电力电缆局部放电研究意义

随着我国大中型城市建设的飞速发展和城市规划的要求，以往的城郊架空线路现在也慢慢的退出了历史的舞台，而铺设于地下的电力电缆以其占地少、对人身安全、供电可靠、维护工作量小等诸多优点，获得到了广泛的应用。随着电力电缆的广泛应用，随着而来的电缆故障问题就日益显现出来了。为了保证供电的可靠和安全性，电缆的检测技术就显得尤为重要，特别是电缆局部放电检测技术成为了电力行业的研究热点。

电力电缆的按绝缘种类可分为油浸纸电力电缆、塑料电力电缆、橡皮电力电缆、气体绝缘电力电缆和特种绝缘电力电缆，其中以油浸纸和塑料电力电缆最为常见。

油浸纸绝缘电力电缆是以油浸纸作为绝缘的，具有最长的历史，安全可靠，使用寿命长，价格低廉，但也存在着诸如铺设受落差限制的缺点。自从研制开发出不滴流油浸纸绝缘后，解决了落差限制问题，使其得以继续广泛使用，如今油浸纸电力电缆多使用在中压及高压电缆上。油浸纸绝缘电缆在电压场强增加或者绝缘油泄漏使纸绝缘变得干燥时易发生局部放电现象，局部放电反过来又导致绝缘层不断碳化，最终使绝缘层绝缘性能下降或损坏。

塑料绝缘电力电缆是以挤塑塑料为绝缘层，常用的塑料有聚氯乙烯，聚乙烯，交联聚乙烯。这种电缆结构简单，轻便，敷设安装方面，不受落差限制，广泛应用于中低压电缆。近几年，由于交联聚乙烯电力电缆在其电气性能和耐热性能上的突出特点，传输容量大，结构轻便，易于弯曲，附件接头简单，安装敷设方便，不受落差限制，尤其是没有漏油和引起火灾危险等的优点，得到了广泛的推广和应用，并且向高压、超高压传输领域发展，有逐渐替代油浸纸电力电缆的趋势。例如上海专用隧道、跨江跨海大桥线路大量采用了220kV和110kV交联聚乙烯电力电缆，另外根据上海电网规划，上海城市电网将采用500kV交联聚乙烯电力电缆，以实现500kV双环网和500kV进城站。

尽管交联聚乙烯电力电缆有诸多优点，但是电缆恶劣的运行环境还是会造成早期投入运行的电缆的电化、老化，破坏电缆绝缘，以致事故屡屡发生。研究显示，交联聚乙烯电缆的击穿故障中有74%是由电缆或附件的绝缘体内的杂质引起的电树枝老化，26%是由屏蔽层表面粗糙引起的电树枝化。一般认为，影响交联聚乙烯电缆及其附件绝缘性能的主要原因是局部放电和电水树枝，而局部放电是定量分析树枝劣化程度的有效方法之一。以现在普遍应用的交联聚乙烯电缆为例，在发生电树枝初期，其放电量只有0.1pC，而在树枝发展到介质临界击穿状态时，放电量可达到1000pC。众所周知，一旦发生绝缘击穿等严重的电缆故障，那么将会浪费更大的人力物力和财力，造成社会损失和经济损失。所以研究电缆早期绝缘检测方法对于延长电缆寿命，提高电网运行可靠性有至关重要的作用。局部放电检测的意义就是判断检测到的放电量的大小，以此为依据判断电缆的运行状况。当此参数大于一定的阈值时，就需要相关部门作出相应的补救措施。

电力电缆是用于电网传输和分配的线缆。将电力电缆本体连接起来构成电缆线路时，还必须配置各种中间接头和终端头等附件。交联聚乙烯电力电缆本体的主要结构部件包括四大部分:线芯导体(也称线芯或缆芯)、绝缘层、保护层及半导电屏蔽层((3KV级以下电力电缆除外)。其中，线芯是电力电缆的导体部分，用来输送电能，是电力电缆的主要部分。绝缘层是将线芯与大地以及不同相的线芯间在电气上彼此隔离，保证电能输送，是电力电缆结构中不可缺少的组成部分。半导电屏蔽层包括内半导电屏蔽层(电缆线芯半导电屏蔽层)和外半导电屏蔽层(电缆护套半导电屏蔽层)。保护层是用来保护电力电缆免受外界杂志和水分的侵入，以及防止外力直接损坏电力电缆。图1是交联聚乙烯电缆本体的结构如图所示：

交联聚乙烯电缆本体绝缘在制造过程中如混入金属杂质、出现气孔空洞，或由于内、外半导体层不规则突起引起高压场强的不均匀，或本体绝缘中存在的电树等，在电场长期作用下，在这些部位都有可能出现局放。另外，电缆终端头和中间接头等附件一般在现场制作，由于其绝缘结构复杂，影响其绝缘性能的原因更多。例如，（1）周围环境中的水分入侵使电缆附件绝缘局部受潮。（2）在安装或检修中，使电缆附件绝缘受到损伤。（3）长期在电场和水分的作用下，交联聚乙烯电缆附件绝缘中产生了水树枝现象。（4）安装终端和接头时，在绝缘内留下了气隙。（5）在电缆或接头的导体表面上存在毛刺。在电场长期作用下，上述原因都可能引发交联聚乙烯电缆附件绝缘中产生局部放电，因而终端和中间接头发生事故的概率远远大于电缆本体。故电缆局部放电在线检测方法多侧重于电缆附件故障的检测，同时在电缆中间接头处获取信号的灵敏度比从电缆本体获取信号的灵敏度要高且容易实现。

许多研究表明，在电场作用下绝缘老化的主要原因是局部放电。局部放电对电缆造成的破坏是一种侵蚀作用，主要有以下几个方面：（1）带电粒子冲击绝缘，破坏其分子结构。（2）带电离子撞击绝缘，使绝缘出现局部温升，造成绝缘分子结构一定程度上的碳化破坏。（3）局部放电对绝缘的破坏释放出臭氧或者氮的氧化物，加上空气中的水分等发生化学反应，对绝缘进一步腐蚀。若上述的局部放电侵蚀作用长期存在，就会造成电缆的永久性损伤，这种损伤在长期工作中还会不断的恶化，以至发生绝缘击穿，产生或大或小的电力故障，甚至是生命财产损失。研究绝缘，改善绝缘，不仅仅是经济问题，更是安全问题，而局部放电就是表征电缆绝缘状况的一个指标，对局部放电的存在，放电强度等进行检测是判断电缆绝缘性能的一种可靠的方法，如何能在不影响电力运行的情况下准确的检测局部放电就成为当前研究的重点。