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【學(xué)術(shù)精選】高壓電纜緩沖層燒蝕擊穿!故障為何發(fā)生,又該如何檢測?

來源: 作者: 時間:2023-04-23
導(dǎo)讀


國內(nèi)高壓XLPE絕緣電纜基本采用皺紋鋁套的金屬屏蔽結(jié)構(gòu),半導(dǎo)電緩沖層位于擠包絕緣線芯和金屬套之間,經(jīng)由緩沖帶材繞包工藝制成。半導(dǎo)電緩沖層作為電纜內(nèi)部高電位向低電位過渡、絕緣向金屬接地過渡的組成單元,實現(xiàn)絕緣線芯軸向連續(xù)有效接地。考慮電纜在某些敷設(shè)環(huán)境中會受到水分的影響,要求緩沖層具有縱向阻水特性。

規(guī)的皺紋鋁套與緩沖層之間呈間隔線狀接觸,如果緩沖層選材、設(shè)計、生產(chǎn)或應(yīng)用等環(huán)節(jié)控制不當(dāng),會導(dǎo)致絕緣線芯接地不良,嚴(yán)重的情況可表現(xiàn)為緩沖層表面粉狀析出、鋁套內(nèi)表面局部腐蝕甚至絕緣屏蔽局部電蝕,直至損傷主絕緣,引發(fā)擊穿故障,這成為高壓電力電纜設(shè)計、制造和運行的難點和痛點。


精讀
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高壓XLPE電纜緩沖層燒蝕故障原因

1



緩沖層含水率的影響


高壓XLPE電纜緩沖層均具有阻水性能,出現(xiàn)燒蝕現(xiàn)象的電纜其共性特征是,電纜的金屬套為皺紋鋁套,并且緩沖層中含阻水型半導(dǎo)電緩沖帶,多數(shù)有受潮的跡象。阻水型半導(dǎo)電緩沖帶阻水粉析出和燒蝕現(xiàn)象見圖1。


圖1 阻水型半導(dǎo)電緩沖帶

阻水粉析出和燒蝕現(xiàn)象


本工作采用JB/T 10259—2014《電纜和光纜用阻水帶》中規(guī)定的含水率的測試方法,對上海國網(wǎng)施工中的60個樣品的電纜緩沖層含水率進(jìn)行了檢測,結(jié)果見表1。結(jié)果顯示,63%的樣品的阻水帶含水率大于7%。阻水帶緩沖層在電纜的加工和使用過程中都引入了水分,成為了電纜緩沖層燒蝕的隱患。


表1 緩沖層含水率

2



電纜阻水類型的影響


目前典型的高壓電纜結(jié)構(gòu),無論是皺紋鋁套結(jié)構(gòu)、平鋁套結(jié)構(gòu),還是鋁塑復(fù)合套等結(jié)構(gòu),都是金屬套密封型結(jié)構(gòu),都具備徑向阻水的功能,也就是說,在不遭到破壞的情況下,即使處在有水的環(huán)境也不影響電纜的正常使用。


在實際應(yīng)用中,北京、上海、廣州等電網(wǎng)用戶根據(jù)電纜的使用環(huán)境,給出如下結(jié)論:


(1)北方地區(qū)較為干燥,電纜隧道中大多數(shù)情況下是沒有水的,隧道電纜線路也不會受到外力破壞,電纜故障率很低,電纜故障后進(jìn)水的案例極少,國網(wǎng)北京市電力公司近十年來沒有發(fā)生因為電纜鋁套受損導(dǎo)致的進(jìn)水情況。


(2)上海的高壓電纜主要敷設(shè)在排管里面,一些排管中會有水,但是電纜鋁套內(nèi)進(jìn)水的情況很少。搶修時若發(fā)現(xiàn)電纜故障處有進(jìn)水的情況,通常的處理方式是在臨近的工井處切斷電纜進(jìn)行檢查,并做接頭處理。


(3)廣東地區(qū)電纜浸泡在水中的情況較為常見。相對來講,電纜接頭是該地區(qū)防水的薄弱環(huán)節(jié),水從接頭保護(hù)盒處流進(jìn)電纜鋁套內(nèi)的情況較為常見,一般是從接頭保護(hù)盒處進(jìn)水或電纜遭到破壞進(jìn)水,縱向阻水型電纜雖有一定的阻水功能,但難免有空氣中的水分子會進(jìn)入其中,最終會導(dǎo)致阻水粉析出而造成隱患。


從電纜選型是否需要阻水性能的角度做如下總結(jié)和建議:


(1)高壓電纜的阻水性能分為徑向阻水和縱向阻水兩種。應(yīng)根據(jù)實際需求進(jìn)行選型。一般而言,對于運行環(huán)境不是直接浸泡在水中的情況,推薦選擇型號為YJLW03或YJLW02的徑向阻水型電纜,而無須選擇型號為YJLW03-Z或YJLW02-Z的縱向阻水型電纜。


(2)制造企業(yè)對徑向阻水型電纜和縱向阻水型電纜在緩沖層結(jié)構(gòu)上應(yīng)有所區(qū)分,徑向阻水型電纜不選用含阻水粉的帶材。另外,繞包帶材的層數(shù)和厚度對載流量的影響也不容忽視。


(3)即便是選擇縱向阻水型電纜,由于電纜導(dǎo)體基本不具備阻水功能,在發(fā)生故障時,水很有可能從故障處通過導(dǎo)體流入,從而使金屬套內(nèi)的阻水型半導(dǎo)電緩沖層失去了作用,因此應(yīng)慎用縱向阻水型電纜。


(4)推進(jìn)包括鋁塑復(fù)合套在內(nèi)的其他金屬套類型電纜的設(shè)計、研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)化等工作,擴大平鋁套的推廣應(yīng)用,積累運行經(jīng)驗,力爭將來國內(nèi)有多種形式的電纜金屬套結(jié)構(gòu)并存,為用戶提供更多的選擇。


3

緩沖層電性能的影響


由于阻水帶緩沖層在電纜的加工和使用過程中都有可能引入水分,因此還須考慮環(huán)境影響下阻水帶是否滿足電性能要求。


研究發(fā)現(xiàn),發(fā)生燒蝕故障的電纜半導(dǎo)電緩沖層接觸電阻率較正常電纜大了近十倍。所以接觸電阻率可作為一個檢測手段來衡量電纜的質(zhì)量。


測試方法:取1.5m長電纜成品,進(jìn)行機械校直,分別設(shè)置高壓極、屏蔽極和測試極,在樣品兩端的絕緣屏蔽表面設(shè)置高壓極,在樣品兩端的半導(dǎo)電緩沖層表面設(shè)置屏蔽極,在樣品表面露出鋁套的一段設(shè)置測試極,半導(dǎo)電緩沖層測試儀與樣品連接。電源正極連接高壓極,并與樣品導(dǎo)體等位連接,電源負(fù)極連接屏蔽極,測試端口連接測試極。


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高壓XLPE 電纜緩沖層檢測關(guān)鍵技術(shù)

在電纜安裝或正式使用之前,須對電纜緩沖層進(jìn)行檢測,綜合高壓XLPE電纜緩沖層燒蝕故障原因分析,需要對阻水帶含水率、阻水帶體積電阻、阻水帶表面電阻和成品電纜緩沖層接觸電阻率等進(jìn)行測試。


目前,阻水帶含水率、阻水帶體積電阻率和阻水帶表面電阻率的檢測方法是根據(jù)JB/T 10259—2014《電纜和光纜用阻水帶》中的規(guī)定進(jìn)行檢測。成品電纜緩沖層接觸電阻率還沒有相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和團體標(biāo)準(zhǔn),國家電線電纜質(zhì)量檢驗檢測中心制定了相關(guān)的技術(shù)規(guī)范《額定電壓110kV及以上交聯(lián)聚乙烯絕緣皺紋鋁套電力電纜半導(dǎo)電緩沖層電接觸性能評價方法》,可用于成品電纜緩沖層接觸電阻率的測試。



《電線電纜》1958年由國家新聞出版署批準(zhǔn)正式創(chuàng)刊,上海市國有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會主管,上海電纜研究所有限公司主辦,是電線電纜行業(yè)應(yīng)用類學(xué)術(shù)刊物。主要欄目有綜述、線纜產(chǎn)品、線纜材料、測試技術(shù)、敷設(shè)運行、工藝設(shè)備和經(jīng)驗交流等,報道國內(nèi)外電線電纜行業(yè)的新理論、新方法、新技術(shù)、新成果,歡迎來稿!

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來源 |  上纜所傳媒


編輯 |  朱   莉

審核 |  何曉芳


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