含针尖缺陷的XLPE电缆绝缘击穿行为的频率依赖特性研究
交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘老化问题探析
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算出的时间间隔△ｔ 就是相应桥臂上的脉 １ｊ
由于局部放电侵蚀绝缘，以致发生老 化形态，而使绝缘性降低，导致绝缘击穿。
２．３ 电树枝 主要是由于绝缘内部放电产生的细微 开裂，形成细小的通道，其通道内空，管壁 上有放电产生的碳粒痕迹。通道分支少而 清晰，呈树枝状。 电树枝按产生的机理分为以下几种类 型： （１）由于机械应力的破坏使 ＸＬＰＥ 绝缘 产生应变造成气隙和裂纹，引发电树枝放 电。机械应力一方面是因为电缆生产、敷设 运行中不可避免地弯曲、拉伸等外力产生 应力，另一方面是由于电缆在运行中电动 力对绝缘产生的应力。 （２）气隙放电造成电树枝的发展。现 代的生产工艺尽管可以消除交联电缆生产 线中某些宏观的气隙，但仍有 １～１０ μ ｍ 或 少量的 ２０～３０ μ ｍ 的气隙形成的微观多孔 结构。多孔结构中的放电形式主要以电晕 放电为主。通道中的放电所产生的气体压 力增加，导致了树枝的扩展和形状的变化。 （３）场致发射效应导致树枝性放电。在 高电场作用下，电极发射的电子由于隧道 效应注入绝缘介质，电子在注入过程中获 得足够的动能，使电子不断地与介质碰撞 引起介质破坏，导致树枝放电。 （４）缺陷。缺陷主要是导体屏蔽上的 节疤和绝缘屏蔽中的毛刺以及绝缘内的杂 质和空穴。这些缺陷使绝缘内的电场集中， 局部场强提高。引起场致发射，导致树枝性
冲信号０或１状态在时间轴上的宽度。其中：
，α ＝２； ＜ ０，α ＝１；ｖ －ｕ ＞ ０， ｊｏ ｊ
β ＝２；ｖｊｏ－ｕｊ ＜ ０，β ＝１。启动各桥臂△
XLPE电缆的试验方法1
XLPE电缆的试验方法1.2 直流耐压试验直流耐压试验反映电缆绝缘的泄漏特性和耐压特性。
理论分析和实际效果均表明油浸纸介质电缆、充油电缆或充气电缆。
其直、交流耐压特性基本相同。
固体介质电缆如橡塑电缆（包括XLPE电缆），因绝缘层中气隙的存在，在直流状态下往往会使气隙短时放电，而加强（提高）了气隙的耐压强度，同时由于气隙放电后形成的反电势短时不能消失而形成积累效应，当改变外加电压方向后，绝缘耐压强度显著降低。
故直流耐压试验不但不能充分反映电缆的实际耐压，且有时对电缆还有破坏作用。
XLPE电缆在运行过程中发生的故障，用M表测电阻较低，用直流电源“烧穿”故障点时，绝缘电阻却越来越高，即泄漏电流越来越趋于正常值，“隐蔽”了故障点。
其原因为:②直流作用下多个含潮水气隙引发的故障点放电后形成反电势，提高了该点绝缘强度；②交流下形成的导电桥路在直流下被破坏。
故障直流耐压不适合试验橡塑电缆。
1.3工频耐压试验方法工频耐压试验最能反映电缆绝缘实际情况的，原因为：①电缆是在工频下运行的，其试验电压频率在工频下最为合理，可完全模拟运行情况。
②从理论上讲，工频耐压试验不但能反映电缆的泄漏特性，而且能完全反映电缆的耐压特性，还能反映电缆局部电介质损耗引起的局部耐压特性。
但实际中，由于电缆为容性负载，每m有约150～400PF的电容量。
若10kV XLPE电缆长为1km，工频试验电压为20kV时可计算出该试验设备的容量≮50kVA 。
故需50kVA的调压控制器和50kVA/20kV的试验变压器才能完成工频试验。
若电缆的长度为5km时，设备的容量应≮250kVA。
而当电缆为110kV耐压等级电缆时，也可通过上式计算得知。
当电缆较长时因设备太笨重而无法实施。
为了减小工频试验装置的体积重量，通常由变压器与电感L、电缆组成工频串联谐振电路。
因电缆电容一定，可通过调节电感使回路发生工频串联谐振。
此方法显然比直接采用工频变压器做试验要好此，但实际设备很笨重，且操作很麻烦。
高压交流电缆用交联聚乙烯绝缘料性能对比实验研究
高压交流电缆用交联聚乙烯绝缘料性能对比实验研究欧阳本红1，刘松华1，王诗航2，李建英2，李盛涛2(1. 中国电力科学研究院有限公司，湖北 武汉 430074；2. 西安交通大学 电气工程学院，陕西 西安 710049)摘 要：中国高电压等级交流电缆用交联聚乙烯（XPLE ）绝缘料研发较晚，目前国产220 kV 电压等级绝缘料暂未获得工程应用。
以3种国内外高压电缆XLPE 绝缘料为研究对象，对比分析绝缘料热压试样的工频击穿场强、介电常数、介质损耗正切、熔融和结晶性能、拉伸强度、断裂伸长率、微观形貌和交联度等参数。
实验测试结果表明：国产XLPE 绝缘料的宏观性能参数已经和进口XLPE 绝缘料相差不大，甚至国产绝缘料试样的击穿场强和力学性能参数优于进口X1#试样，但同时也能够发现国产绝缘料的不足之处，例如击穿场强的稳定性较差、介质损耗角正切值偏大等。
研究结论可为国产电缆绝缘料的研发与性能提升提供数据支撑。
关键词：高压电缆；交联聚乙烯；绝缘性能DOI ：10.11930/j.issn.1004-9649.2020061760 引言由于架空线占输电走廊面积大、不美观等原因，电缆化成为了未来城市电网建设的发展方向。
交联聚乙烯（XLPE ）绝缘是目前高压电缆的主要绝缘形式，其具有优异的电气性能、机械性能和耐老化性能等，逐步取代了油纸电缆和充油电缆等。
目前，中国已经具备了制造500 kV 电压等级高压交、直流电缆的能力[1-2]。
然而，中国XLPE 电缆绝缘料的研发能力远远落后于国际先进水平。
为了打破目前高压电缆绝缘料依靠进口的局面，亟须推进中国XLPE 电缆绝缘料的研发与生产水平。
相比于北欧化工和陶氏化学等企业的电缆绝缘料，国内220 kV 电压等级电缆绝缘料研发仍处于起步阶段，尚未获得工程引用。
电缆料的分子链结构、复配过程、纯净度等的差别都会导致XLPE 绝缘理化性能的差异[3-7]。
全面表征分析国内外电缆绝缘料理化性能的差异，可明确国内电缆绝缘料的优化方向，为国产电缆绝缘料的综合性能改进提供数据支撑，具有重要的指导意义。
220kV高压电缆接头击穿故障探讨
220kV高压电缆接头击穿故障探讨摘要：近几年来，国家电网结构的复杂程度不断提高，用电量也在逐年增长，为了加快城市化发展进程，切实提高土地资源利用率，电缆入地工程得到了大面积推广，但也出现一些线路故障问题。
基于此，本文以220kV高压电缆接头击穿故障为例，深入分析导致故障的原因，并且提出切实可行的故障处理、防范措施，最大程度降低高压电缆故障概率，保证电力输送工作稳定进行。
关键词：高压电缆；接头击穿；故障处理；防范措施引言：高压电力电缆近几年来得到了广泛应用，但在实际运行过程中却先后出现了多起的电网事故，不仅造成了巨大的经济损失，也对社会的稳定发展的造成负面影响。
而纵观过往高压电网事故来看，以220kV高压电缆接头击穿故障发生频率极高，但出于多方面原因这一问题始终没能得到根本上的解决。
因此，借助实际故障处理案例，针对220kV高压电缆展开分析，具有相应的现实意义。
1.220kV高压电缆接头击穿故障概况近几年来，变电站、发电厂等场所均开始应用高压电力电缆，电缆工程数量大幅度提高，但处于多方面因素影响，故障频发，严重影响了电网运行的安全可靠性。
而根据具体的数据调查情况显示，这其中以高压电缆接头击穿故障发生频率最高，如16年6月、8月在陕西、大连地区先后发生了电缆接头故障，前者引发了电缆沟失火事故，后者则造成了短路跳闸等问题。
但从目前来看，这一故障并没有一个合理系统的处理措施。
这是因为电缆、附件本身的绝缘设计裕度较大，但有效的方法较少，安装过程中经常会留下一些潜在缺陷，而且很难被发现。
在这样的情况下，电网的安全性、稳定性均无法得到保证，想要进一步分析高压电缆接头击穿故障原因，就要从实际案例入手，对比分析接头情况、安装工艺等细节，深入剖析从而提出具体可行的故障处理、预防措施。
以某220kV高压电缆输变电工程为例，其采用的电缆为XLPE单铜芯电缆，线路长为8.61km，电缆导体截面为2500mm2，在竣工后借助绝缘电阻、交流耐压等常规交接试验进行测试，从测试结果拉来看，试验电压可升至为214.4kV，试验频率为39.4Hz。
高压XLPE电缆缓冲层缺陷研究现状综述
绝缘材料 2024,57(4)邱玮等：高压XLPE电缆缓冲层缺陷研究现状综述高压XLPE电缆缓冲层缺陷研究现状综述邱玮1，章宇聪1，2，谢亿2，曹先慧2，刘维可2，胡俊3，李湘珺1（1.长沙理工大学能源与动力工程学院，湖南长沙410114；2.国网湖南省电力有限公司电力科学研究院，湖南长沙410007；3.湖南省湘电锅炉压力容器检验中心有限公司，湖南长沙410208）摘要：高压交联聚乙烯电缆因缓冲层缺陷引发的故障频发，已严重威胁到电力系统的安全运行。
本文首先介绍了缓冲层的基本结构和作用，并在此基础上梳理了目前国内外对于缓冲层失效的相关研究；其次从缓冲层的材料特征和内部结构等角度结合电场仿真来分析缺陷发生的主要原因；之后对缓冲层缺陷中出现的白色粉末绝缘性能和理化特征进行总结，并提出其形成机理；最后对缓冲层缺陷的检测手段进行汇总，提出使用计算机断层成像技术对电缆缓冲层缺陷进行检测以弥补现有检测手段的不足，并建议对铝护套及缓冲层的材料或结构进行优化，以预防缓冲层缺陷的生成。
关键词：高压电缆；交联聚乙烯；缓冲层缺陷；计算机断层成像；平滑铝护套中图分类号：TM247 DOI:10.16790/ki.1009-9239.im.2024.04.002Summary of research status on buffer layer defects inhigh voltage XLPE cablesQIU Wei1, ZHANG Yucong1,2, XIE Yi2, CAO Xianhui2, LIU Weike2, HU Jun3, LI Xiangjun1(1. College of Energy and Power Engineering, Changsha University of Science & Technology,Changsha 410114, China;2. State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute, Changsha 410007, China;3. Hunan Xiangdian Boiler and Pressure Vessel Inspection Center Co., Ltd., Changsha 410208, China)Abstract: The frequent faults caused by buffer layer defects in high-voltage cross-linked polyethylene cables have seriously threatened the safe operation of power system. In this paper, the basic structure and function of buffer layers was introduced at first, and the relevant research on buffer layer failure at home and abroad were summarized. Secondly, the main reason of buffer layer defects was analyzed through electric field simulation from the material characteristic and internal structure of buffer layers, and the insulating properties and physicochemical characteristics of the white powder in buffer layer were summarized to propose its formation mechanism. Finally, the detection methods of buffer layer defects were summarized, it is proposed to use computer tomography technology to detect cable buffer layer defects to make up for the shortcomings of existing detection methods, and it is recommended to optimize the materials or structures of aluminum sheaths and buffer layers to prevent the generation of buffer layer defects.Key words: high voltage cables; crosslinked polyethylene; buffer layer defects; computed tomography; smooth aluminum sheath0 引言随着我国经济的快速发展和城镇化的不断推进，电力需求猛增。
交联聚乙烯绝缘电缆(XLPE)的试验技术分析研究
交联聚乙烯绝缘电缆(XLPE)的试验技术分析研究摘要:文章针对橡塑电缆,对交联聚乙烯绝缘电缆(XLPE)在试验过程中存在的问题及解决办法进行探讨。
为有效诊断电缆老化与局部缺陷,全面掌握电缆的绝缘性能状况提出建议。
基于此,对目前通用的试验方法进行了对比,凸显了低频耐压的优势。
关键词:超低频(VLF);交联聚乙烯;绝缘电缆1引言随着城市电网电缆化率的不断提高,对电缆线路的交接试验、预防性试验及缺陷诊断提出了更高要求。
而在电缆的使用中,橡塑电缆尤其是交联聚乙烯绝缘电缆(XLPE)使用更为广泛,已逐步取代了油纸电缆。
根据多年来国内外电缆试验经验证明,采用直流耐压试验检测油浸纸绝缘电缆绝缘缺陷比较有效,但对于目前普遍使用的橡塑绝缘电缆(XLPE,EPR,PVC,PE)绝缘检测有效性不高,而且具有较强破坏性,会加速绝缘老化,缩短电缆使用寿命。
国家最新颁布的电气设备预防性试验相关规程已经明文规定不再使用直流高压对电气设备进行耐压试验,推荐使用交流耐压。
鉴于此,国外相继研究开发了谐振电压试验、振荡波电压试验、工频电压和0.1 Hz超低频试验方法。
经过对大量的电缆运行和试验数据反复分析对比,这些试验方法能较好解决XLPE电缆试验的上述问题,同时也适用于油纸电缆,正逐步取代直流耐压试验,成为XLPE绝缘电缆试验的发展趋势和方向。
上述方法中,前三种方法由于设备容量大、接线复杂,一般用于高压(超高压)电缆试验中,而0.1 Hz 超低频试验技术系统的设计由一个便携的、成套式装置提供高压正弦波输出,这样既能对电缆绝缘老化程度进行科学诊断,又能检测电缆存在的局部缺陷,更具优越性。
该技术在国外,特别是欧洲一些国家已研究近三十年时间,发展较为成熟,是目前中低压(35 kV及以下)XLPE绝缘电缆试验的主要手段,目前已在国际上和国内一些一线城市被广泛采用。
同时,0.1 Hz超低频试验技术标准已列入部分国际国内电气试验标准中,如:美国电子与电气工程师协会的IEEE标准、德国电气技术委员会(DKE)制定的交联聚乙烯电缆0.1 Hz耐压试验标准、华北电力集团公司的电缆试验标准、武汉高压研究所编制的《35 kV 及以下交联聚乙烯绝缘电力电缆超低频(0.1 Hz)耐压试验规范》、电力行业标准《超低频高压发生器通用技术条件DL/T849.4-2004》等。
阻尼振荡波电压下含针尖缺陷交联聚乙烯电缆绝缘的击穿特性研究
０ 引 言
是 电缆 缺 陷处 残余 大 量 空 间 电荷 ， 造成 投 运后 电缆 的击 穿事 故 ； 超 低频 （ ０ ． １ Ｈｚ ） 电压 要求 试 验 时间 长 ， 可能 引 发 电缆 中新 的缺 陷 ； 变频 谐 振 电压 与 工频 电 压 等效 性 较 好 ， 但体积和质量较大 ， 现 场 实 现 难 度
２ ． 西安交通大学 电力设备电气绝缘 国家重点实验室， 西安 ７ １ ０ ０ ４ ９ ）
摘要 ： 基于 １ ０ ｋ Ｖ交联聚 乙烯 （ Ｘ Ｌ Ｐ Ｅ ） 电缆试样 ， 在阻尼振荡波 （ Ｄ Ａ Ｃ） 作用下 ， 研究 了２ ０ ～ ３ ０ ０ Ｈ ｚ 频率 内含针
尖缺陷电缆绝缘 的击穿特性 随频率 的变化规律 。结果表 明： 在３ ８ ． ２ ～ １ ７ ３ ． ２ Ｈ ｚ 内， Ｄ ＡＣ 击穿 电压随频率的升高
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｈ ｅ ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｂ ｒ ｅ ａ ｋ ｄ ｏ ｗｎ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｖ ｅ ｒ ｓ ｕ ｓ ｆ ｒｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｏ ｆ １ ０ ｋ Ｖ ＸＬＰ Ｅ ｃ ａ ｂ ｌ ｅ ｗｉ ｔ ｈ ｎ ｅ ｅ ｄ ｌ ｅ
ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｉ ｎ ｓ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ ， Ｘ ｉ ’ ａ ｎ Ｊ ｉ ａ ｏ ｔ ｏ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｘ ｉ ’ ａ ｌ ｌ ７ １ ０ ０ ４ ９ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ｂｒ ｅ ａ ｋｄ ｏ ｗｎ Ｃ ｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｏ ｆ Ｘ ＬＰＥ Ｃ ａ ｂｌ ｅ Ｉ ｎ ｓ ｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
基于太赫兹时域光谱的XLPE不同尺度缺陷研究
基于太赫兹时域光谱的XLPE不同尺度缺陷研究廉泽1，李新禹2，俞华1，冯阳2，李盛涛2（1.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西太原030001；2.西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室，陕西西安710049）摘要：交联聚乙烯（XLPE）在生产、敷设、运行过程中会受到多种因素影响，产生不同尺度的结构缺陷，进而影响XLPE的电气性能。
本文对XLPE电力电缆中常见的分子缺陷、聚集态结构缺陷与宏观气隙缺陷进行了重构，并结合X 射线衍射测试（XRD）与太赫兹时域光谱（THz-TDS）的透射和反射模块对3种尺度的缺陷进行表征。
结果表明：太赫兹时域光谱的电压幅值、相位信息分别表现出关于极性分子与聚集态结构变化的敏感特性；通过太赫兹时域光谱透射与反射模块的联用技术，可精准识别并计算出内部气隙缺陷的位置及尺寸，实现对不同尺度缺陷的无损检测。
关键词：交联聚乙烯；太赫兹时域光谱；缺陷；无损检测中图分类号：TM215；TM855 DOI:10.16790/ki.1009-9239.im.2024.04.014Study on different scales of defects in XLPE based onterahertz time-domain spectroscopyLIAN Ze1, LI Xinyu2, YU Hua1, FENG Yang2, LI Shengtao2(1. Electric Power Research Institute of State Grid Shanxi Electric Power Corporation, Taiyuan 030001, China;2. State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment, Xi′an Jiaotong University,Xi′an 710049, China)Abstract: Cross-linked polyethylene (XLPE) is subject to various environmental or human factors during production, laying, and operation, which can generate structural defects at different scales and affect the electrical performance of XLPE. In this paper, the molecular defects, aggregated structural defects, and macroscopic air gap defects in XLPE power cables were reconstructed and characterized by X-ray Diffraction (XRD) and transmission and reflection modules of terahertz time-domain spectroscopy (THz-TDS). The results show that the amplitude and phase information of terahertz time-domain spectroscopy exhibit sensitive to the structural changes of polar molecules and aggregates, respectively. The location and size of hidden air gap defects can be accurately identified and calculated by the combined technique of transmission and reflection modules of terahertz time-domain spectroscopy, realizing the nondestructive detection of defects at different scales.Key words: cross-linked polyethylene; terahertz time domain spectroscopy; defects; nondestructive testing0 引言交联聚乙烯（cross-linked polyethylene，XLPE）以其优异的电气、力学性能被广泛应用于中高压电力电缆[1]。
XLPE电力电缆检测技术的探讨
XLPE电力电缆检测技术的探讨[摘要]用XLPE电力电缆试品的工频、0.1Hz超低频和振荡波电压试验和局部放电检测法试验，探讨能够有效发现、判别XLPE电力电缆运行故障隐患的试验方法。
[关键词]电力电缆检测局部放电1.XLPE电力电缆检测现状XLPE电力电缆的检测方法主要采用定期测量其绝缘电阻、泄漏电流、介质损耗以及耐压试验。
这些试验方法虽然在一定程度上能发现电力电缆的缺陷，避免了许多事故的发生，但是其局限性是很明显的，试验合格的设备投入生产后不久就出现事故的情况也时常出现，甚至经过耐压试验的电缆在投运几个小时后就能发生击穿事故。
交流耐压试验可以避免上述缺陷，能对电缆的绝缘能力进行严格的考验。
2.工频电压、振荡波电压和超低频电压试验缺陷类型见表1。
实验结果见表2。
表1 缺陷类型表2 实验结果事实上，要真正发现绝缘的潜在老化缺陷，局部放电的检测是最有效的手段。
3.局部放电检测试验3.1实验原理局部放电检测法不但能检测出缺陷处发生的局部放电，并可测出缺陷的具体部位，但是，由于局部放电信号很微弱，而干扰信号又比较多，有的干扰信号甚至比局部信号还强，检测时需要对干扰信号进行有效处理。
本文采用脉冲电流传感器感应局部放电信号，配合前置滤波放大电路去除干扰，试验原理如图1。
图中：R 为限流电阻，Ck为耦合电容、Cx为实验电缆，D为脉冲电流传感器。
实验中使用示波器及时观察局放信号，以便控制实验电压。
3.2模型的设计根据运行中XLPE电力电缆可能出现的缺陷，本文采用长度为5m的10KVXLPE 电力电缆为试品，设计制作了5种典型的含有局部缺陷的电缆头，分别是电缆绝缘局部损伤的电缆头、电缆线芯有毛刺的电缆头、电缆绝缘含气隙（泡）的电缆头、受潮以及含水树的电缆头。
为了对比非故障电缆和有故障电缆在试验电压下的脉冲电流信号，还设计了一种绝缘完好的电缆头。
制作的电缆头结构如图2。
电缆受潮缺陷采用水浸泡方法产生，图中未表示。
220_kV_电缆XLPE_绝缘材料热氧老化性能对比
料特 性 缺 乏 系 统 研 究 [10] 。 若 以 运 行 经 验 丰 富 的
220 kV 进口料为参照,通过深入比较国产与进口料
电缆绝缘料市场主要被陶氏和北欧化工两家公司占
料耐老化性能,还能进一步获知材料差距,推动材料
国内高压电缆工程建设。 因此,高压电缆绝缘材料
工程实际意义。
缘电缆具有质量轻、性能好和便于维护等优点,从
rate. And regardless of the degree of aging, the domestic material obviously maintains its advantages in electrical strength.
Keywords:crosslinked polyethylene; cable insulation; thermal-oxidative aging; breakdown strength; electrical tree; mechanical property
(1. 南方电网科学研究院有限责任公司,广东 广州 510663; 2. 深圳供电局有限公司,广东 深圳 518000)
摘 要:以进口同级材料为对比,对国产 220 kV 交联聚乙烯( XLPE) 交流电缆绝缘料开展不同温度
下的热氧老化实验,采用红外光谱、差示扫描量热法、凝胶含量、机械性能、电气性能等测试对材料
Abstract:With the imported material of the same voltage level as a reference, thermal-oxidative aging
tests were done at different temperatures for domestically produced 220 kV crosslinked polyethylene
XLPE电缆绝缘故障在线监测系统的研究
店 谍 它
ＧＵＡ Ｇ ＸＩ ＡＮ ＹＥ ＤＩ
研究与探讨
差频在线监 测法 的检测方式与直流法相似 ，在 工频交流 电下叠加低频 电压 ， 观察其对老化 电缆的响应程度。针对 目前 国内外研究 的低频叠加 采用不 同频段和 波形 试探 的现状下 ， 寻求 出真正能体现 电缆老化程 度的低频加载信号 。近来 ， 有研 究 发现在 同时对含 水树枝 Ｘ Ｐ Ｌ Ｅ电缆施加两个 频率相近或相
维普资讯
研究 与探讨
ＧＵＡＮＧ ＸＩ ＡＮ ＹＥ ＤＩ
虞 谍 它
Ｘ Ｐ Ｌ Ｅ电缆绝缘故障在线监测 系统的研究
廖 远 忠
（ 州供 电 局 ， 西 柳 广 柳州市 ５５０ ） ４ ０ ５
［ 要】本文分析 了 目前各种 电力电缆绝缘故障在 线监 测方法 的利弊 ， 出基 于差频法的在线监测方案 ， 摘 提 并进行模拟试验 和分析 ， 验证 了该方案的合理性和试验装置 的实用性 ， 电力 电缆绝缘故障在线监测研 究提供 了新 验
在正常运行 电压下 ， Ｌ Ｅ电缆的直流分量很微 弱。当护 ＸＰ 套绝缘不 良或浸水时 ， 铜屏 蔽层与镀锌钢带 间会产 生原电池 ， 再加上外界 的电磁场干扰与静 电感应 ， 都会产生杂 散电流 ， 而 这个 电流 的大小可以和 由水树枝产生 的直流成分相 比拟 。这 将最终影响到测量结果的真实性 。
２２ 直流 叠加 法在 线 监 测技 术原 理及 方 法 －
外力破坏事故等排除 ，就可 以认 为现场绝缘诊 断应 以水树 老 化为主 。即水树 枝老化被认为 是造 成 ＸＬ Ｅ电缆 在运行 中被 Ｐ
击穿的主要原 因。 本文在对几 种 目前存在 的 ＸＬ Ｅ电缆绝缘在线 监测方 法 Ｐ 进行研究的基础上 ， 提出 了基于差频法 的在线监测方案 ， 而 从 为更 好的实际运用 电缆绝缘故 障在线监测技术 ，为 电力 系统 安全、 方便 、 迅捷 的排 除电缆故 障提供有利 的理论依 据。
高压XLPE电缆击穿的制造因素分析及有效控制
高压XLPE电缆击穿的制造因素分析及有效控制鲁宁【摘要】高压电缆尤其是超高压交联聚乙烯(XLPE)电缆在输电运行中一旦被击穿,将对电网造成巨大损害,给国家造成重大损失.同时,企业在生产制造过程中,一旦发生电缆局放值(PC值)超标,甚至耐压测试击穿,给企业造成的经济损失也非常巨大.该文从电击穿理论入手,对高压XLPE电缆的生产制造过程进行了分析研究,找出导致高压击穿及局放值超标的关键要点,如导体毛刺;导体半导电屏蔽带的电导率;模具及流道的磕碰、划伤;材料的洁净和储存;绝缘层中微孔的数量、大小、内应力等.通过对这些容易被忽视,而且又极其重要的生产制造环节进行剖析,并给出控制方法,以达到降低局放值和击穿频率,提高高压XLPE电缆整体品质的目的.【期刊名称】《江苏电机工程》【年(卷),期】2017(036)004【总页数】6页(P43-47,58)【关键词】电树枝;尖端;凸刺;击穿;局放值;微孔;晕环;焦烧【作者】鲁宁【作者单位】山东宝世达电缆有限公司,山东济南 250101【正文语种】中文【中图分类】TM247随着我国大规模西电东送及“一带一路”建设的推进，高压及超高压电缆的应用更加广泛，其抗击穿能力的提升更加迫切。
由于导致高压交联聚乙烯(XLPE)电缆击穿的原因很多，当电缆击穿时，击穿点类似于“爆炸”，现场崩裂并被破坏，很难收集完整、准确的资料，来证明是哪一因素所致。
因此，给生产企业的改进带来许多困扰。
目前我国的高压及超高压XLPE电缆生产线都是进口，生产操作人员常常忽略一些看似无关紧要的细节，从而导致出现大问题。
现将理论与实际相结合，对这些因素逐一进行剖析，找出关键要点及其改进措施，以期对我国高压电缆制造质量的提升有所帮助。
树枝化放电会造成绝缘提前老化，严重影响XLPE电缆的使用寿命和运行可靠性。
应根据其生成机理，找出抑制树枝化放电老化的方法。
树枝化放电主有电树枝、水树枝和电化学树枝3种类型，其中，前2种对电缆的影响最大。
高压XLPE绝缘电缆中微孔、杂质及界面突起尺寸限值研究
高压XLPE绝缘电缆中微孔、杂质及界面突起尺寸限值研究范玉军【期刊名称】《《电线电缆》》【年(卷),期】2019(000)006【总页数】4页(P7-9,30)【关键词】高压电缆; XLPE绝缘; 微孔; 杂质; 突起【作者】范玉军【作者单位】上海电缆研究所有限公司上海国缆检测中心有限公司上海200093【正文语种】中文【中图分类】TM247.10 引言随着城市化进程的不断推进，城市用高压电力电缆的保有量越来越大。
随之而来，提升高压电缆的品质对城市供电来讲也变得尤为重要。
目前，高压电力电缆基本上是采用交联聚乙烯（XLPE）绝缘，有效地控制绝缘中的微孔、杂质及界面突起是保证电缆绝缘品质的重要手段之一。
现行高压电缆的国家标准GB／T 11017.1—2014［1］、GB／T 18890.1—2015［2］和GB／T 22078.1—2008［3］分别对110 kV、220 kV 和500 kV 电缆绝缘中的微孔、杂质，以及半导电屏蔽与绝缘界面上的微孔、杂质及突起进行了相应的规定，美国绝缘电缆工程师协会发布的ANSI／ICEAS-108-720—2018［4］标准又对上述内容进行了更加细致的规定。
本文采用国际上通行的理论计算公式，并利用EXCEL 软件通过迭代方式实现了对杂质及突起尺寸的计算，并针对最严格情况下我国高压电缆典型结构中微孔、杂质和突起尺寸限值进行了计算。
对理论计算限值、国标界限值以及美标界限值进行了对比分析，为后续修订国家标准奠定基础，同时也为企业和用户在控制质量和制定要求时提供帮助。
1 微孔尺寸限值的理论计算日本的JEC-3408［5］和美国AEIC CS9-15［6］均给出了关于绝缘中及绝缘与屏蔽层界面上微孔的典型计算公式，其内容基本一致，见式（1）：式中：2a 为有害微孔的直径（mm）；Va 为放电起始电压（kV），等于系统最高电压除以3 再乘以1.2（假定放电起始电压与熄灭电压的比值为1.2），也等于相对地电压乘以1.1 再乘以1.2（假定电压波动时系统最高电压与系统的相电压比值为1.1）；r2为绝缘外侧半径（mm）；r1 为绝缘内侧半径（mm）。
浅析交联聚乙烯(XLPE)绝缘电缆在状态检修技术中的应用
浅析交联聚乙烯（XLPE）绝缘电缆在状态检修技术中的应用摘要:目前，交联聚乙烯电缆（XLPE）以其合理的结构、工艺以及优良的电气性能等优点，在国内外被越来越广泛使用。
但是，近年来的运行和研究表明，交联电缆的绝缘材料在运行中易产生树枝性放电，造成绝缘老化、损伤，危及电缆安全运行。
因此，充分认识交联电缆的绝缘特性，对保障设备乃至系统的安全运行具有十分重要的意义。
本文基于10kV电缆常用的状态检修试验方法进行了分析。
引言电力电缆在电力系统及城市配电网中使用广泛，它的绝缘状况直接影响电力系统发、供、配电的安全运行，因此应当按《规程》要求对其执行状态检修，以便及时发现缺陷。
随着电网改造工程的不断深入，交联聚乙烯电缆（XLPE）越来越被广泛使用，理论和实践表明，直流耐压试验对交联聚乙烯电缆（XLPE）是无效切具有危害性，取而代之的试验方法是采用交流耐压试验，包括工频耐压试验、变频串联谐振耐压试验、超低频0.1Hz耐压试验、振荡电压试验等。
但因传统的电力电缆定期试验模式已经不能完全适应电网发展的要求，在这种情况下，特高频局部放电检测技术、超声波局部放电检测技术、红外热成像检测技术等综合状态检修技术应运而生。
一、交联聚乙烯电缆（XLPE）停电试验介绍电力电缆的薄弱环节是终端头和中间接头，往往由于设计不良或制作工艺、材料不当而带有缺陷。
有的缺陷可在施工过程和验收试验中检出，更多的是在运行中逐渐发展、劣化直至暴露击穿。
1.1 测量绝缘电阻从电缆绝缘电阻的数值可初步判断电缆绝缘是否受潮、老化，并可检查由耐压试验检出的缺陷性质，所以，耐压前后均应测量绝缘电阻。
测量时，额定电压为1kV及以上的电缆应使用2500V兆欧表进行。
1.2 工频交流耐压试验由于电缆是在工频交流下运行，所以交流耐压试验才是鉴定电气设备绝缘强度最直接的方法，它是判断电气设备能否出厂，能否投运，以避免发生绝缘事故最有效最主要手段。
工频交流耐压试验在现场，橡胶电缆试验电压2.5U。
浅谈交联聚乙烯(XLPE)电缆的现场耐压试验方法
浅谈交联聚乙烯（XLPE）电缆的现场耐压试验方法摘要：本文详细介绍了电缆线路的耐压试验方法及具体实施，重点讨论了大容量长电缆的耐压试验方法，对于现场试验具有一定的指导和借鉴意义。
关键词：高压电力电缆;主绝缘;试验技术;有效性前言近年来，随着城市不断发展，各变电站间经济实用的架空线路走廊也不断减少，高压电力电缆随之出现。
为保证设备正常运行，需要对新安装的高压电力电缆进行试验，根据国标交接试验规程，需要对高压电力电缆进行主绝缘试验。
通过运行和研究的例子分析，部分高压电力电缆的主绝缘仅用直流耐压试验方法进行检测，投运后不久便发生电缆击穿事故。
而交联聚乙烯电缆的绝缘层，在直流电压下易发生树枝化放电，进而令绝缘加速老化。
因此，为保障设备乃至系统的安全运行，需要高试技术人员充分认识高压电力电缆的绝缘特性，通过不断试验总结分析，选择有效的耐压试验方法，以提前发现或预防高压电缆的绝缘缺陷。
1.耐压试验方法的选择。
目前己有高压电力电缆主绝缘试验的技术方法中，将最常用直流耐压和交流耐压两种方法进行对比。
1.1 直流耐压试验法（1）对高压电力电缆进行直流耐压试验，是传统的方法。
实践证明，这种方法非常适合油纸绝缘的电缆，但是，对于高电压等级的橡塑绝缘电缆，却是低效而且有害的。
（2）对高压电力电缆进行直流耐压试验过程中，施加在电力电缆上的电压是按照电阻率分布的，不能反映电缆在交流耐压下电压按介电常数分布的实际工况，因此这种方法，对检验出高压电力电缆在交流电压作用下的绝缘缺陷，不是非常有效。
（3）对高压电力电缆进行直流耐压试验后，在电缆内部将集起空间电荷，电缆投入运行时，其残留的直流电荷会在交流电压峰值上产生叠加，令电缆某一时刻的运行电压大于其额定电压，会造成电缆的老化，并且有可能导致绝缘降低而击穿。
（4）电缆内部，某些绝缘弱点的部位均可能产生局部放电，持续的局部放电对绝缘是非常有害的。
直流电压可使电缆内部的局部放电大为减弱，不利于检出绝缘缺陷。
交流500 kV XLPE海缆绝缘材料在电-热联合应力下的工频击穿特性与寿命模型
交流500kV XLPE海缆绝缘材料在电-热联合应力下的工频击穿特性与寿命模型刘智谦1，2，戴锡泽1，郝建1，高震3，李捍平3，郑新龙3（1.重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室，重庆400044；2.南京南瑞继保电气有限公司，江苏南京211102；3.国网浙江省电力有限公司舟山供电公司，浙江舟山316021）摘要：为深入掌握交流500kV交联聚乙烯（XLPE）海缆绝缘材料在电-热应力下的工频击穿特性并建立电-热联合寿命模型，本研究首先对500kV海缆主绝缘进行25、40、55、70℃步进应力下的电-热联合绝缘击穿试验，对电气强度和耐压时间进行Weibull统计分析，获得不同温度下等效电气强度和等效耐压时间的变化规律。
然后，通过多元线性回归建立FALLOU、SIMONI和CRINE模型并进行误差分析。
最后，研究构建适用于该交流500kV XLPE材料的E-T耦合参数模型。
结果表明：在相同温度下，随着每级电压持续时间的增加，等效电气强度逐渐降低；在每级电压持续时间相同时，随着温度的升高，等效电气强度和电压持续时间均呈现先上升后下降的趋势。
对电-热联合老化模型的分析表明，3种模型拟合误差较大，拟合优度不满足精度要求。
本研究通过利用逐步回归计算电-热变量与寿命的显著性与相关性，获得改进的电-热联合老化寿命模型，误差分析显示改进模型具有较好的拟合精度。
关键词：海底电缆；交联聚乙烯；步进应力；绝缘性能；电-热联合绝缘寿命模型中图分类号：TM215；TM855文献标志码：A文章编号：1009-9239（2021）02-0092-09DOI:10.16790/ki.1009-9239.im.2021.02.016Power Frequency Breakdown Characteristics and Lifetime Modelof500kV XLPE Submarine Cable Insulation Material underElectro-thermal StressLIU Zhiqian1,2,DAI Xize1,HAO Jian1,GAO Zhen3,LI Hanping3,ZHENG Xinlong3(1.State Key Laboratory of Power Transmission Equipment&System Security and New TechnologyChongqing University,Chongqing400044,China;2.NR Electric Co.,Ltd.,Nanjing211102,China;3.State Grid Zhoushan Power Supply Company,State Grid Zhejiang Electric Power Co.,Ltd.,Zhoushan316021,China)Abstract:In order to deeply grasp the breakdown characteristics of AC500kV cross-linked polyethylene(XLPE) submarine cable insulation materials under electrical-thermal stress and establish an electrical-thermal combined lifetime model,we conducted electrical-thermal breakdown experiments on the XLPE material at25,40,55,70℃under step stress firstly.The AC electric strength and voltage duration time were analyzed by Weibull distribution to obtain the equivalent AC electric strength and voltage duration time at different temperatures.Then the FAL‐LOU,SIMONI,CRINE models were established by multiple linear regression method,and their error was ana‐lyzed.Finally,an E-T lifetime model for the AC500kV XLPE material was constructed.The results show that at the same temperature,the equivalent electric strength decreases with the increase of voltage duration time of each收稿日期：2020-04-25修回日期：2020-07-05基金项目：国家电网公司科技项目（52110417000N）作者简介：刘智谦（1995-），男（汉族），江苏泰州人，硕士生，主要从事电气设备绝缘在线监测与故障诊断的研究；郝建（1984-），男（汉族），河北衡水人，副教授，主要从事新型绝缘材料研发及其性能表征的研究。
热老化XLPE电缆绝缘的介电击穿行为的研究
ａ ｄ ｏｈ ｒｐ ｙｉａ／ ｈ ｍｉａ ｒｐ ｒ ｅ．Ｔ ｅｏ ｊｃ ｆ ｈｓｐ ｐ ｒｉ ｔ ｓ ｄ ｅｖｒａｉｎ ｉ ｈ ａａ ｔｒ ｆ ｉｕｌ ｎ ｔｅ ｈ ｓｃ ｌｃ ｅ ｃ ｌ ｏ ｅｔ ｓ ｈ ｂｅ ｔ ｉ ａ ｅ ｏ ｔ ｙｔ ａｉｔ ｎｔｅｐ ｒｍｅｅｓｏ ｂ ｌ ｐ ｉ ｏｔ ｓ ｕ ｈ ｏ Ｗｅ
ｑ ｌｔ ｆｉ ｓ ａｉ ｎ ｍａ ｅｉ ｌ ｎ ｔ ｐｐ ｉａｉ ． Ｔｈ ｒ ａ ｅ ｂ ｅ ｎｙｒ ｐ ｔｓｏ ｈｅ ｓｕｄ ｆｔ ｅ ｂ ｅ ｋ ｏ ｏｔｇ ｕａｉｙ ｏ ｎ ｕｌｔｏ ｔｒａｓｉ ｈｅａ ｌｃ ｔ ｏｎ ｅ ｅ ｈ ｖ ｅ ｎ ｍａ ｅ ｏ ｎ ｔ ｔ ｙ ｏ ｈ ｒ ａ ｄ ｗｎ ｖ ｌａ ｅ ｏ ｆＰＥ ｎ ａ ｄ ＸＬＰＥ ｔ ｕ ｈ，ｎ ｔｍｕｃ ｔ ｙｗｏ ｋ ｖ ｅ ｎ ｃ ｒｉｄ ｏ ｔｏ ｈｅ ｄｅｅ ｔｉ ｒ ａ ｄ ｗｎ ｂｅ ａ ｉｒｏ ｈ ｒ ａ－ ｈｏ ｇ ｏ ｈ ｓｕｄ ｒ ｓｈａ ｅ ｂ ｅ ａ ｒｅ ｕ ｎ ｔ ｉｌｃ ｒｃ ｂ ｅ ｋ ｏ ｈ ｖｏ ｆｔｅ ｍ ｌ
其他的物理化 学性能有 密切 的关 Ｌ Ｅ电缆的威 布 尔统计 分布参
数 的 变化 行 为 。 研 究 结 果 显 示 威 布 尔参 数 变化 对 Ｘ Ｐ Ｌ Ｅ绝缘 材 料 的 热 老化 程 度 是 非 常敏 感 的 ， 用威 布 尔参 利
ｌ ｇ ｄ ＸＬＰＥ ｂｌｓ Ｔｈ ｒ ｍ ｅｅ ｓｃ ａ ａ ｔｒｚ ｈ ｅｂ ｌｓａｉｔｃ ｌｄｉｔｉ ｔｏ ｙａ ｅ ｃａ ｅ ． ｅ ｐａａ ｔ ｒ ｈ ｒ ｃ ｅ ｅ ｔ ｅ Ｗ ｉｕｌ ｔ ｔｓｉ ａ ｓｒｂｕ ｉｎ， ｉ ｅ． ｔ ｃ ｌ ｎ ｈ ｐ － ｉ ． ｈｅ ｓ ａ ｅ ａ ｄ ｓ ａ ｅ ｐａ ｒ ｍｅｅ ｓ，ａ ｅ ｉ ｉ ｔｌ ｅａｅ ｔ ｈ ｌ ｃ ａ ｏ ｓｒ ｃ ｉｎ，ｃ ｎ ｅ ｄ ｈ ｐ ｆｐｈ ｓｃ ｌａ ｄ ｃ ｍ ｉａ ｅｅ ｔ ａ ｔｒ ｒ ｎｔｍａｅｙ ｒ ｌ ｔｄ ｗｉｈ ｔ ｅ ｍｏ ｅ ｕｌｒｃ ｎ ｔｕ ｔｏ ｏ ｔｎｔａｎ ｓ ａ ｅ ｏ ｙ ｉ ａ ｎ ｈｅ ｃ ｌｄ ｆｃ ｓ
XLPE电缆绝缘性能参数测量
XLPE电缆绝缘性能参数测量【摘要】交联聚乙烯绝缘电力电缆（简称XLPE电缆），通过物理或化学方法将聚乙烯进行交联而成，性能优良、工艺简单、安装方便、载流量大、耐热性好，目前在配电网、输电线中应用广泛并逐渐取代了传统的油纸绝缘电缆，于是我们针对交联聚乙烯的绝缘性能的测量进行了论述。
【关键词】交联聚乙烯电线电缆绝缘性能参数测量方法0.引言近20年来，大量引进的66—220kV级和国产的66—220kV级的XLPE电缆已广泛应用于城网送电系统中。
随着时间的推移，如今运行的66kV及以上高压的XLPE电缆，有些已逐渐进入电缆及其附件预期寿命“中年期”。
电缆系统在实际使用状况下，能够继续长时期可靠工作或因绝缘老化加速而缩减使用寿命是运行管理部门十分关注的问题。
1.XLPE电力电缆劣化机理交联聚乙烯绝缘电力电缆由线芯、半导体屏蔽层、XLPE绝缘、铠甲、护套等结构组成，在实际运行中，XLPE绝缘会由于老化造成绝缘性能劣化。
XLPE 电力电缆劣化机理包括：⑴热劣化：电缆运行温度超过材料允许温度时，材料发生氧化分解等化学反应，从而使电缆绝缘电阻和耐压性能下降；⑵电气劣化：绝缘内部气隙、绝缘和屏蔽层之间的空隙部位的电晕放电、屏蔽层上的尖状突起等引发局部放电，并产生电树枝，引起耐电强度下降；⑶水树枝劣化：有机材料在长时间受水浸渍将吸潮，在强电场作用下水分将呈树枝状侵蚀电缆，生成水树枝；⑷化学性劣化：有机材料溶胀、溶解、龟裂、化学树枝状裂化。
这些电缆的劣化都可以通过检测直流泄漏电流和交流电压下的tgδ和局部放电来判断其绝缘状况2.绝缘性能测量2.1绝缘电阻测量测量电力电缆的主绝缘电阻可以检查电缆绝缘是否老化、受潮，以及耐压试验中暴露出来的绝缘缺陷。
根据不同的机理，可以得出不同的诊断方法。
2.1.1停电诊断方法我国《规程》规定的停电诊断方法有：（1）测量电缆主绝缘绝缘电阻对 0． 6／1kV电缆用 1000V绝缘电阻表； 0.6/1kV以上电缆用2500V绝缘电阻表；其中6kV及以上电缆也可用5000V绝缘电阻表。
高压电缆缺陷模拟及状态评估技术评述
高压电缆缺陷模拟及状态评估技术评述江航;杨勇;周伟杰;曹俊平;蒋瑜宽【摘要】随着电力电缆在电网中应用的占比增大,电缆故障越来越频繁,而国内在电缆缺陷故障的监测与预防方面还存在不少的空缺,现有技术各有优劣.通过列举电缆的典型缺陷故障,介绍电缆缺陷常用的仿真模型和制作方法;并分别从离线诊断技术、在线监测技术和电缆状态评估体系3个方面分析电缆状态评估的现状,通过比较各技术的优缺点,为电缆状态量测量和总体状态评估的进一步研究提供依据.提出了电缆状态仿真技术的发展趋势:侧重于研究不同工况下的典型缺陷电缆模型的温度、接地电流、局部放电等状态量的变化规律;根据变化规律提出电缆状态综合诊断及评估方法;合理配置检测设备参数并优化硬件设施,弥补现有设备的不足之处;联合多种在线检测技术对电缆进行综合诊断,实现电缆运行状态的准确评估.【期刊名称】《浙江电力》【年(卷),期】2017(036)010【总页数】7页(P31-36,49)【关键词】电力电缆;缺陷模拟;状态评估;仿真;典型故障【作者】江航;杨勇;周伟杰;曹俊平;蒋瑜宽【作者单位】国网浙江省电力公司电力科学研究院, 杭州 310014;国网浙江省电力公司电力科学研究院, 杭州 310014;杭州电力承装有限公司, 杭州 310004;国网浙江省电力公司电力科学研究院, 杭州 310014;国网浙江省电力公司电力科学研究院, 杭州 310014【正文语种】中文【中图分类】TM206电力电缆具有占地少、电气性能优越、隐蔽耐用等优点，可减少电网对交通运输及城市建设的影响，因此在城市电网中得到广泛应用。
但随电力电缆运行年限的增加，其故障率逐年提升。
由于电缆的封闭式结构、铺设方式以及测试设备的局限性，故障的定位和排除困难重重，若排查不及时，使得故障扩大化，将影响电力系统安全稳定运行。
电缆中存在缺陷时会发生发热、局部放电、接地电流增大等现象，通过状态检测试验手段可以及时有效地发现内部存在的故障缺陷。
10kV电缆缺陷分类及仿真计算报告
10kV电缆缺陷分类及仿真计算报告目录1 10kV XLPE电缆局部缺陷类型分析 (2)1.1 XLPE电缆主要缺陷类型及其原因 (2)1.1.1电缆绝缘老化 (2)1.1.2电缆机械损伤 (2)1.1.3施工质量低 (2)1.1.4过电压或过负荷 (3)1.1.5生产工艺不合格 (3)1.1.6鼠蚁虫害的破坏 (3)1.2 电缆故障统计 (3)1.3 本项目研究的10kV XLPE典型局部缺陷选择 (4)1.4 电缆终端电场可按静电场进行分析 (5)1.5 分析工具及算法 (5)1.6 误差分析 (7)1.6.1 有限元剖分误差分析 (7)1.6.2 有限元边界误差分析 (7)1.6.3 其他误差分析 (8)1.6.3 总体误差分析 (8)1.7 模型建立及剖分 (8)1.7.1 模型及边界条件 (8)1.7.2 物理模型 (8)1.8 边界条件及介质参数 (8)2 含杂质缺陷的电缆接头电场分析 (10)2.1 建模 (10)2.2 有限元计算结果 (10)2.2 结论 (13)3 应力锥安装错位电场分析 (14)3.1 应力锥安装覆盖电缆半导体层50mm (14)3.2 应力锥安装覆盖电缆半导体层46mm (15)3.3 应力锥安装覆盖电缆半导体层73mm (16)3.4 结论 (17)4 终端受潮电场分析 (18)4.1积水在原理导线侧地电场分布 (18)4.2积水在靠近导线处的电场分析 (19)4.3 结论 (21)5. 电缆本体受损电场分析 (22)5.1 电缆电缆本体只存在孔洞，孔中不含其它杂质 (22)5.2电缆本体存在孔洞，将平头铜丝插入孔中 (23)5.3电缆本体存在孔洞，将尖头铜丝插入孔中 (24)5.4 结论 (25)6 电缆缺陷模拟试验初步方案 (26)6.1 终端应力锥安装错位的模拟试验 (26)6.2 终端受潮的模拟试验 (26)6.3 电缆绝缘受损缺陷的模拟试验 (26)6.4 中间接头含杂质的模拟试验 (26)110kV XLPE电缆局部缺陷类型分析1.1XLPE电缆主要缺陷类型及其原因1.1.1电缆绝缘老化对于10kV XLPE电缆的老化原因，一般认为电树枝、水树枝、热老化的发生，导致电缆及其附件绝缘性能的降低，且出现频率较高。
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绝缘材料2014，47(2)引言交联聚乙烯（XLPE ）电力电缆由于其优异的电气性能、力学性能和热性能在电力传输中得到广泛应用。
虽然电缆制造技术近些年得到大幅度提升，但在电缆的运输和敷设过程中仍存在各种缺陷。
研究表明[1-4]，缺陷附近的电场会畸变严重，特别由于金属针尖缺陷的存在将注入空间电荷，严重情况下会导致电缆绝缘击穿。
因此，研究缺陷对XLPE 电缆绝缘击穿特性的影响及其机理有特别重要的意义。
XLPE 电缆绝缘的击穿特性与其内部空间电荷的积累及电树枝的产生密切相关[5-6]。
根据Bahder [7]的观点，空间电荷主要是以电子或电离气体分子的形式，被放电流注体注入到聚合物的自由体积网络内。
如果这些自由体积成管状，电荷就会形成分支—————————————收稿日期：2013-7-11修回日期：2013-09-17基金项目：国家自然科学基金(50977071、51177121)；特高压工程技术（昆明、广州）国家工程实验室开放课题（NEL201207）作者简介：李欢（1988-），男（汉族），陕西省汉中市人，博士生，研究方向为缺陷结构对XLPE 电缆绝缘介电性能和理化性能的影响。
含针尖缺陷的XLPE 电缆绝缘击穿行为的频率依赖特性研究李欢1，李欣1，李巍巍1，李建英1，王国利2（1.西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室，西安710049；2.特高压工程技术（昆明、广州）国家工程实验室，广州510045）摘要：研究了在20～300Hz 频率范围内含针尖缺陷的电缆绝缘试样在变频电压和阻尼振荡波电压作用下的击穿特性，变频击穿采用连续升压和逐级升压两种方式。
结果表明：连续升压下的变频击穿电压、逐级升压下的变频击穿电压和阻尼振荡波击穿电压分别在240Hz 、80Hz 和170Hz 附近出现最大值。
电压形式和电场频率对含针尖缺陷电缆绝缘击穿特性的影响来源于空间电荷的注入及分布特性的差别，这种差别不仅导致击穿电压的不同，还导致击穿的微观路径产生显著变化。
关键词：交联聚乙烯电缆；针尖缺陷；击穿；空间电荷中图分类号：TM855+.2文献标志码：A文章编号：1009-9239（2014）02-0071-06Frequency Dependence Characteristic Study of Breakdown Behavior of XLPE Cable Insulationwith Needle DefectLi Huan 1,Li Xin 1,Li Weiwei 1,Li Jianying 1,Wang Guoli 2(1.State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment,Xi ’an Jiaotong University,Xi ’an 710049,China;2.National Engineering Laboratory for Ultra High Voltage EngineeringTechnology(Kunming 、Guangzhou),Guangzhou 510045,China )Abstract :The breakdown characteristic of XLPE cable insulation with needle defect in the range of 20~300Hz was studied under the effect of variable-frequency voltage and damped oscillation wave voltage respectively,in which the variable-frequency voltage used continuous rising mode and step by step rising mode.The results show that the breakdown voltage maximum under the continuous rising mode,step by step rising mode and damped oscillation wave voltage appears at 240Hz,100Hz and 200Hz respectively.The effects of voltage form and electric field frequency on the breakdown characteristic of XLPE insulation are from the injection and distribution of space charge,which lead to the obvious change of breakdown path.Key words :XLPE cable;needle defect;breakdown;space charge李欢等：含针尖缺陷的XLPE 电缆绝缘击穿行为的频率依赖特性研究71绝缘材料2014，47(2)且电场会在这些电分支的尖端得到进一步加强，从而促使电荷继续向前移动。
如果自由体积阻断了带电粒子，电荷密度则会下降而不能继续向前移动。
在这个阶段，由于自由体积内的放电还没有发生，电树枝还没有形成。
但上述过程已经导致聚合物开始老化降解，其内部会形成一些具有一定分形维数、带有可移动电子的树形结构即电树枝。
L A Dissado等[8]提出电树发展的放电-雪崩模型，如果在树枝管道中发生放电，则沿放电方向的电压会突然降低，进而使树枝尖端的电场增强。
大幅提高的电场与流注体注入的空间电荷一起作用，在树枝尖端的材料内部形成电子雪崩。
如果电子雪崩过程发生在电树枝的主干，则树枝主干的直径将增大，或者在电树枝主干的附近产生另一个分支。
放电与电子雪崩过程不仅会导致产生电树枝，还会导致绝缘击穿。
对于XLPE电缆绝缘来说，其电树枝的分形参数对其击穿特性有重要的影响，而其电树枝的分形参数主要取决于空间电荷的注入与迁移过程[9-10]。
目前，XLPE电缆绝缘的击穿特性与电树枝、空间电荷的关系研究尚无定论，特别是在具有金属针尖缺陷的XLPE电缆绝缘中，击穿及电树枝过程与施加电压种类、频率的关系与内在机理还需更深入的研究。
交流变频电压和阻尼振荡波电压是交流电缆检测中常用的两种电压。
针对含针尖缺陷的XLPE 电缆绝缘，研究在这两种电压作用下电场频率对电缆绝缘击穿特性的影响规律。
基于空间电荷与电树枝生长过程，对击穿特性与频率的关系机理进行讨论。
1试验根据实际电缆可能出现的缺陷，用针尖缺陷来模拟制造施工过程中金属尖端扎入电缆绝缘层或主绝缘层存在悬浮导电颗粒。
制作方法：采用特制的模具，如图1（a）所示，沿10kV XLPE电缆径向扎入直径为1mm的针尖，针尖曲率半径为(10±1)μm，预留绝缘厚度为1mm，针尖接地，如图1（b）所示。
在制造含针尖缺陷电缆试样的过程中，会在XLPE内留下残余应力。
这些应力很大、一致性差且集中在缺陷处，会对试验结果产生极大的不确定性影响，因此在试验前需对试样进行预处理。
先将含缺陷电缆试样在101A-1E电热鼓风干燥箱中80℃下加热4h，既可保证绝缘层尺寸及性能不发生变化，又可充分软化电缆，减少制造缺陷时产生的应力；再将含缺陷电缆试样在烘箱内80℃保温4 h，充分释放电缆中的残余应力。
(a)制造缺陷的模具(b)含针尖缺陷的XLPE电缆截面示意图图1缺陷制造示意图试验采用的变频系统为FSS-10A智能型变频串联谐振耐压试验装置，经过FSST-6T励磁变压器升压，在20~300Hz下通过调节电抗器与补偿电容，使回路达到串联谐振状态，在试样上产生谐振高压对试样进行击穿试验。
此外，通过搭建RLC电路并改变电路参数，获得不同频率的阻尼振荡波电压。
试验时将试样完全浸没在变压器油中，防止沿面闪络或其他形式的放电。
对于变频击穿试验，在20~300Hz频率范围内均匀选取10个频率点（包括50Hz），每个频率点进行10次击穿试验。
采用连续升压（升压速率为300V/s）和20s逐级升压两种方式，研究电压施加方式对击穿试验结果的影响。
对于阻尼振荡波击穿试验，取起始电压为5kV，选择单周期台阶升压方式，升压速率约为0.667kV/s，得到8个频率点下的击穿电压，然后采用威布尔统计方法对击穿数据进行处理。
使用光学显微镜(Olympus BX51M)对击穿电缆试样的击穿通道进行观察，并对电树枝的分形维数进行统计分析。
2结果与讨论2.1不同电压形式下频率对击穿电压的影响规律图2和图3分别为在连续升压和逐级升压的变李欢等：含针尖缺陷的XLPE电缆绝缘击穿行为的频率依赖特性研究72绝缘材料2014，47(2)频电压作用下，含针尖缺陷XLPE 电缆绝缘的击穿电压随频率的变化过程。
图2连续升压条件下频率对变频击穿电压的影响图3逐级升压条件下频率对变频击穿电压的影响由图2可以看出，在连续升压条件下，变频击穿电压随频率的升高先下降，然后在170Hz 附近开始随频率的升高而增大，在240Hz 处取得最大值24kV ，最后又随频率的升高而下降，击穿电压对频率表现出很强的依赖关系。
由图3可以看出，在逐级升压条件下，频率对击穿电压的影响较小。
随着频率的升高，击穿电压在80Hz 附近取得最大值17kV ，之后随频率的升高而下降。
在变频击穿时，频率和升压方式对击穿电压都产生较大的影响。
频率对连续升压时的击穿电压影响更大，对逐级升压时的击穿电压影响较小。
图4为在阻尼振荡波作用下频率对阻尼振荡波击穿电压的影响。
由图4可知，随着频率的升高，击穿电压先升高后下降，在170Hz 附近取得最大值，约为24kV 。
根据图2~4的结果可知，连续升压对变频击穿电压的影响最大，因此后续机理研究选用连续升压变频击穿的XLPE电缆绝缘。
图4频率对阻尼振荡波击穿电压的影响2.2击穿通道随频率的变化规律采用显微镜观察击穿试样发现，试样中除了观察到击穿的主通道外，还在主通道的附近观察到类似于电树枝的分支通道。
图5为连续升压、变频击穿条件下含针尖缺陷XLPE 绝缘的击穿通道微观照片。
对观察结果进行分析[11]，分支通道的形状和稠密程度随频率的升高而变化，低频下较为稀疏，较高频率下变得稠密。
频率低于170Hz 时，分支的数量随频率的升高而增大，但频率高于170Hz 之后基本不变，这与电树枝随频率的变化特性类似[12]。
为进一步研究击穿通道分支随频率的变化规律，采用分形技术对分支图像进行研究。
分形理论是描述不规则事物规律性的科学，分形是一种自相似的、无标度的几何结构，通常用“分形维数D ”来描述物理空间结构的破碎度。