电缆广泛应用在发电厂、变电站等场所，起到传输能量或信息的作用，是电力系统的“血管”。但电力系统的火电厂经常排放大量含硫烟尘，其附在电缆表面会对电缆产生腐蚀作用，若不及时清除，可能造成电缆绝缘层损坏并导致短路，甚至火灾。目前电力系统的工作人员采用自来水直接冲洗的方式清洗电缆，不仅浪费大量水资源，清洗效果也不佳。本项目研制了一种脉冲射流式电缆清洗装置，可实现在节省用水的同时保证清洗效果，在行业内有广泛应用。
1 传统的清洗电缆方式
1.1火电厂烟尘成分分析
目前，我国的火电比例仍占60%左右，火电厂靠燃煤锅炉提供原动力，带动发电机的转子，通过电磁感应过程，发电机输出感应电动势。火电厂排放的大气污染物主要包括：烟尘、二氧化硫、氮氧化物、汞及其化合物等。烟尘会以散发点为中心，向周边呈辐射状散落，并附在物体表面。某容量为1200MW的燃煤火电厂排放的烟尘，经化验后成分如表1所示。
表1 某火电厂烟尘成分
由表1可知，附着在电缆上的烟尘不仅含有二氧化硅、碳等无腐蚀性成分，还含有亚硫酸钙、硫化钙等腐蚀性成分，硫化钙遇水或在潮湿空气中可发生水解，反应方程式为：
反应后生成的氢硫酸与氢氧化钙都具有腐蚀性，若长期接触电缆表面，可造成电缆损伤。
1.2电缆的腐蚀
我国电力系统所用电缆结构大多如图1所示。外护套主要成分为高密度聚乙烯、聚氯乙烯等，两种材料都具有耐腐蚀、重量轻、绝热绝缘性好和易加工等优点，但长期处于酸性或碱性环境下，会加速降解老化。聚乙烯、聚氯乙烯电缆外护套老化的化学本质都是分子链的断裂，最终形成孔洞。而内部铝合金铠装在酸性环境下更易被腐蚀，一旦外护套和铠装出现孔洞，内衬层和交联聚乙烯绝缘层会因同样原理老化，而交联聚乙烯绝缘层会因同时承受电场，老化速率会更快，并且在老化过程中极易发生局部放电。
图1 电缆结构图
2 装置研究与应用
本装置采用脉冲射流直接冲洗电缆。脉冲射流是非连续射流，可产生较强的水力冲击，即“水锤效应”，工业上利用水流的这种巨大瞬态能量可实现切割或破碎材料。脉冲射流可以产生比恒定射流更大的冲击力，脉冲射流对物体产生的冲击力F计算公式如下：
式中，m为射流质量，v为射流速度，t为作用时间（射流与物体碰撞的瞬间）。如图2所示，装置主要包括三角支架、枪体、水箱3部分。各部件功能如下：
图2 装置结构图
（1）三角支架：用于支撑枪体。
（2）枪体：装置主要部分。内置射流泵、电源转换器、控制器等，脉冲泵输入功率40W，产生脉冲率为120次/min、射程为3m的脉冲水流。装置采用长10cm、口径3mm的不锈钢喷嘴。工作时使用220V交流电。枪体可以朝上、朝下倾斜60°，倾斜后也可以左右旋转。
（3）水箱：水箱容积2L，可安装在枪体上。若不使用水箱，枪体后面可连接直径2cm的软水管直接供水。
为检验该装置的使用效果，进行一次现场实验。实验分两次进行：对于脏污程度相同的一组水平铺设的电缆，第一次采用水流直射法冲洗，水流射程3m，用水量5L；第二次采用脉冲射流装置冲洗，水流射程3m，用水量5L。
实验结束后，发现采用水流直射法冲洗的电缆表面依然有脏污痕迹，采用脉冲射流装置冲洗可基本上除去电缆表面的污渍，实验结果如图3所示。此实验说明在使用同量水、同功率设备的情况下，脉冲射流法的清污效果更好。
图3 实验效果图
3 结语
随着我国经济的高速发展，电力系统规模在不断扩大，电力系统增容直接带来发电厂、换流站、变电站的增加。电缆是发电厂、变电站等电能生产或分配场所的“血管”，有效防止电缆被腐蚀等同于防范化解电缆故障的风险，对延长电缆使用寿命、降低电力系统运行风险有重要意义。
本项目针对发电厂以及变电站现有清洗电缆方法的缺陷，设计出一种采用脉冲射流原理清洗电缆的装置，通过现场实验表明该装置具有节约水、清洗效果好的优点。
作者：孙上元 杨海亮 曾 晨 （中国南方电网超高压输电公司柳州局）
本文刊发于《中国高新科技》杂志2020年第24期
（转载请注明来源）
