一種直流超高壓交聯電纜軟接頭及制作工藝的制作方法

本發明涉及一種直流輸電交聯聚乙烯絕緣電纜軟接頭，尤其是涉及一種直流超高壓輸電交聯聚乙烯絕緣電力電纜的軟接頭及其制作工藝，同時也涉及到一種敷設于水下、海底的直流超高壓輸電工程的海底交聯聚乙烯絕緣直流電力電纜的軟接頭及其制作工藝。

背景技術：

近年來，隨著國民經濟的發展，長距離超高壓直流輸電工程在國內得到廣泛的應用。由于受到工廠電纜制造長度的限制，長距離直流輸電工程電纜必須采用品質優異的中間接頭，將工廠所制成的短段電纜一根一根地接續起來。

為此，設計了一種應用于±100～500kV超高壓直流輸電交聯聚乙烯絕緣電力電纜的“擠塑交聯型”軟接頭，以及配套的制作工藝和技術裝備。可靠地合理解決了陸地超高壓直流交聯聚乙烯絕緣電力電纜、以及海底超高壓直流交聯聚乙烯絕緣電力電纜的中間接頭技術難題。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種電性能可靠、能達到與超高壓直流交聯聚乙烯絕緣電力電纜同等機械性能和電性能的直流電纜軟接頭及其制作工藝。此直流電纜軟接頭不僅可用于制作陸地超高壓直流交聯聚乙烯絕緣電力電纜的連接中間接頭，并且適用于制作海底超高壓直流交聯聚乙烯絕緣電力電纜的工廠軟接頭。

為了實現上述的技術特征，本發明的目的是這樣實現的：一種直流超高壓交聯電纜軟接頭，由內層至外層依次分別包括導體焊接區、導體內半導電屏蔽層恢復區、原電纜內半導電屏蔽層的預留段、電纜軟接頭的交聯聚乙烯絕緣層恢復區、原電纜絕緣層及反應力錐、電纜接頭絕緣外半導電屏蔽層恢復區、電纜接頭絕緣外半導電阻水帶繞包層、電纜接頭的金屬屏蔽恢復層、原電纜的金屬屏蔽層預留段和電纜接頭的外層聚烯烴護套。

直流超高壓交聯電纜軟接頭的制作工藝，它包括以下步驟：

步驟1，導電線芯的焊接；

步驟2，電纜接頭的導體內半導電屏蔽層的恢復；

步驟3，電纜接頭的直流交聯聚乙烯絕緣層的擠塑恢復；

步驟4，電纜接頭的直流交聯聚乙烯絕緣層硫化；

步驟5，電纜接頭絕緣外半導電屏蔽層的恢復；

步驟6，電纜接頭的外層結構恢復。

所述步驟1中具體為，按要求剝切待連接的兩根電纜的端頭，裸露出待焊接的導體，將兩根導體固定在導體焊接架上，然后進行施焊，導體焊接采用低電阻率的銀焊條。

所述步驟2中具體為，按要求剝切電纜接頭的反應力錐，在反應力錐的端部設置內半導電屏蔽層的預留段，然后用備好的內屏蔽帶繞包在接頭導體上，并注意覆蓋住內半導電屏蔽層的預留段，安裝好電纜接頭內屏蔽硫化模，按工藝要求對內屏蔽硫化模進行加溫，緊壓硫化模，待恢復的導體半導電屏蔽層冷固后打磨修整成型。

所述步驟3中具體為，按要求將剝切好電纜接頭反應力錐，做好導體半導電屏蔽層的電纜接頭半成品置于絕緣擠塑模具中，將絕緣擠塑模具的硅橡膠內模型腔升溫到100～120℃間，然后用擠塑機將備好的直流電纜交聯聚乙烯絕緣料填充到絕緣擠塑模具的硅橡膠內模型腔中，等待一段時間，待填充的絕緣料溫度降至低于50℃后，拆除模具，取出電纜接頭半成品，稍做外型修整，待硫化。

所述步驟4中具體為，將已擠塑恢復了交聯聚乙烯絕緣層的直流電纜接頭，置于電纜接頭硫化筒內，做好硫化筒與電纜接頭間的密封；在硫化筒內充入0.8～1.2MPa的氮氣，同時對硫化筒加溫，加溫溫度為180～230℃，在硫化筒高溫、高氮氣壓力的環境氛圍中，電纜接頭新填充的直流交聯聚乙烯絕緣層與原直流電纜交聯聚乙烯絕緣層的相互再次融合，并且重新交聯硫化，結合成一體，新填充的絕緣層與原電纜絕緣層之間不再存有間隙。

所述步驟5中具體為，先在備好的電纜接頭交聯聚乙烯絕緣層上均勻地涂敷上一層半導電體凝膠，然后在半導電體凝膠上覆蓋外半導電聚烯烴屏蔽層，保證徹底消除電纜接頭交聯聚乙烯絕緣層與外半導電屏蔽層之間的氣隙，使制成的超高壓直流交聯聚乙烯絕緣電力電纜軟接頭有更好的電氣性能。

所述步驟6中陸地的直流電纜金屬屏蔽及外護層恢復，只要按照電纜的外層結構一層層制作即可，恢復好電纜接頭絕緣外半導電阻水帶繞包層；在制作軟接頭外層金屬屏蔽層時一定要將恢復的金屬屏蔽層與原電纜兩端外露的金屬屏蔽層預留段可靠地焊接在一起，通常采用燙錫焊接即可，陸地直流電纜的金屬屏蔽外層聚烯烴護套恢復，一般采用聚烯烴熱收縮套管工藝。

所述步驟6中海底電纜軟接頭的鉛管護套恢復，首先在電纜軟接頭的絕緣外半導電屏蔽層上恢復繞包數層半導電阻水帶，然后再套上預先制備的合金鉛套管，或者是用2～4mm厚的鉛板在電纜軟接頭絕緣外半導電阻水帶上修整出合適的鉛套管護層；然后采用氫氧火焰焊接，或是燙錫焊接恢復海底電纜軟接頭的外層鉛護套，制作電纜軟接頭的外層鉛護套一定要與原電纜兩端的外露鉛管護套可靠地焊接在一起，海底直流電纜軟接頭的塑料護套的恢復常采用聚烯烴熱收縮套管工藝，也可采用塑料粘膠帶多層繞包工藝，海底直流電纜軟接頭鋼絲鎧裝層恢復，通常采用原電纜同樣的鋼絲一根根電弧焊接恢復工藝。

本發明有如下有益效果：

1、本發明提供的一種應用于±100～500kV超高壓直流輸電交聯聚乙烯絕緣電力電纜的擠塑交聯型軟接頭，解決了電纜接頭大截面積銅導體焊接困難和焊接導體高溫退火后機械強度較低的技術難題，使電纜接頭大截面積焊接銅導體的抗拉強度達到220～230MPa 。

2、電纜軟接頭的擠塑交聯型接頭工藝，保證了新填充的直流交聯聚乙烯絕緣層與原直流電纜交聯聚乙烯絕緣層的重新交聯融合，無間隙。

3、電纜軟接頭的半導電體凝膠加半導電聚烯烴外屏蔽層恢復新工藝，徹底消除了電纜軟接頭絕緣層與外半導電屏蔽層之間的氣隙。本發明提供的電纜軟接頭工藝技術，使制成的超高壓直流交聯聚乙烯絕緣電力電纜軟接頭，具有優異的電氣性能和機械性能。同時也為長距離、大截面、超高壓海底直流交聯聚乙烯絕緣電力電纜提供了一種可靠的、性能優異的軟接頭工藝技術。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

圖1為本發明電纜軟接頭的結構示意圖。

圖2為本發明電纜軟接頭的內屏蔽緊壓硫化模的結構示意圖。

圖3為本發明電纜軟接頭的絕緣層恢復擠塑成型模的結構示意圖。

圖4為本發明電纜軟接頭的絕緣層交聯硫化筒的結構示意圖。

圖中：1：導體焊接區；

2：導體內半導電屏蔽層恢復區；

3：原電纜內半導電屏蔽層的預留段；

4：電纜軟接頭的交聯聚乙烯絕緣層恢復區；

5：原電纜絕緣層及反應力錐；

6：電纜接頭絕緣外半導電屏蔽層恢復區；

7：電纜接頭絕緣外半導電阻水帶繞包層；

8：電纜接頭的金屬屏蔽恢復層；

9：原電纜的金屬屏蔽層預留段；

10：電纜接頭的外層聚烯烴護套；

101：電纜接頭內屏蔽緊壓硫化模；

102：恢復的導體半導電屏蔽層；

103：已焊接好導體的電纜接頭半成品；

201：絕緣擠塑模注塑口；

202：鋁加熱器；

203：擠塑成型外金屬模；

204：擠塑成型硅橡膠內模；

205：備好了內半導電屏蔽層的電纜接頭半成品；

301：是不銹鋼焊接成的電纜接頭硫化筒；

302：是硫化筒橡膠密封頭；

303：是擠塑包裹了直流電纜交聯聚乙烯絕緣層的電纜接頭半成品；

304：是電纜接頭硫化筒兩頭端板上設置的冷卻水通道。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明直流交聯聚乙烯絕緣電纜軟接頭作進一步的詳細描述。

一種超高壓直流輸電交聯聚乙烯絕緣電纜軟接頭，如圖1所示：其內層至外層依次分別包括：導體焊接區1、導體內半導電屏蔽層恢復區2、原電纜內半導電屏蔽層的預留段3、電纜軟接頭的交聯聚乙烯絕緣層恢復區4、原電纜絕緣層及反應力錐5、電纜接頭絕緣外半導電屏蔽層恢復區6、電纜接頭絕緣外半導電阻水帶繞包層7、電纜接頭的金屬屏蔽恢復層8、原電纜的金屬屏蔽層預留段9和電纜接頭的外層聚烯烴護套10。

上述電纜軟接頭的連接工藝，它包括以下步驟：

步驟1，導電線芯的焊接：按要求1剝切待連接的兩根電纜的端頭，裸露出待焊接的導體，將兩根導體固定在導體焊接架上，施焊。為保證焊接導體的電阻率，盡可能采用低電阻率的銀焊條。與通常的電纜接頭銀釬焊工藝不同的是，本發明專利的導體焊接工藝采用帶銀焊絲氬氣保護電弧焊工藝。本發明專利的導體焊接有較高的機械強度，經實驗測試焊接導體的抗拉強度一般均大于220MPa 。

導體焊接架上的電纜導體夾具中，設置有冷卻水管道，對導體的焊接有降溫作用，冷卻水帶走了導體焊接時產生的高溫，免除了導體焊接高溫對原電纜的絕緣結構的燙傷破壞。

步驟2，電纜接頭的導體半導電屏蔽層的恢復：參見圖2，101是電纜接頭內屏蔽緊壓硫化模；102是恢復的導體半導電屏蔽層；103是已焊接好導體的電纜接頭半成品。

按要求剝切電纜接頭的反應力錐。在反應力錐的端部設置內半導電屏蔽層的預留段3，然后用與原電纜相同的內屏蔽半導電料制作而成的，厚度為0.2～0.5mm、寬度為20mm左右的半導電屏蔽帶，繞包在接頭導體上，構成導體內半導電屏蔽層恢復區2，注意導體內半導電屏蔽層恢復區2兩端要覆蓋住原電纜內半導電屏蔽層的預留段3，大約10～20mm。參見圖2，已焊接好導體的電纜接頭半成品103。安裝好電纜接頭內屏蔽緊壓硫化模101和鋁加熱板，按工藝要求加溫，逐步升溫到120℃；在升溫到90℃以上時用螺栓漸次緊壓硫化模，使纏繞的半導電屏蔽帶102逐步熔化，與原電纜內屏蔽層的預留段熔化成一體，并且有少量的熔化半導電屏蔽料從內屏蔽緊壓硫化模兩端溢出。待升溫到120℃以上并保溫15分鐘左右，撤除加溫，使恢復的導體半導電屏蔽層逐步降溫冷卻，待電纜接頭103的導體半導電屏蔽層冷固后按技術要求修整成型，打磨圓整、光滑，用無水乙醇或99％酒精清潔干凈，備用。

步驟3，電纜接頭的直流交聯聚乙烯絕緣層的擠塑恢復：參見圖3，201是絕緣擠塑模注塑口；202是鋁加熱器；203是擠塑成型外金屬模；204是擠塑成型硅橡膠內模；205是備好了內半導電屏蔽層的電纜接頭半成品。

按技術工藝要求剝切好電纜接頭反應力錐，并且漸次用240～600目的金鋼砂帶，將電纜接頭剝削好的反應力錐及電纜的待填充絕緣料的區段打磨光滑，用無水乙醇清洗干凈。參見圖3，將備好了內半導電屏蔽層的電纜接頭半成品205置于絕緣層恢復擠塑成型模具中。裝備好擠塑成型模具上鋁加熱器202，將絕緣擠塑模的硅橡膠內模204型腔升溫到100～120℃，然后用擠塑機將備好的與原電纜相同的直流電纜交聯聚乙烯絕緣料，擠塑填充到絕緣擠塑模具的硅橡膠內模204型腔中。等待一段時間待填充的絕緣料溫度降至低于50℃后，拆除模具，取出電纜接頭，稍做外型修整，待硫化。

采用硅橡膠內襯模204做擠塑型腔有如下的優點：

第一，硅橡膠模有一定的彈性，在擠塑注入的絕緣電纜料冷卻收縮時，硅橡膠內襯模與填充的交聯聚乙烯絕緣電纜料跟隨同步收縮，避免了電纜接頭填充的交聯聚乙烯絕緣料冷卻過程中產生收縮性缺陷。

第二：硅橡膠模擠塑型腔熱阻較大，使擠塑注入的交聯聚乙烯絕緣電纜料緩慢冷卻，杜絕了采用金屬模具快速冷卻拉傷交聯聚乙烯絕緣電纜料形成空腔的缺陷。

步驟4，電纜接頭的直流交聯聚乙烯絕緣層硫化：參見圖4，301是不銹鋼焊接成的電纜接頭硫化筒；302是硫化筒橡膠密封頭；303是擠塑包裹了直流電纜交聯聚乙烯絕緣層的電纜接頭半成品；304是電纜接頭硫化筒兩頭端板上設置的冷卻水通道。

該道工序是解決軟接頭填充的直流交聯聚乙烯絕緣層與原直流電纜交聯聚乙烯絕緣層的相互交聯融合的關鍵工序。將已擠塑恢復了交聯聚乙烯絕緣層的直流電纜接頭，置于如圖紙4的電纜接頭硫化筒301內，電纜接頭的兩端與硫化筒之間裝置有橡膠密封頭302，上下硫化筒之間也有橡膠密封墊。同時在電纜與橡膠密封件之間輔助填補有特別制備的電纜附件密封膠，做好硫化筒與電纜接頭間的密封。然后在硫化筒內充入0.8～1.2MPa的氮氣，裝配好鋁加熱器對硫化筒加溫，加熱溫度設定為180～230℃。根據直流電纜軟接頭的尺寸大小，設定不同的硫化時間。一般經過1～2小時的硫化時間，在硫化筒內高溫、高氮氣壓力的環境氛圍中，電纜接頭新填充的直流交聯聚乙烯絕緣層與原直流電纜交聯聚乙烯絕緣層的相互再次融合，并且重新交聯硫化，結合成一體，新填充的絕緣層與原電纜絕緣層之間不再存有間隙，這是保證超高壓直流輸電交聯聚乙烯絕緣電力電纜的“擠塑交聯型”軟接頭制作質量的技術關鍵。

參見圖3，電纜接頭交聯硫化筒的兩頭端板上設置有冷卻水通道304，使硫化筒的兩端板在電纜軟接頭高溫、高氣壓交聯硫化過程中，不至于因溫度過高而燙傷接頭電纜，并使硫化筒兩端的密封件不至于因高溫而漏氣。

電纜軟接頭的直流交聯聚乙烯絕緣層硫化完成后，降溫、卸除硫化筒301，將硫化好交聯聚乙烯絕緣層的直流電纜軟接頭按技術工藝要求，參見圖1，漸次用240～600目的金鋼砂帶打磨、清洗干凈備用。

步驟5，電纜接頭絕緣外半導電屏蔽層的恢復：本發明的超高壓直流交聯聚乙烯絕緣電力電纜軟接頭的絕緣外半導電屏蔽層的恢復，與常規的交聯聚乙烯絕緣電力電纜軟接頭外半導電屏蔽層恢復工藝完全不同。本發明的電纜接頭絕緣外半導電屏蔽層恢復，是先在備好的電纜接頭交聯聚乙烯絕緣層上均勻地涂敷上一層特別調配的半導電體凝膠，然后用熱風槍對涂敷的半導電體凝膠層加熱快速凝固。該層半導電體凝膠能與電纜接頭交聯聚乙烯絕緣層鏈接融合，然后在半導電體凝膠上覆蓋外半導電聚烯烴屏蔽層。這樣可以保證徹底消除電纜接頭交聯聚乙烯絕緣層與外半導電屏蔽層之間的氣隙，使制成的超高壓直流交聯聚乙烯絕緣電力電纜軟接頭有更好的電氣性能。

步驟6，電纜接頭的外層結構恢復：高壓直流交聯聚乙烯絕緣電力電纜軟接頭的絕緣外屏蔽層制作完成后，電纜軟接頭的關鍵技術工藝已做好。隨后需要做的是電纜軟接頭的外部結構恢復。陸地直流電纜與海底直流電纜的外護層結構完全不同，恢復的工藝也不同。

陸地的直流電纜金屬屏蔽外護層恢復，只要按照電纜的外層結構一層層制作即可。參見圖1，恢復好電纜接頭絕緣外半導電阻水帶繞包層7；在制作軟接頭外層金屬屏蔽層時一定要將恢復的金屬屏蔽層8與原電纜兩端外露的金屬屏蔽層預留段9可靠地焊接在一起。通常采用燙錫焊接即可。陸地直流電纜的金屬屏蔽外層聚烯烴護套10恢復，一般采用聚烯烴熱收縮套管工藝。

海底直流電纜金屬屏蔽層及鋼絲鎧裝層恢復工藝較復雜。海底超高壓直流交聯聚乙烯絕緣電力電纜的金屬屏蔽層一般采用鉛管護套。海底電纜軟接頭的鉛管護套恢復，參見圖1，首先在電纜軟接頭的絕緣外半導電屏蔽層上恢復繞包數層半導電阻水帶7，然后再套上預先制備的合金鉛套管。或者是用2～4mm厚的鉛板在電纜軟接頭絕緣外半導電阻水帶7上修整出合適的鉛套管護層。然后采用氫氧火焰焊接，或是燙錫焊接恢復海底電纜軟接頭的外層鉛護套。注意制作電纜軟接頭的外層鉛護套一定要與原電纜兩端的外露鉛管護套可靠地焊接在一起。海底直流電纜軟接頭的塑料護套的恢復常采用聚烯烴熱收縮套管工藝，也可采用塑料粘膠帶多層繞包工藝。海底直流電纜軟接頭鋼絲鎧裝層恢復，通常采用原電纜同樣的鋼絲一根根電弧焊接恢復工藝。

本發明提供的一種應用于±100～500kV超高壓直流輸電交聯聚乙烯絕緣電力電纜的擠塑交聯型軟接頭，解決了電纜接頭大截面積銅導體焊接困難和焊接導體高溫退火后機械強度較低的技術難題，使電纜接頭大截面積焊接銅導體的抗拉強度達到220-230MPa 。電纜軟接頭的擠塑交聯型接頭工藝，保證了新填充的直流交聯聚乙烯絕緣層與原直流電纜交聯聚乙烯絕緣層的重新交聯融合，無間隙。電纜軟接頭的半導電體凝膠加半導電聚烯烴外屏蔽層恢復新工藝，徹底消除了電纜軟接頭絕緣層與外半導電屏蔽層之間的氣隙。本發明提供的電纜軟接頭工藝技術，使制成的超高壓直流交聯聚乙烯絕緣電力電纜軟接頭，具有優異的電氣性能和機械性能。同時也為長距離、大截面、超高壓海底直流交聯聚乙烯絕緣電力電纜提供了一種可靠的、性能優異的軟接頭工藝技術。

上述實施例用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制，在本發明的精神和權利要求的保護范圍內，對本發明做出的任何修改和改變，都落入本發明的保護范圍。