110 kV高壓電纜缺陷模擬實(shí)驗(yàn)及其檢測方法研究

曾應(yīng)璋

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞清溪供電分局，廣東 東莞 523660)

110 kV高壓電纜缺陷模擬實(shí)驗(yàn)及其檢測方法研究

曾應(yīng)璋

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞清溪供電分局，廣東 東莞 523660)

為了研究110 kV高壓電纜缺陷對輸電設(shè)備運(yùn)行狀況的影響，首先對110 kV高壓電纜缺陷的源頭及其種類進(jìn)行了分析，其次采用人工模擬的方法對幾種?，F(xiàn)的電纜本體及附件上的缺陷進(jìn)行了仿真模擬和運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，接著通過局部放電檢測及紅外測溫等方法對電纜本體及附件的運(yùn)行特性進(jìn)行了測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，高壓電纜上的各種缺陷會(huì)引起電纜絕緣中的局部放電和電纜終端及應(yīng)力錐等重要設(shè)備運(yùn)行發(fā)熱等情況，局部放電檢測和紅外測溫等方法對高壓電纜缺陷的監(jiān)控可以起到一定的作用。

高壓電纜；運(yùn)行特性；缺陷；局部放電

0 引言

目前以110 kV電壓等級(jí)為主的大型高壓地下電纜系統(tǒng)正在各大中型城市形成，加上中低壓電網(wǎng)中的電纜網(wǎng)絡(luò)，我國城市內(nèi)的電纜化率逐年提高。與此同時(shí)，各種電纜配套設(shè)備在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，電纜及其附件成為了輸電設(shè)備中的重要組成部分，其質(zhì)量的把控也逐漸成為電力運(yùn)行部門的重點(diǎn)關(guān)注對象。

一直以來，世界各國大型電力公司都在致力于高壓電力電纜材料及其配套設(shè)備的研究和競爭，在這些領(lǐng)域里已經(jīng)取得了較大的成果，并將這些技術(shù)進(jìn)行了大力的推廣和應(yīng)用。但是對于高壓電力電纜本體缺陷及其配套附件缺陷的研究就稍顯滯后，尤其對于電纜缺陷引發(fā)的故障的監(jiān)測與預(yù)防方面更是存在不少的空缺。由于缺陷引發(fā)的故障，將嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的供電可靠性，甚至?xí)绊懻麄€(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。因此，快速、有效的缺陷故障檢測方法是電力電纜實(shí)用化的重要研究內(nèi)容。

本文從110 kV高壓電纜本體、附件、敷設(shè)、安裝等幾個(gè)方面入手，對引起110 kV高壓電纜缺陷的因素進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和歸類，并對各種因素引起的110 kV高壓電纜質(zhì)量問題進(jìn)行了分析；對上述缺陷中的終端應(yīng)力錐安裝錯(cuò)位、電纜絕緣受損、中間接頭含雜質(zhì)進(jìn)行了人工模擬，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下開展了對應(yīng)的高壓運(yùn)行實(shí)驗(yàn)；采用DDX770型局部放電檢測儀和SAT系列紅外測溫儀等設(shè)備對電纜絕緣中的局部放電情況和電纜終端、應(yīng)力錐等重要部分的溫度進(jìn)行了監(jiān)控。實(shí)驗(yàn)取得較好的現(xiàn)場模擬效果，監(jiān)測方法行之有效。

1 110 kV高壓電纜及其附件典型缺陷原因分析

110 kV高壓電力線路是電力系統(tǒng)中電能安全穩(wěn)定輸送到配電網(wǎng)絡(luò)的樞紐，特別是在城鎮(zhèn)化發(fā)展越來越快的背景下，110 kV高壓電纜在電力線路中所占的比重越來越大，110 kV高壓電纜系統(tǒng)一旦出現(xiàn)問題將會(huì)引起嚴(yán)重的停電事故。目前電網(wǎng)中廣泛采用的是110 kV交聯(lián)聚乙烯高壓電纜，造成該種類型電纜缺陷的原因眾多。電纜系統(tǒng)產(chǎn)生事故有可能是某一個(gè)因素造成的，也有可能是多種因素匯集在一起造成的，但110 kV交聯(lián)聚乙烯高壓電纜缺陷的來源不外乎以下幾個(gè)方面：

(1) 電纜的質(zhì)量。電纜絕緣的電氣性能差，電纜的絕緣水平下降，電纜受潮進(jìn)水等質(zhì)量問題對線路具有很大的影響。

(2) 電纜敷設(shè)的質(zhì)量。電纜敷設(shè)時(shí)牽引力超過電纜的允許拉力；敷設(shè)電纜時(shí)電纜在地上或溝壁上來回摩擦；電纜的彎曲半徑小于電纜外徑的20倍以上；環(huán)境、天氣、氣溫對敷設(shè)的影響。

(3) 電纜附件的質(zhì)量。電纜附件的性能必須滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求，絕緣材料必須具有優(yōu)良的電氣絕緣性能和可靠的物理化學(xué)性能，結(jié)構(gòu)合理，防潮和密封性能好，安裝方便等。

(4) 電纜附件安裝質(zhì)量。沒有嚴(yán)格按照合理的工藝和施工規(guī)程進(jìn)行安裝，安裝人員沒有經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)取得資格后上崗等；如果安裝質(zhì)量存在問題，會(huì)造成電纜或附件的絕緣水平下降，影響電纜系統(tǒng)安全運(yùn)行。

(5) 其他因素的影響。長期超負(fù)荷運(yùn)行、電化腐蝕、外力損傷等因素均會(huì)對線路的安全運(yùn)行造成隱患。

2 110 kV高壓電纜及其附件典型缺陷模擬

為了能夠有效地對110 kV高壓電纜系統(tǒng)可能存在的故障實(shí)施帶電檢測，爭取在系統(tǒng)發(fā)生短路事故前及早發(fā)現(xiàn)110 kV高壓電纜系統(tǒng)運(yùn)行過程中的故障狀況，可以針對上述絕緣缺陷類型中的幾種典型缺陷進(jìn)行模擬試驗(yàn)，對模擬試品進(jìn)行帶電檢測，掌握其故障過程中的檢測數(shù)據(jù)，模擬幾種不同的電纜、電纜附件及施工過程中的可能發(fā)生的典型缺陷情況。本文以110 kV交聯(lián)聚乙烯高壓電纜為例，模擬了如下3種典型缺陷：

(1) 終端應(yīng)力錐安裝錯(cuò)位的模擬：模擬應(yīng)力錐安裝錯(cuò)位的情況，包括電纜半導(dǎo)電層過多深入或深入不足應(yīng)力錐的情況。

(2) 電纜絕緣受損缺陷的模擬：在電纜絕緣層轉(zhuǎn)孔，模擬電纜絕緣層受損的情況。

(3) 中間接頭含雜質(zhì)的模擬：在中間接頭的屏蔽層內(nèi)，按要求涂抹半導(dǎo)電漆，模擬接頭在施工過程中混入雜質(zhì)的情況。

3 110 kV高壓電纜及其附件缺陷模擬試驗(yàn)

因?yàn)楸敬卧囼?yàn)不帶電流運(yùn)行，因而采取直接串接的方式，不構(gòu)成回路，試驗(yàn)接線原理圖如圖1所示，現(xiàn)場試驗(yàn)接線圖如圖2所示。

圖1 試驗(yàn)接線原理圖

注：#2為有缺陷終端，#3為正常終端。

圖2 現(xiàn)場試驗(yàn)接線圖

在上述實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，對終端應(yīng)力錐安裝錯(cuò)位、電纜絕緣受損、中間接頭含雜質(zhì)3種缺陷情況分別開展了實(shí)驗(yàn)，并對3種實(shí)驗(yàn)過程中關(guān)鍵部位的局部放電情況和運(yùn)行溫度情況進(jìn)行了監(jiān)控。

3.1 缺陷模擬試驗(yàn)局部放電檢測結(jié)果

模擬當(dāng)終端應(yīng)力錐安裝錯(cuò)位、中間接頭含雜質(zhì)、電纜絕緣受損時(shí)，電纜半導(dǎo)電層、絕緣層、終端等關(guān)鍵部位的局部放電情況，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 缺陷模擬試驗(yàn)局部放電檢測結(jié)果記錄表

由表1可知，在電纜終端安裝錯(cuò)位、電纜中間接頭含雜質(zhì)、電纜絕緣凹陷受損3種典型缺陷情況下，局部放電量很大。當(dāng)終端安裝錯(cuò)位和中間接頭含雜質(zhì)2種缺陷存在時(shí)，隨著試驗(yàn)運(yùn)行電壓逐步升高，電纜終端和中間接頭內(nèi)相應(yīng)缺陷位置的局部放電情況也在加劇，在運(yùn)行電壓分別升高至1.15U0和1.45U0時(shí)，局部放電量高達(dá)382 pC；當(dāng)電纜的主絕緣受損，試驗(yàn)運(yùn)行電壓僅升高至0.85U0時(shí)局部放電量就高達(dá)725 pC。

3.2 缺陷模擬試驗(yàn)紅外測溫檢測結(jié)果

模擬當(dāng)終端應(yīng)力錐安裝錯(cuò)位、電纜絕緣受損、電纜終端受潮時(shí)，選取#2號(hào)終端的3個(gè)測溫點(diǎn)作為實(shí)驗(yàn)對象，如圖3所示。對試驗(yàn)回路施加64 kV電壓，持續(xù)4 h以上，電纜半導(dǎo)電層、絕緣層、終端等關(guān)鍵部位的運(yùn)行溫度情況如表2所示。

圖3 #2號(hào)終端測溫記錄

由表2可知，紅外成像在檢測終端進(jìn)水等容易造成設(shè)備局部發(fā)熱的缺陷時(shí)，具有很高的有效性和可靠性，本次實(shí)驗(yàn)中當(dāng)電纜終端受潮，電纜運(yùn)行電壓為64 kV時(shí)電纜終端本體運(yùn)行的溫差高達(dá)4 ℃，超過了運(yùn)行規(guī)程中終端運(yùn)行溫差不超過1 ℃的規(guī)定。但對終端應(yīng)力錐安裝錯(cuò)位、電纜絕緣受損時(shí)的缺陷檢測存在一定的困難。

表2 缺陷模擬紅外測溫點(diǎn)溫度記錄及比較表

4 結(jié)語

本文通過人工模擬高壓電力電纜缺陷來論證目前高壓電力電纜缺陷監(jiān)測方法的可行性和實(shí)用性。由上述實(shí)驗(yàn)可知，通過對不同檢測方法的檢測結(jié)果的比較，局部放電在檢測電纜終端安裝錯(cuò)位、電纜中間接頭含雜質(zhì)、電纜絕緣受損等造成局部放電的缺陷方面成功率很高，而紅外成像對該類缺陷檢測存在一定的困難。通過局部放電檢測儀等在電纜設(shè)備安裝和現(xiàn)場運(yùn)行中的應(yīng)用，可以快速準(zhǔn)確地檢測出電纜缺陷造成的局部放電情況，更適合在電力部門的日常工作中使用。

今后將通過對高壓電力電纜缺陷的電場仿真計(jì)算，分析在不同情況以及不同部位的電場電勢。采用有限元計(jì)算方法，建立模型，針對電纜接頭雜質(zhì)缺陷、應(yīng)力錐安裝錯(cuò)位、終端受潮以及電纜本體受損的情況進(jìn)行電場分析，得出較為理想的效果，與人工缺陷模擬試驗(yàn)的測試結(jié)果有很好的一致性。

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2014-09-11

曾應(yīng)璋(1979—)，男，廣東東莞人，工程碩士，電氣工程師，研究方向：高壓電纜以及附件缺陷檢測。