试论电力电缆运行中安全风险及防护措施

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  【摘要】:随着电力电缆技术的发展,我国电力电缆在实际运行中面临着各种各样的故障问题。本文简述了电力电缆在最近百年的发展中电力电缆运行过程中故障原因,并简单的描述了我国的XLPE电力电缆的试验技术。
  【关键词】:电力电缆、运行中、故障、XLPE试验
  一、电力电缆的发展现状
  电力电缆随着社会快速的发展,需求量也在与日俱增中,造成了电力短缺的社会矛盾,这给我们电力部门造成了不小的冲击。在电力电缆发展历程中,架空的框架线路逐渐走出我们的视线,一种新的电力电缆铺设方式技术正在成熟,这就是地下电力电缆铺设输配线路,这种铺设方式的优点是提高了城市市容市貌,城市的电力电缆网普及范围和普及深度是衡量这个城市经济水平和电力电缆技术水平的重要标志。其中XLPE绝缘电力电缆由于运行安全可靠、输送量大、寿命长和不受落差限制等优点已经成为现如今的主要研究方向。
  XLPE绝缘电力电缆能在如今严峻的社会环境下胜任这么复杂多变的工作,是因为XLPE电力电缆本身材料和生产工艺决定的,它采用悬链、立塔、长承模生产工艺,在材料上也得到了严格的控制,杂质、微孔的含量和尺寸不能超过规定标准,线芯偏心度也要得到严格控制,这样才能使其绝缘效果和尺寸在制造过程中保证误差较小。在交变电场中,从理论上我们认为,内部电场分布较为均匀,介质中的任意点电位都能满足泊松方程,电力电缆受到外界影响和人工影响很小,这样使得电力电缆的运行安全可靠性上得到充分保证。但在实际中,这是不现实的,在电缆的安装过程中,电缆接头和终端接头在人为安装中极易留下电缆安全故障隐患。经过长期的经验积累和电力电缆的运行情况试验研究表明,有两个主要方面的原因导致电力电缆运行中出现故障。一是因为电力电缆线路中的绝缘结构相对比较薄弱,比较容易被破坏;二是在制造电力电缆过程中,难免有些电力电缆在质量上有所欠缺。所以这两方面是现如今应该值得重视并解决的一个问题。
  二、简述电力电缆发展过程
  早在1884年,在MacCracken提出螺旋纸带绝缘电力电缆的基础上,VincentdeFerrsnti在1890年制造出10kV同轴电缆,并成功安装在英国伦敦。随着时间的推移,高压和超高压电力电缆传输是当时面临的一个比较严峻的问题,这个问题直到1917年才得以解决,这是Emanueli设计出的中空充油电缆。随后,电力电缆的电压等级在随之提升,直到现在在一些发达的国家的电缆电压等级已经达到了525kV和535kV,尤其是意大利已成功安装电压等级为1100kV的地下输电电缆。
  地下电力电缆配输电技术经过了120年的发展研究,绝缘电缆材料经过了油纸绝缘、不滴流油纸绝缘、充油绝缘、充气绝缘、挤出绝缘等发展历程,电压等级从早期的几百伏低电压到现在的500kV以上的特高电压,尤其随着电子制造技术的快速发展,电力电缆的电压等级甚至能达到1000kV以上的电压。
  在我国,上海于1897年首次采用低电压路灯电力电缆,是我国最先应用地下电力电缆输电的城市。这里简述一下我国电力电缆发展历程。在1951年,我国制造出6kV油纸绝缘电力电缆,1953年生产出10kV油纸绝缘电力电缆,1956年生产制造出35kV油纸绝缘电力电缆,1969年是我国的第一条220kV充油电力电缆投入运行,1970年的330kV和1982年500kV的充油电力电缆投入运行。至于XLPE电力电缆,在我国起步的比较晚,直到1970年才正式投产10-35kV的交联电缆,1985年引进110kV的XLPE电力电缆后,我国发电厂、变电站和蓄电站也同时引进220、330和550kV的XLPE电力电缆,我国第一条110kV的XLPE电力电缆在1990年首次运行,1996年运行220kV的XLPE电力电缆,在2002年逐步推广运用。
  采用地下电力电缆电路铺设方式是今后电力电缆研究发展的主要方向,特别是上海和北京,北京为了迎接2008年的奥运会,将在奥运会之前将北京四环以内的所有架空配输电线路全部改造成地下电力电缆配输电线路。上海为了迎接2010年的世博会,将计划在世博会之前将市区的所有架空配输电线路全部改造成地下电力电缆配输电线路。各大中型城市也在逐步的改造整个城市市区的架空配输电力电缆,全国各大型城市和经济发达区域的220kV变电站也采用了长距离、大截面超高压地下配输电力电缆方式。
  三、简述电力电缆附件
  电力电缆的线路一般包括以下几个方面:电力电缆本体、电力电缆附件、电力电缆相连接输配电线路、电气设施设备。由于电力电缆的附件的制造商不同和附件的用途不同,会导致电力电缆附件产品的分类和命名比较复杂,也不容易区分,所以在我国的相关部门提出很多的规范标准,电力电缆附件的命名和管理进一步得到了规范的处理。由于XLPE电力电缆是现在地下电力电缆输电的主要研究方向,我们这里主要重点讨论XLPE电力电缆附件。根据电力电缆附件的绝缘结构进行科学划分原则,超高压和高压XLPE电力电缆附件类主要分为以下三大类:绕包型、装配型、预制型,中低压XLPE电力电缆分为绕包型、模糊型、热缩型、预制型四类。绕包型安装技术要求高,运行可靠性一般,性价比差;装配型安装技术要求高,运行可靠性较好,性价比较好;预制型安装技术要求一般,运行可靠性好,性价比高;热缩型安装技术要求一般,运行可靠性一般,性价比较好;模糊型安装技术要求高,运行可靠性好,性价比较好。
  XLPE电力电缆附件形式虽然多种多样,总体不足之处有以下几个方面:耗损较大容易使附件发热引起过早老化,稳定性较差,应用范围受到限制过大。
  四、电力电缆计故障统计
  经过大量经验的数据显示表明,10-220kV电力电缆平均故障从97年的11.3次/(百公里·年)到2002年5.2次/(百公里·年),和发达国家相比高出10倍左右。其主要原因有几个,其一是20世纪70年代生产的XLPE绝缘电力电缆在质量上不稳定并且都已进入到高故障率时期;其二是大约有72%的电缆线路由于存在高负载的情况而没有进行及时的处理;其三是由于城市规划的需要,造成电力电缆在外力下受到人工破坏;其四是电力部门对于电力电缆的维护技术相对较为落后。
  五、XLPE电力电缆试验技术现状
  在我国电力电缆试验技术严重滞后是最突出的一个问题,甚至有些还在沿用油纸绝缘电力电缆试验方法,在1996年修编的《电力设备预防性试验规程》中也用了很少的篇幅来介绍XLPE绝缘电力电缆的试验方法,操作性很差。
  电缆试验方法可以分为在线试验和离线试验,按性质分类分为破坏性试验和非破坏性试验。由于在试验过程中考虑试验的有效性、可靠性和环境诸多因素,各国在研究不同的试验方法,如下图:
  近几年来,各国学者为了达到减少试验设备的体积和质量还能尽可能的等效工频电压,适应现场试验的需要,研究人员先后提出的各种离线破坏性试验方法用以今后的XLPE电力电缆竣工交接试验或者预防性试验,但是,这些试验方法对于工频电压试验等效性和电缆绝缘早期缺陷有效性等都处于研究状态,还需要实践积累相当多的经验。我国的电力电缆在线监测技术研究和应用于国外差距不是很大,但是在XLPE绝缘电力电缆在线监测技术不完善,还没有得到推广应用,这是我们首要解决的一个重要难题。
  参考文献:
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