• Испытания на погребение в грунт: моделирование реальных условий прокладки, глубина погребения 1 м, продолжительность 1 год, проверка на отсутствие коррозионных пробоев или отказа герметизации.

VI. Правила безопасности при работе

• Требования к работам при отключенном питании: следуйте процедуре "отключение питания - контрольное измерение напряжения - установка заземляющего провода" перед ремонтом. Разместите предупредительные знаки "Не включать" на концах кабеля, установите ограждения (расстояние ≥ 8 м) в пределах рабочего радиуса.

• Управление горячими работами: при использовании горелок или сварки обеспечьте наличие порошковых огнетушителей (типа ABC, емкость ≥ 4 кг), очистите от горючих материалов в радиусе 3 м, назначьте ответственного наблюдателя.

• Средства индивидуальной защиты (СИЗ): используйте диэлектрические перчатки (класс 35 кВ), защитные очки, огнестойкую спецодежду. При работе на высоте (≥ 2 м) используйте страховочный пояс (статическая нагрузка 2205 Н, удержание 3 мин без разрушения).