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XLPE电缆附件绝缘故障原因及PD的产生

发布时间:2021-06-23 02:22:10人气:

电力电缆是构成电力系统网络的重要组成部分之一,随着城市电网改造和升级步伐的进一步加快,XLPE电缆以其优越的电气性能,良好的热、机械效应和敷设安装方便等特点被广泛地应用于电力系统各个电压等级的输电线路和配电网中,并不断向高压、超高压领域发展。全国据不完全统计,已投入运行的110kV及以上的高压电缆线路已经超过1000km,最高电压等级已达500kV。

一般认为XLPE电力电缆在正常环境中的寿命为30年左右,然而受敷设环境与使用状态的影响,运行中的电缆线路也常常一些出现绝缘击穿闪络的严重事故。基于全国2001年主要城市电力电缆抢修记录、事故现场照片和故障电缆封样等材料分析,导致电力电缆线路运行绝缘故障的原因可大致划分为四大类型:外力破坏、电缆附件制造质量、电缆敷设安装质量和电缆本体制造质量,各自所占比重分别为58%,27%,12%和3%,如图1所示。若不计外力破坏引发的故障,电力电缆线路故障率和多数电力设备一样,投入运行初期(1-5年内)容易发生运行故障,主要原因是电缆及附件产品质量和电缆敷设安装质量问题;运行中期  (5-25年内),电缆本体和附件基本进入稳定时期,线路运行故障率较低,故障主要原因是电缆本体绝缘树枝状老化击穿和附件进潮而发生复合介质沿面放电;运行后期(25年后),电缆本体绝缘树枝老化、电一热老化以及附件材料老化加剧,电力电缆运行故障率大幅上升,如图2所示。

电缆故障类型图
电缆故障类型图
电缆不同时期的故障率
电缆不同时期的故障率
此外,从目前大量广泛使用的高压电缆线路整体运行情况来看,由于XLPE电力电缆制造工艺的改进,如以前的湿式交联法改良为目前的干湿交联法,以及电缆绝缘中的杂质含量锐减,在高电压等级中,电缆本体发生的绝缘故障的概率大大降低,故障发生的位置大部分集中在电缆附件(包括电缆中间接头和终端接头)处。因为电缆附件制作过程中外金属屏蔽层被切断,造成屏蔽层切断处电位的等位面弯曲,沿电缆接头长度方向的电场极不均匀,不仅有电场的径向分量,还有轴向分量,使得在金属屏蔽层切断处电场强度集中现象最为严重、最易突变;同时,电缆附件都是现场人工制作安装,其绝缘品质往往低于工厂制作的电缆本体,加上敷设电缆附件的污染、机械或压力强度不够、电场裕度考虑不合理以及材料自身问题都可能使得电缆附件绝缘存在着诸多缺陷或薄弱环节,这些缺陷和薄弱环节在电场集中的高场强部位尤其易引发局部的放电。随着放电部位的绝缘介质被分解,就会产生具有导电性的碳粒痕迹,这种现象逐步发展扩大,从材料不连续界面引发出来,形成放电通道,进而引起电场更加畸变,最终会导致电缆附件的绝缘介质电击穿、崩烧;且当附件进潮时更容易发生复合介质沿面放电,其中因多层固体复合介质沿面放电原因导致接头击穿故障约占电缆附件故障总数的97%以上。下图所示为110kV交联聚乙烯电缆用整体预制型中间接头的结构。
110kV XLPE电缆预制型中问接头结构
110kV XLPE电缆预制型中问接头结构

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