專利名稱：一種電力電纜絕緣老化的自由基清除劑及其自動愈合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力電纜絕緣老化的自由基清除劑及其自動愈合方法，屬于電纜運(yùn)行維護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
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。根據(jù)國網(wǎng)公司2009年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，運(yùn)行超過10年的XLPE電力電纜占總鋪設(shè)電纜的比例近40%。絕緣老化事故在電纜停電事故中占第2位，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)安全。運(yùn)行電纜的絕緣老化并不直接導(dǎo)致其擊穿破壞，電纜的老化過程通?？煞譃槌跗?、中期和晚期。在老化初期，運(yùn)行電纜僅僅是在運(yùn)行環(huán)境中緩慢地氧化，導(dǎo)致XLPE絕緣的親水性增強(qiáng)，形成較小的水珠聚集。在老化中期，因?yàn)樾∷榫奂髮?dǎo)致在絕緣界面處的電場應(yīng)力增強(qiáng)，水珠會逐步連接，形成水樹區(qū)域。在老化后期，隨著水樹的生長，尖端電場加強(qiáng)，最終將誘發(fā)電樹，從而引發(fā)電纜絕緣本體的擊穿。當(dāng)然，并非所有的電纜破壞都遵循這一過程，但在老化早期，因?yàn)榻^緣老化形成親水性的空洞，這是普遍存在的現(xiàn)象，并非所有的老化都會導(dǎo)致?lián)舸Ｒ虼?，針對大量早期埋入地的XLPE電纜，這些電纜或多或少都存在老化問題，全部更換這些老化電纜的成本令供電企業(yè)難以承受，而且這些電纜并不一定會導(dǎo)致絕緣本體的擊穿事故發(fā)生。如果目前大量的早期絕緣老化的運(yùn)行電纜，其絕緣缺陷能夠自動愈合，避免大的水樹生成或誘發(fā)意外的擊穿，這將是一項(xiàng)有意義的工作。針對電力電纜絕緣老化后的水樹問題，國內(nèi)外科研工作者對于水樹機(jī)理及抑制措施進(jìn)行了許多研究，主要采用的是硅氧烷進(jìn)行絕緣修復(fù)的方法。美國Utilx公司通過硅氧烷和催化劑與XLPE電纜里面的微水反應(yīng)，反應(yīng)后殘留的硅樹脂將微空隙填充，從而延長電纜壽命。實(shí)踐證明，該技術(shù)能有效延長老化電纜壽命10-15年時間(Glen J. Bertini andGary A. Vincent . Rejuvenation Reformulated. ICC SubA, May 8, 2007)。國內(nèi)天津電力科學(xué)院的朱曉輝等人采用的電纜修復(fù)液有效成分為硅氧烷、脫水異丙醇溶劑和催化劑，修復(fù)液遇水后生成膠狀物質(zhì)附著在受損電纜絕緣內(nèi)，在一定程度上修復(fù)了水樹缺陷(朱曉輝 修復(fù)水樹老化XLPE電纜的修復(fù)液注入技術(shù) 高電壓技術(shù)，2004，30 (136) : 16-17)。此外，發(fā)明專利交聯(lián)電纜修復(fù)液注入系統(tǒng)(中國專利200410072791. 5)、交聯(lián)聚乙烯電力電纜帶電修復(fù)裝置及其帶電修復(fù)方法(中國專利201010028136. 5)主要是提出了新的修復(fù)裝置及方法，提高交聯(lián)電纜修復(fù)液的注入質(zhì)量。過去的水樹修復(fù)技術(shù)通常是待電纜已經(jīng)形成水樹后再進(jìn)行絕緣修復(fù)，目前授權(quán)的發(fā)明專利交聯(lián)聚乙烯電力電纜納米修復(fù)裝置及方法(中國專利201010194697. 2)是針對該項(xiàng)技術(shù)。但是，根據(jù)我們前期研究和調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前大量的電纜運(yùn)行10年后并沒有形成大量的水樹，而且即使形成了水樹，我們也很難在不停電的情況下檢測到，且在水樹形成的初 期也不會對電纜的運(yùn)行有任何不良影響。因此，過去的技術(shù)的前提是需要等電纜形成水樹后進(jìn)行修復(fù)，而且必須要通過專門的儀器進(jìn)行檢測，而且修復(fù)后水樹可能會繼續(xù)生長。因此，水樹修復(fù)技術(shù)在實(shí)際使用中仍然有很多不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種電力電纜絕緣老化的自由基清除劑及其自動愈合方法，其特點(diǎn)是在運(yùn)行到一定年限的電力電纜，預(yù)先通過壓力注入系統(tǒng)從電纜的纜芯注入自由基清除劑溶液，在運(yùn)行過程中能夠避免或抑制缺陷的形成，實(shí)現(xiàn)絕緣缺陷的自動愈合，從而延緩XLPE電纜絕緣老化，延長電纜的使用壽命，減少意外的擊穿事故。本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)運(yùn)行電纜的老化中間產(chǎn)物是自由基。自由基是含有一個不成對電子的原子或原子團(tuán)，具有較強(qiáng)的氧化性。自由基非?；顫?，很容易與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。自由基包括超氧陰離子(O2 — )、過氧化氫分子(H2O2)、輕自由基(0H )、氫過氧基(HO2 — )、烷過氧基(R00 )、烷氧基(R0* )、單線態(tài)氧(1O2X氫自由基(H )和有機(jī)自由基(R* )等。其中羥基自由基(^OH)具有極強(qiáng)的氧化能力。研究表明，大部分有機(jī)物的老化現(xiàn)象都和自由基這一中間產(chǎn)物有關(guān)。XLPE電纜絕緣是一種高分子有機(jī)聚合物材料，絕緣材料在電化學(xué)老化和電物理老化的共同作用下，聚合物產(chǎn)生化學(xué)氧化反應(yīng)，其最后結(jié)果是生成了親水性的羧基、羥基等基團(tuán)，此外，絕緣內(nèi)水的分解生成過氧化氫分子形成自由基。因此，在電場、水分和離子等的長期協(xié)同作用下，聚合物會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成自由基，自由基可以連續(xù)傳遞而出現(xiàn)連鎖反應(yīng)，其強(qiáng)氧化性使高分子聚合物的C-C鍵斷裂，導(dǎo)致材料裂解形成一些微小的縫隙或空洞，最終發(fā)展成危害絕緣的水樹或者電樹。自由基清除劑是一種抗氧化劑，能夠捕獲自由基，抑制自由基擴(kuò)散，活性強(qiáng)的自由基清除劑能阻止連鎖反應(yīng)的開始。電纜主絕緣中存在氧分子，氧分子與高分子有機(jī)物反應(yīng)產(chǎn)生自由基，而自由基清除劑能捕捉過氧化物自由基而中斷連鎖反應(yīng)，阻止高分子有機(jī)物的氧化，抑制交聯(lián)聚乙烯的進(jìn)一步降解。自由基清除劑能夠有效地抑制水樹增長，也可有效地抑制均勻電場下的電老化，提高極不均勻電場中電纜的樹枝起始電壓，實(shí)現(xiàn)電纜絕緣缺陷的自愈，從而延長電纜壽命。 本發(fā)明的目的由以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)，其中所述原料份數(shù)除特殊說明外，均為重量份數(shù)。運(yùn)行電力電纜絕緣老化的自由基清除劑的起始原料由以下組分組成自由基清除劑25 50份溶劑50 75份。其中，自由基清除劑為2，-甲基-4，6-雙(辛硫基亞甲基)苯酚、十二烷基苯磺酸和硅氧烷修復(fù)液三種成分。溶劑為丙酮、氯仿、乙醇、乙酸乙酯、正己烷、甲醇、二氯甲烷或甲苯中的任一種。運(yùn)行電力電纜絕緣老化的自由基清除劑的自動愈合方法包括以下步驟(I)自由基清除劑溶液的配制將2，-甲基-4，6-雙(辛硫基亞甲基)苯酚10 20份、十二烷基苯磺酸5 10份、硅氧烷10 20份混合均勻得到自由基清除劑，然后將上述混合均勻的自由基清除劑與溶劑50 75份充分混合均勻，通過超聲波分散機(jī)和砂磨分散機(jī)聯(lián)合進(jìn)行分散，獲得自由基清除劑的分散液；(2)采用壓力注入系統(tǒng)對電纜施加自由基清除劑溶液
采用空氣壓縮機(jī)將空氣壓縮，使注入壓強(qiáng)為0. ro. 8MPa，經(jīng)過濾瓶過濾后，將上述自由基清除劑的分散液加入自由基清除劑溶液罐中，自由基清除劑溶液在壓力作用下進(jìn)入交聯(lián)聚乙烯電纜纜芯，經(jīng)0. 5^4h后停止注入。性能測試 通過對IOkV XLPE電纜試樣做擊穿電壓試驗(yàn)和老化后電纜切片的水樹長度來說明本發(fā)明的實(shí)際效果。I)擊穿電壓試驗(yàn)由于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有分散性，需對多個樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)計(jì)算出擊穿電壓再進(jìn)行比較。取XLPE電纜試樣12支，將其中6支試樣注入自由基清除劑，另外6支不注入。對電纜試樣施加3. 94kV/mm的工頻起始電壓5min,然后以每5min為間隔，I. 57kV/mm為一級逐級升高電壓，直到電纜擊穿或者達(dá)到43. 31kV/mm為止。根據(jù)Weibull分布，以概率0. 632對應(yīng)的電壓為擊穿電壓，未注入自由基清除劑的電纜試樣擊穿電壓為18. 3kV，注入自由基 清除劑的電纜試樣擊穿電壓為22. 5kV，擊穿電壓提高了 23%。2)電纜切片水樹生長情況為了對比注入與未注入自由基清除劑的電纜老化后水樹的生長情況，對電纜試樣進(jìn)行老化，再將電纜切片用顯微鏡觀察絕緣層中水樹的長度。取10支電纜試樣，將其中5支試樣注入自由基清除劑，另外5支不注入。在電纜外半導(dǎo)電層插入針電極，針電極施加400Hz,7. 5kV電壓，加壓600小時后停止老化。在電纜試樣針孔附近切取厚2mm±0. 02mm的切片，用顯微鏡放大160倍后觀察，沒有施加自由基清除劑的電纜絕緣層水樹生長情況如圖I所示，水樹枝的長度為228 u m,寬度為101 Um0注入自由基清除劑的電纜絕緣層水樹生長情況如圖2所示，水樹枝的長度68 u m,寬度為46 u m。注入自由基清除劑的電纜的水樹長度約為未注入電纜的30%，寬度為未注入電纜的45%。說明注入自由基清除劑的電纜絕緣層中水樹的生長速率明顯減小。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)I.自由基清除劑是液體，便于控制本身的品質(zhì)純度，并且容易在電纜中滲透，能單獨(dú)使用，也能與其他協(xié)同電壓穩(wěn)定劑一起使用。2.技術(shù)先進(jìn)、安全穩(wěn)定，實(shí)施時間短，抗老化效果明顯。3.不需要預(yù)先診斷電纜是否有水樹，具有長期持續(xù)的抗老化作用。4.在電纜絕緣老化前或初期，自由基清除劑就能發(fā)揮作用，抑制老化加劇，起到預(yù)防作用。5.在絕緣老化以后，亦能即使填補(bǔ)水樹空洞，起到修復(fù)作用。


圖I為沒有施加自由基清除劑的水樹生長圖2為注入自由基清除劑后的水樹生長圖3為交聯(lián)聚乙烯電纜擊穿時間Weibull分布圖
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)行具體描述，有必要在此指出的是以下實(shí)施例只用于對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對本發(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)本發(fā)明內(nèi)容對本發(fā)明作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。實(shí)施例II.制備自由基清除劑溶液將2，-甲基-4，6-雙(辛硫基亞甲基)苯酚10份、十二烷基苯磺酸5份、硅氧烷10份與丙酮50份充分混合均勻，通過超聲波分散機(jī)和砂磨分散機(jī)聯(lián)合進(jìn)行分散，獲得自由基清除劑分散液。2.采用壓力注入系統(tǒng)對電纜施加自由基清除劑溶液采用空氣壓縮機(jī)將空氣壓縮，使注入壓強(qiáng)為0. IMPa，經(jīng)過濾瓶過濾后，將上述自由基清除劑的分散液加入自由基清除劑溶液罐中，自由基清除劑溶液在壓力作用下進(jìn)入交聯(lián) 聚乙烯電纜纜芯，經(jīng)4h后停止注入。3.性能測試取12支電纜試樣，其中6支注入自由基清除劑溶液，另外6支不注入，對這12支電纜進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)，在電纜半導(dǎo)電層插入針電極，纜芯接地。對電纜持續(xù)施加50Hz、18kV電壓，直到電纜擊穿為止，記錄加壓時間。根據(jù)Weibull分布求出注入自由基清除劑的電纜壽命為19小時，未注入的電纜壽命為2. 5小時，由此可見，注入自由基清除劑以后電纜壽命明顯提聞。實(shí)施例2I.制備自由基清除劑溶液將2，-甲基-4，6-雙(辛硫基亞甲基)苯酚15份、十二烷基苯磺酸8份、硅氧烷15份與氯仿50份充分混合均勻，通過超聲波分散機(jī)和砂磨分散機(jī)聯(lián)合進(jìn)行分散，獲得自由基清除劑分散液。2.采用壓力注入系統(tǒng)對電纜施加自由基清除劑溶液采用空氣壓縮機(jī)將空氣壓縮，使注入壓強(qiáng)為0. 2MPa，經(jīng)過濾瓶過濾后，將上述自由基清除劑的分散液加入自由基清除劑溶液罐中，自由基清除劑溶液在壓力作用下進(jìn)入交聯(lián)聚乙烯電纜纜芯，經(jīng)3h后停止注入。3.性能測試取10支電纜試樣，其中5支注入自由基清除劑，另外5支未注入，對這10支電纜施加400Hz、7. 5kV電壓，老化600h后切片，用顯微鏡放大160倍后觀察水樹生長情況，注入自由基清除劑的電纜絕緣層水樹的長度比未注入自由基清除劑的電纜絕緣層水樹短40%，且水樹枝內(nèi)有膠狀物質(zhì)生成。經(jīng)以上觀察可以說明自由基清除劑充分滲透到了絕緣層水樹枝中，并與水發(fā)生反應(yīng)的生成物填充了水樹通道，從而使絕緣缺陷實(shí)現(xiàn)自動愈合。實(shí)施例3I.制備自由基清除劑溶液將2，-甲基-4，6-雙(辛硫基亞甲基)苯酚20份、十二烷基苯磺酸10份、硅氧烷20份與乙醇50份充分混合均勻，通過超聲波分散機(jī)和砂磨分散機(jī)聯(lián)合進(jìn)行分散，獲得自由基清除劑分散液。2.采用壓力注入系統(tǒng)對電纜施加自由基清除劑溶液采用空氣壓縮機(jī)將空氣壓縮，使注入壓強(qiáng)為0. 3MPa，經(jīng)過濾瓶過濾后，將上述自由基清除劑的分散液加入自由基清除劑溶液罐中，自由基清除劑溶液在壓力作用下進(jìn)入交聯(lián)聚乙烯電纜纜芯，經(jīng)2h后停止注入。實(shí)施例4I.制備自由基清除劑溶液 將2，-甲基-4，6-雙(辛硫基亞甲基)苯酚10份、十二烷基苯磺酸10份、硅氧烷10份與乙酸乙酯70份充分混合均勻，通過超聲波分散機(jī)和砂磨分散機(jī)聯(lián)合進(jìn)行分散，獲得自由基清除劑分散液。2.采用壓力注入系統(tǒng)對電纜施加自由基清除劑溶液采用空氣壓縮機(jī)將空氣壓縮，使注入壓強(qiáng)為0. 4MPa，經(jīng)過濾瓶過濾后，將上述自由基清除劑的分散液加入自由基清除劑溶液罐中，自由基清除劑溶液在壓力作用下進(jìn)入交聯(lián)聚乙烯電纜纜芯，經(jīng)Ih后停止注入。實(shí)施例5I.制備自由基清除劑溶液將2，-甲基-4，6-雙(辛硫基亞甲基)苯酚20份、十二烷基苯磺酸10份、硅氧烷20份與甲苯70份充分混合均勻，通過超聲波分散機(jī)和砂磨分散機(jī)聯(lián)合進(jìn)行分散，獲得自由基清除劑分散液。2.采用壓力注入系統(tǒng)對電纜施加自由基清除劑溶液采用空氣壓縮機(jī)將空氣壓縮，使注入壓強(qiáng)為0. 8MPa，經(jīng)過濾瓶過濾后，將上述自由基清除劑的分散液加入自由基清除劑溶液罐中，自由基清除劑溶液在壓力作用下進(jìn)入交聯(lián)聚乙烯電纜纜芯，經(jīng)0. 5h后停止注入。
權(quán)利要求
1.一種運(yùn)行電カ電纜絕緣老化的自由基清除劑，其特征在于該自由基清除劑的起始原料由以下組分組成，并按重量份計(jì)為 自由基清除劑25 50份 溶劑50 75份。
其中，自由基清除劑為2，-甲基-4，6-雙(辛硫基亞甲基)苯酚、十二烷基苯磺酸和硅氧烷修復(fù)液三種成分。
2.如權(quán)利要求I所述運(yùn)行電カ電纜絕緣老化的自由基清除劑，其特征在于溶劑為丙酮、氯仿、こ醇、こ酸こ酷、正己烷、甲醇、ニ氯甲烷或甲苯中的任ー種。
3.如權(quán)利要求I或2所述運(yùn)行電カ電纜絕緣老化的自由基清除劑的自動愈合方法，其 特征在于該包括以下步驟 (1)自由基清除劑溶液的配制 將2，-甲基-4，6-雙(辛硫基亞甲基)苯酚10 20份、十二烷基苯磺酸5 10份、硅氧烷修復(fù)液10 20份混合均勻得到自由基清除劑，然后將上述混合均勻的自由基清除劑與溶劑50 75份充分混合均勻，通過超聲波分散機(jī)和砂磨分散機(jī)聯(lián)合進(jìn)行分散，獲得自由基清除劑的分散液； (2)采用壓力注入系統(tǒng)對電纜施加自由基清除劑溶液 采用空氣壓縮機(jī)將空氣壓縮，使注入壓強(qiáng)為O. I O. 8MPa，經(jīng)過濾瓶過濾后，將上述自由基清除劑的分散液加入自由基清除劑溶液罐中，自由基清除劑溶液在壓力作用下進(jìn)入交聯(lián)聚こ烯電纜纜芯，經(jīng)O. 5 4h后停止注入。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電力電纜絕緣老化的自由基清除劑及其自動愈合方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟將2,-甲基-4,6-雙(辛硫基亞甲基)苯酚10～20份、十二烷基苯磺酸5～10份、硅氧烷修復(fù)液10～20份混合均勻得到自由基清除劑，再將上述混合均勻的自由基清除劑與溶劑50～75份充分混合均勻，通過超聲波分散機(jī)和砂磨分散機(jī)聯(lián)合進(jìn)行分散，獲得自由基清除劑的分散液；然后采用空氣壓縮機(jī)將空氣壓縮，使注入壓強(qiáng)為0.1～0.8MPa，經(jīng)過濾瓶過濾后，將上述自由基清除劑的分散液加入自由基清除劑溶液罐中，自由基清除劑溶液在壓力作用下進(jìn)入交聯(lián)聚乙烯電纜纜芯，經(jīng)0.5～4h后停止注入。
文檔編號C08K5/375GK102682871SQ201210168349
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月28日
發(fā)明者萬利, 周凱, 李旭濤, 熊慶, 趙威, 陶文彪, 陶霰滔 申請人:四川大學(xué)