提   要
对XLPE电力电缆施工中电气绝缘性能试验结果进行了分析,找出导致XLPE电缆故障的原因,并提出改进的措施。

关键词:泄漏电流;电缆接头;绝缘;直流试验

前 言
随着电力工业的发展,城市规模的扩大,高压电力电缆在输电线路中的应用正日趋广泛,而交联电力电缆由于电缆结构轻便,易于弯曲,电气性能优良,耐热性能好,传输容量大,安装敷设方便,特别是没有漏油而引起火灾的危险,广泛地受到用户的欢迎。目前,我国已从国外引进多条生产线,并能生产35kV、110kV级产品。为了保证电力电缆的运行及寿命,要求电缆具有优良的绝缘性能。尤其是电缆安装以后我们经常对电缆的绝缘性能进行一系列的检测试验,其目的是为考核电缆本体,各种接头的主绝缘是否满足厂家规定以及在额定电压下运行的可靠性,同时检验电缆绝缘有无缺陷。
本文对出厂合格的XLPE电力电缆在施工安装中电气绝缘性能交接试验的部分关键性项目,以及在试验中出现的故障及较典型的数据,进行综合分析。从而找出XLPE交联电缆绝缘损坏的根本原因,并提出改进措施。

1 、试 品
本次试验电缆为国产110kV XLPE交联电力电缆,铜园芯型,外径105mm,全长4km,沿电缆沟敷设,弯曲半径大于15D,每段长度680m,采用交叉互联,每相5个中间接头。

2 、交接试验

 2.1 绝缘电阻的测定
电力电缆系大电容被试品,用测量绝缘电阻和吸收比检查绝缘是否受潮,脏污或有无缺陷是非常灵敏的,如绝缘受潮或有局部缺陷,吸收比值将接近于1,电阻值会显著降低,本次试验采用2500伏级的兆欧表,接线如图1。

应予注意的是,测得数值后,一定要先将测试表笔脱离被试电缆,再停止兆欧表的转动,以免电缆发生反充电现象而损坏兆欧表。一般绝缘电阻的测定是在对电缆耐压前后进行。这样做的好处:一是避免在电缆严重受潮或机械损伤导致绝缘严重损坏的情况下,直接施加高电压;二是为了检查电缆耐压试验中可能产生而并未暴露的缺陷。本次耐压前后所测量的绝缘电阻值如表1所示。

 2.2 直流耐压与泄漏电流的测量
 因地下电缆的电容大,一般采用直流耐压试验[1],这种方法比交流试验用电源功率小,测量操作容易,对吸湿和局部绝缘损伤的分辨能力高,而施加直流高压对绝缘物的损伤要比交流小。
试验程序按常规进行,试验结线如图2所示。要注意的是:测量泄漏电流的微安表接于低压端时,必须测出试验电压下不接被试电缆时的杂散电流,然后将接有被试电缆的泄漏电流减去这个数值。另外,连接被试电缆的高压导线应选得粗、短一些,并尽量减少尖端及增加高压对地距离,因高压连线导线是暴露在空气中,当电场强度约高于20kV/cm时,导线表面的空气发生游离对地将产生一定的泄漏电流,会对被试电缆造成误差。
本次试验直流耐压值取3倍被试品额定相电压(即220kV,负极性),加压时间为15min。同时在加压过程中每隔全电压的四分之一处停留1 min并读取泄漏电流值,加全电压后在5min、10min、15min时分别读取泄漏电流值。其试验结果如表2所示。

3 、综合分析
从表1、表2中看到A相、B相升压后,无异常现象。通过全电压耐受15min,且泄漏电流值在耐压前后变化正常。而C相,当电压加到220kV全压时,停留在4min时,电压突然下降。当时,停止试验,检查外电路无误后,重新加压到15kV时,泄漏电流上升很快,已达到8mA,电压上升也很困难,只得停止试验。
根据试验现象和泄漏电流增长速度,我们初步分析认为造成这种现象的原因是因为泄漏电流大小是决定于绝缘层电导。在绝缘测量中,从施加电压范围来看几乎是离子式电导,该电流随绝缘体吸湿程度而定。如果绝缘层吸湿,电流就增加。这种情况,在测量电缆的绝缘电阻的吸收比时已明显看出来,C相的吸收比在1左右,因而可判断C相的故障为绝缘受潮。

通过故障测导,确定为C相的第五个中间接头处。经解剖,发现电缆内半导电层上有象树枝那样细微放电痕迹。如图3所示。这种现象发生多半是由于敷设环境而产生,当有多量水份和电场共存的状态下,可出现这类细微放电,使电缆的绝缘强度大幅度地降低[2]。分析造成这一故障的原因:是因为在进行电缆头之间连接时,采取的是“全面开花”,即将所有的连接头全部切削好,然后再依顺序一个个连结。而切削好的电缆头又没有用塑料罩包好,因而使其绝缘部分在空气中暴露的时间太长,且天气又潮湿,至使水份侵入导体内部所致。据我国电缆运行事故统计,类似这一类故障约占总故障的50%。即XLPE电缆的老化主要是浸水老化。在无水份影响空间加电压场合,XLPE电缆的长期老化特性非常优异,在目前应用的电位梯度下完全无问题,当XLPE电缆吸湿后,在绝缘体中的电场集中处发生细微树枝放电,最终导致绝缘老化和击穿。找到故障原因后,将C相故障接头进行干燥处理并切除故障节,然后连结好。重新进行了绝缘电阻测量和直流耐压和泄漏电流的测量,其结果见表3、表4。从两表中看出,试验中无异常现象,所测得值正常,试验合格。

根据以上分析和运行统计得知:XLPE电缆受潮的原因是电缆在保管、敷设或制作电缆接头时水份误入导体内部所致。针对这种情况我们提出两点改进措施:

 (1)避免水份浸入导体内。在电缆保管中一定要把电缆头密封起来。在施工中,电缆头连结应采取“速战速决”办法;即切削一个头,就连结好一个头,缩短电缆接头在空气中暴露的时间,并注意在进行此项工作时,要在空气湿度小的晴天进行。
(2)在制造技术上,特别要注意绝缘层的高密度和超纯度,力争减少其厚度,同时将内半导电层、绝缘层和外半导电层三层同时挤压,以提高其防水性能。
 

4 、结论

(1)直流耐压试验是检验电缆缺陷的比较简单有效的方法。

(2)泄漏电流法可以判断XLPE电缆受潮故障。

(3)水份的浸入是导致XLPE电缆老化根本原因。

(4)改进电缆连结工序和采用先进制造技术可避免XLPE电缆受潮。

作者：刘金铭①徐刚立② (广东工业大学①电气工程系,②计算机系,广州,510643)