110kV XLPE电缆缓冲层灼伤问题研究

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交联聚乙烯(Cross Linked Polyethylene,XLPE)电缆因其机械性能良好、安装维护方便、绝缘性能优异等诸多优点,在我国电力系统中得到了广泛的应用。近年来,各地电网在对110kV及以上交流XLPE电缆进行改造或迁移时,频繁发现电缆缓冲层灼伤的现象,其原因目前尚无定论。这种灼伤缺陷若进一步加深,将影响至主绝缘,引起电缆击穿,从而造成重大的停电事故。因此,尽快找到该缺陷产生的原因及避免措施成为十分迫切与重要的问题。
  本文调查了厦门地区110kVXLPE电缆缓冲层灼伤缺陷的三个典型案例,并对其状况进行阐述分析,排除了外力、过负荷、电化学腐蚀等因素;使用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope , SEM)及其配置附件能谱仪(Energy Dispersive Spectrometer,EDS)对阻水带和绝缘屏蔽层缺陷区域进行了形貌特征观察和元素成分表征,推断出灼伤现象与皱纹铝护套结构存在一定的联系;使用宽带介电谱测试仪对阻水带的介电常数进行了测量,得到了阻水带在工频下的介电常数值;分别对厦门缺陷电缆阻水带、自然受潮阻水带、不同程度受潮阻水带、不同程度高温老化阻水带、反复受潮烘干阻水带的表面电阻、体积电阻率进行了测量,得到阻水带表面电阻和体积电阻率的变动范围,得出受潮对阻水带体积电阻率影响最大,易使其半导电性劣化。
  使用X射线对缺陷电缆试样进行检测,发现用该方法无法清晰地观察缓冲层灼伤缺陷;搭建了局部放电试验平台,分别对取自缺陷电缆线路的电缆试样、缓冲层存在间隙的电缆试样进行工频电压下的局部放电试验,对缺陷电缆所在线路进行带电局部放电测试,均未能成功检测出放电信号,认为使用局部放电试验检测对该缺陷存在难度。
  为判断灼伤缺陷是否由电流过大引起,对电缆试样进行电容电流灼伤模拟试验,对阻水带进行电流密度模拟试验,对缓冲层进行发热、散热情况模拟试验,研究了电流和发热散热情况对缓冲层的影响,认为阻水带与铝护套未充分、均匀接触时,存在电容电流集中的可能性,易导致阻水带烧蚀。而缓冲层中空气的存在,也能促使电缆内部整体温度升高,增加缓冲层灼伤的可能性。
  在理化实验、检测试验、模拟试验的基础上,以110kVXLPE电缆为研究对象,对缓冲层灼伤问题进行仿真计算。从阻水带与铝护套间隙、阻水带电导率、过电压三个方面对缓冲层中空气电场强度分布、阻水带电流密度分布进行分析,得到上述三个因素都会造成缓冲层电场强度和局部电流密度过大。
  试验和仿真结果表明:缓冲层电场强度和局部电流密度过大都有可能造成缓冲层灼伤缺陷。而保持阻水带与铝护套紧密接触、阻水带电阻率不易因受潮而增大、限制过电压侵入可有效避免缓冲层电场强度和局部电流密度过大。本文的研究工作为后续试验和仿真进一步深入开展奠定了一定的基础,研究结果为高压电缆缓冲层的改进设计提供了合适的理论依据和重要的数据支持,对提升电网的安全可靠性具有十分重要的意义。
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