交联聚乙烯电缆局部放电研究的意义

随着我国经济的飞速发展，城市规模不断扩大，用电量与日俱增。截至2004年底，我国电力装机总容量达到4.4亿千瓦。据初步统计分析，2005年，投产机组约为6840万至7000万千瓦之间，全国装机容量将达到5.1亿至5.2亿千瓦，发电量约为2.5万亿千瓦时左右。预计到2020年，将增加到9.4亿千瓦，全社会用电量将达到约46000亿千瓦时。电力装机总容量快速增加的同时，电网建设与改造在全国大范围展开，据统计2001年全国年度全国新增输电线路总计14302.46公里，2001年年底全国输电线路回路总长度达到了781854公里。

在电网不断扩大之时土地资源却日趋紧张，尤其在大中城市，征地费用越来越高，同时人们对环境的要求也不断提高。与以往的架空线路相比，直埋式电缆具有供电可靠性高，布线不受地面、空间建筑物的影响，有利于美化城市和优化厂矿布局等诸多优点，得到广泛的推广应用。例如北京市从2004年起投资232亿元实施《北京奥运电力行动计划》中一项重点工作就是以入地电缆取代现在的电线杆子。供电线路全部入地，还有一个更大的好处一一减少了外物对电缆的破坏以及电缆本身的风化，更加安全。例如风雨天造成有些地方的树枝压在了架空线路上，还有交通意外中的汽车撞电杆事故，都会造成线路短路停电，采用地下电缆输电则可以避免这些电力事故，提高供电可靠性。

电力系统中原来应用较为广泛的电缆主要有纸绝缘电力电缆和自容式充油电力电缆，现在应用广泛的是橡塑绝缘电力电缆。橡塑绝缘电力电缆是指聚氯乙烯绝缘、交联聚乙烯绝缘和乙丙橡胶绝缘电力电缆。粘油性纸绝缘电力电缆和交联聚乙烯电力电缆在现场应用最为普遍。交联聚乙烯绝缘电缆是用化学或物理方法，使电缆绝缘聚乙烯材料的分子结构由线型改变为三维网状结构，即把热塑性的聚乙烯转变为热固性聚乙烯。从而大幅度地提高了其机械性能、热老化性能、耐环境应力开裂的能力和优良的电气性能。交联聚乙烯绝缘电缆导体的额定工作温度为90℃，比油浸纸绝缘电缆高，且结构简单，外径小、重量轻、易于弯曲，附件接头简单，安装敷设方便，还具有不受落差限制等特性。特别是没有漏油和引起火灾的危险，因此受到广大用户欢迎，目前已经广泛应用于35kV及以下电压等级，并不断向高压、超高压领域发展。日本已经开发了750kV电压等级的XLPE电缆，俄罗斯220kV电压等级的XLPE电缆已经稳定运行十年左右，我国220kV电压等级的XLPE电缆也已经正式投产。由此可见XLPE电缆逐步替代油纸电缆的趋势。
    
处于恶劣环境中运行的电缆，电化与绝缘破坏的例子屡见不鲜。交联聚乙烯电缆在电、热、机械外力、水、油、有机化合物、酸、碱、盐及微生物作用下，常常发生老化。在一个绝缘系统中，老化因素可以使材料的特性产生不可逆转的改变。并可能影响到绝缘性能。从实际线路归纳XLPE电缆的老化原因和老化形态，一般认为局部放电、电树枝、水树枝的发生，是影响电缆及其附件绝缘性能降低的主要原因，且频度较高。一般认为XLPE电力电缆在正常环境中的寿命为20-30年，然而由于电缆敷设在电缆沟或直接埋于地下，敷设环境与使用状态会极大的影响电缆的寿命。随着时间的推移，如今运行的部分高压XLPE电缆已逐渐进入电缆及其附件预期寿命的“中年期”，时有应用较早的XLPE电缆绝缘在运行中被击穿并造成停电事故的报道。地下电缆一旦发生故障，寻找起来十分困难，不仅要浪费大量人力物力，而且还将带来难以估计的停电损失。如果故障得不到及时排除，将会造成严重的经济损失和社会影响。因此如何准确、快速、经济地探测到电缆故障点，多年来一直是国内外有关工程技术人员所研究的热点。在线检测可以随时对电缆绝缘的老化状态进行监视，电网无需停电，受到人们更为广泛的关注。

我国城乡电网中电力电缆投运数量近70000km，特别是高压、超高压电力电缆已在电网中占据非常重要的地位，因此确保电力电缆运行可靠、减少停电维护次数和时间、实现状态检修以提高电力电缆供电可靠性是保障电网安全可靠运行的重中之重。电力电缆局部放电量与电力电缆绝缘状况密切相关，局部放电量的变化预示着电缆绝缘一定存在着可能危及电缆安全运行的缺陷。因为在局部放电过程中，电离出来的电子、正负离子在电场力的作用下具有较大的能量，当它们撞到绝缘内空气隙的绝缘壁时，足以打断绝缘材料高分子的化学键，产生裂解。其次，在放电点上，介质发热可达到很高的温度，使得绝缘材料在放电点被烧焦或融化；温度升高还会产生热裂解或促使氧化裂解；同时温度升高会增大介质的电导和损耗，由此产生恶性循环，导致绝缘体破坏。另外，国内外运行经验和研究成果表明：XLPE电力电缆性能早期劣化或使用寿命很大程度上取决于其绝缘介质的树枝状老化，而局部放电测量是定量分析树枝状劣化程度的有效方法之一，即树枝引发初期，其局部放电量约0.1PC；当树枝发展到介质击穿临界状态时，其局部放电量可达到1000PC。因此，对XLPE电缆绝缘的局部放电进行检测并对局放点定位是及时发现故障隐患，保障电力电缆安全可靠运行的重要手段。