拓普牌測(cè)試儀廠家闡述影響220kV交聯(lián)聚乙烯電力電纜絕緣的主要因素

    拓普牌測(cè)試儀廠家揚(yáng)州拓普電氣科技有限公司為您闡述影響220kV交聯(lián)聚乙烯電力電纜絕緣的主要因素現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓試驗(yàn)是發(fā)現(xiàn)電纜運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)安裝后存在絕緣缺陷的有效手段。介紹了對(duì)220kV電壓等級(jí)交聯(lián)聚乙烯電纜進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓試驗(yàn)時(shí)，影響交聯(lián)電纜絕緣的主要因素。闡述了現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)的必要性和有效性。同時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓試驗(yàn)的設(shè)備－調(diào)頻式串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置的原理和參數(shù)特性作一介紹?！　?br />    隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及城網(wǎng)供電電壓等級(jí)的提高，交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜（XLPE）以其合理的工藝和結(jié)構(gòu)，優(yōu)良的電氣性能和安全可靠的運(yùn)行特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外獲得越來(lái)越廣泛的使用。尤其在高壓輸電領(lǐng)域更取得了巨大的進(jìn)展。與充油電纜相比，交聯(lián)電纜敷設(shè)安裝方便，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，不存在油的淌流問(wèn)題。但是，近年來(lái)的運(yùn)行和研究表明，交聯(lián)聚乙烯電纜的絕緣在運(yùn)行中易產(chǎn)生樹(shù)枝化放電，造成絕緣老化破壞，嚴(yán)重地影響了交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜的使用壽命。因此，充分認(rèn)識(shí)交聯(lián)電纜的絕緣特性，及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)和預(yù)防絕緣中存在的某些缺陷，對(duì)保障設(shè)備乃至系統(tǒng)的安全運(yùn)行具有十分重要的意義。闡述了影響交聯(lián)電纜絕緣的主要因素以及電纜的交接試驗(yàn)原理，認(rèn)為在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)交聯(lián)電纜實(shí)施交流耐壓試驗(yàn)是必要和可行的。
1、影響絕緣的主要因素
    交聯(lián)電纜內(nèi)部存在的絕緣缺陷易產(chǎn)生樹(shù)枝化放電現(xiàn)象，其結(jié)果影響電纜的絕緣性能。樹(shù)枝化放電據(jù)其形態(tài)和生成機(jī)理不同主要分為電樹(shù)枝和水樹(shù)枝。
1．1 電樹(shù)枝
    主要是由于絕緣內(nèi)部放電產(chǎn)生的細(xì)微開(kāi)裂，形成細(xì)小的通道，其通道內(nèi)空，管壁上有放電產(chǎn)生的碳粒痕跡。分枝少而清晰，呈冬天的樹(shù)枝狀。電樹(shù)枝按產(chǎn)生的機(jī)理分為以下幾種類(lèi)型：
1）由于機(jī)械應(yīng)力的破壞使交聯(lián)聚乙烯絕緣產(chǎn)生應(yīng)變?cè)斐蓺庀逗土鸭y，引發(fā)電樹(shù)枝放電
    機(jī)械應(yīng)力一方面是因?yàn)殡娏﹄娎|生產(chǎn)、敷設(shè)運(yùn)行中不可避免地彎曲、拉伸等外力產(chǎn)生應(yīng)力，另一方面是由于電纜在運(yùn)行中電動(dòng)力對(duì)絕緣產(chǎn)生的應(yīng)力。
2）氣隙放電造成電樹(shù)枝的發(fā)展
    現(xiàn)代的生產(chǎn)工藝盡管可以消除交聯(lián)電纜生產(chǎn)線中某些宏觀的氣隙，但仍有1～10μm或少量的20～30μm的氣隙形成的微觀多孔結(jié)構(gòu)。多孔結(jié)構(gòu)中的放電形式主要以電暈放電為主。通道中的放電所產(chǎn)生的氣體壓力增加，導(dǎo)致了樹(shù)枝的擴(kuò)展和形狀的變化。
3）場(chǎng)致發(fā)射效應(yīng)導(dǎo)致樹(shù)枝性放電
    在高電場(chǎng)作用下，電極發(fā)射的電子由于隧道效應(yīng)注入絕緣介質(zhì)，電子在注入過(guò)程中獲得足夠的動(dòng)能，使電子不斷地與介質(zhì)碰撞引起介質(zhì)破壞，導(dǎo)致樹(shù)枝放電。
4）缺陷
    缺陷主要是導(dǎo)體屏蔽上的節(jié)疤和絕緣屏蔽中的毛刺以及絕緣內(nèi)的雜質(zhì)和空穴。這些缺陷使絕緣內(nèi)的電場(chǎng)集中，局部場(chǎng)強(qiáng)提高。引起場(chǎng)致發(fā)射，導(dǎo)致樹(shù)枝性放電。
1．2 水樹(shù)枝
　　主要是由于水分浸入交聯(lián)聚乙烯絕緣，在電場(chǎng)作用下形成樹(shù)枝狀物。水樹(shù)枝的特點(diǎn)是引發(fā)樹(shù)枝的空隙含有水分，且在較低的場(chǎng)強(qiáng)下發(fā)生。水樹(shù)枝的產(chǎn)生，將會(huì)使介質(zhì)損耗增加，絕緣電阻和擊穿電壓下降，電纜的壽命明顯縮短。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)水樹(shù)枝的生長(zhǎng)研究尚不完善。一般認(rèn)為，水樹(shù)枝的發(fā)展過(guò)程有以下幾種形式：
1）剩余應(yīng)變使水樹(shù)枝增長(zhǎng)
    當(dāng)電纜在外加電壓下，若絕緣中含有水分，導(dǎo)體附近的絕緣材料中剩余的應(yīng)變就會(huì)增加，而應(yīng)變較大的局部區(qū)域便會(huì)生成水樹(shù)枝。
2）電場(chǎng)下的化學(xué)作用發(fā)展了水樹(shù)枝
3）電泳與擴(kuò)散力的作用使水樹(shù)枝生長(zhǎng)
    介質(zhì)電泳可以認(rèn)為是不帶電荷的，但是已經(jīng)極化的粒子或分子在畸變的電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，若絕緣中含有帶水分的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會(huì)向?qū)щ娋€芯附近的高電場(chǎng)區(qū)聚集。這一區(qū)域的溫度相對(duì)偏高，水分因此而膨脹，形成較大的壓力，使間隙擴(kuò)大，引起水樹(shù)枝的擴(kuò)大和發(fā)展。
　　電樹(shù)枝往往在絕緣內(nèi)部產(chǎn)生細(xì)微開(kāi)裂，形成細(xì)小的通道，并在放電通道的管壁上產(chǎn)生放電后的碳化顆粒。水樹(shù)枝的產(chǎn)生，將會(huì)使介質(zhì)損耗增加，絕緣電阻和擊穿電壓下降。因此，電纜中的電樹(shù)枝和水樹(shù)枝對(duì)電纜的電氣性能將會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的故障隱患。
2、電纜試驗(yàn)
　　為了保證電纜安全可靠運(yùn)行，有關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電纜的各種試驗(yàn)做了明確的規(guī)定。主要試驗(yàn)項(xiàng)目包括：測(cè)量絕緣電阻、直流耐壓和泄漏電流。其中測(cè)量絕緣電阻主要是檢驗(yàn)電纜絕緣是否老化、受潮以及耐壓試驗(yàn)中暴露的絕緣缺陷。直流耐壓和泄漏電流試驗(yàn)是同步進(jìn)行的，其目的是發(fā)現(xiàn)絕緣中的缺陷。但是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的試驗(yàn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明：直流耐壓試驗(yàn)不能有效地發(fā)現(xiàn)交聯(lián)電纜中的絕緣缺陷，甚至造成電纜的絕緣隱患。德國(guó)Sechiswag公司在1978～1980年41個(gè)回路的10kV電壓等級(jí)的XLPE電纜中，發(fā)生故障87次；瑞典的3 kV～24．5 kV電壓等級(jí)XLPE電纜投運(yùn)超出9000km，發(fā)生故障107次，國(guó)內(nèi)也曾多次發(fā)生電纜事故，相當(dāng)數(shù)量的電纜故障是由于經(jīng)常性的直流耐壓試驗(yàn)產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)引起。因此，國(guó)內(nèi)外有關(guān)部門(mén)廣泛推薦采用揚(yáng)州拓普電氣科技有限公司研發(fā)制造的TPXZB系列變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置做交流耐壓試驗(yàn)取代傳統(tǒng)的直流耐壓試驗(yàn)。IEC62067／CD要求對(duì)于220kV電壓等級(jí)以上的交聯(lián)電纜不允許直流耐壓。
　　研究表明，直流耐壓試驗(yàn)時(shí)對(duì)絕緣的影響主要表現(xiàn)在：
　　1）電纜的局部絕緣氣隙部位由于游離產(chǎn)生的電荷在此形成電荷積累，降低局部電場(chǎng)強(qiáng)度，使這些缺陷難以發(fā)現(xiàn)。
　　2）試驗(yàn)電壓往往偏高，絕緣承受的電場(chǎng)強(qiáng)度較高，這種高電壓對(duì)絕緣是一種損傷，使原本良好的絕緣產(chǎn)生缺陷，而且，定期性的預(yù)防性試驗(yàn)使電纜多次受到高壓作用，對(duì)絕緣的影響形成積累效應(yīng)。
　　3）試驗(yàn)時(shí)，其電場(chǎng)分布是按體積電阻分布的，與緣狀況。
　　4）交聯(lián)電纜絕緣層易產(chǎn)生電樹(shù)枝和水樹(shù)枝，在直流電壓下易造成電樹(shù)枝放電，加速絕緣老化。
　　交流耐壓試驗(yàn)由于試驗(yàn)狀況接近電纜的運(yùn)行工況，耐壓電壓值較低，而且耐壓時(shí)間適當(dāng)加長(zhǎng)，更能反映電纜絕緣的狀況以及發(fā)現(xiàn)絕緣中的缺陷。因此，國(guó)內(nèi)外權(quán)威機(jī)構(gòu)大力推薦XLPE電纜的交流耐壓試驗(yàn)，取代現(xiàn)行的直流耐壓試驗(yàn)。
信息整理：揚(yáng)州拓普電氣科技有限公司生技部