高海拔下全介質自承式光纜電氣絕緣性能的研究

摘 要：全介質自承式光纜也稱ADSS，為非金屬結構。它以其優良的電氣絕緣性能和小負荷等優點廣泛地應用于高壓輸電線路中。在1970m海拔下，對300mm和330mm兩種長度的ADSS試品進行時間為1min的耐85kv的工頻電壓試驗。試驗結果表明：ADSS試品出現了擊穿聲和閃絡的現象，試驗驗證了ADSS的絕緣性不能滿足在1970m海拔下85kv試驗電壓下電氣設備的絕緣要求。ADSS通常布放在空間電位不大于20kv的位置上。可以利用改善光纜護套的方式，加強ADSS的電氣性能，使其適用于1970m海拔以下，室外環境的35k的高壓電氣設備中。

關鍵詞：全介質自承式光纜；電氣絕緣性能；耐壓試驗；高海拔

1 引言

全介質自承式光纜（All Dielectric Self-Supporting）又稱為ADSS，俗稱電力光纜。ADSS纜芯為PBT松套管結構，光纖和防水油膏填充滿PBT松套管，為了使得光纜在承受負載拉伸到光纜最大額定負載前保證光纖在光纜中不受到任何應力，需要在PBT松套管中留有一定的光纖余長；采用FRP（纖維增強塑料）加強芯和芳綸繞包作為加強機械性能構件滿足光纜安裝和施工所需要的強度，FRP加強芯和芳綸纖維的扭矩平衡絞合使得光纖具有良好的防扭性能。ADSS結構說明其有自承式和全介質兩個特點：自承式表明其機械強度十分重要，光纜自身的加強構件能承受自重及外界負荷；全介質說明光纜采用全介質材料，使光纜可處于高壓強電場環境中，能耐受強電場的影響。對于220kv線路電壓，光纜的外護套可采用特殊交聯聚乙烯配方材料，交聯鍵可以保證外護套不導電，且使其表面具有制冷特性，可以降低外護套表面溫度，從而保證材料特性和防止熱塑性老化，使得ADSS在25kv以下感應電場中的防電腐蝕性，對于60kv線路電壓，光纜的外護套可使用W6級高模量的聚乙烯材料，可以保證ADSS在不同氣候和環境條件下適合12kv以下感應電場。

圖1 ADSS光纜的結構示意圖

高海拔地區的空氣稀薄、氣壓小，空氣中的離子更容易被電離形成電弧；另外高海拔空氣稀薄，空氣的密度會低，散熱困難，絕緣擊穿電壓也會降低。高海拔條件對于污染絕緣放電特性的影響，主要在于氣壓影響。隨氣壓的降低，污染絕緣的直流和交流閃絡電壓都會降低，污閃電壓與氣壓P之間成非線性關系，可以表示為：

其中U0為常壓P0時的污閃電壓，下降指數n的大小反應氣壓對于污閃電壓的影響程度。本文對ADSS進行1970m高海拔下的耐壓試驗。

2 ADSS試品

將每一種ADSS試品中截取長度約400mm（不能小于330mm）的一段，并且要求這段套管是完好無缺的，不能出現被損壞的痕跡。用兩股柔軟的銅絲分別緊緊纏繞在套管上，作為電極。

取兩銅絲的內側之間的長度為330 mm，記為試品1#；以同樣的方式再選取一次，取兩銅絲的內側之間的的距離為300 mm，記為試品2#。

3 工頻實驗原理

根據《高壓開關設備和控制設備標準的共同技術要求》[4]，對聚四氟乙烯套管施加85kv的工頻試驗電壓，要求試驗的耐壓時間為1min。工頻耐壓試驗采用串聯諧振耐壓試驗裝置（又稱為變頻串聯諧振裝置或串聯諧振耐壓試驗設備），運用串聯諧振原理，利用勵磁變壓器激發串聯諧振回路，調節變頻控制器的輸出頻率，使回路電感L和試品C串聯諧振，諧振電壓即為加到試品上電壓。

4 ADSS工頻耐壓實驗

實驗要求對無污染的ADSS試品進行工頻耐壓試驗：工頻電壓為85kv，時間為1min。根據《高壓開關設備和控制設備標準的共同技術要求》，在規定的時間內，即1min內，ADSS試品發出擊穿響聲（或斷續放電聲）、冒煙、出氣、焦臭、閃絡、燃燒等，都是不允許的，應查明原因。如果這些現象確定是由ADSS試品產生的，則認為是該ADSS試品的電氣絕緣性達不到要求，試驗沒通過；如果ADSS試品未發生擊穿或表面閃絡，則認為ADSS通過了該項試驗。試驗結果參見表1。

表1 工頻耐壓試驗結果

根據《高壓開關設備和控制設備標準的共同技術要求》，工頻電壓試驗能有效地發現ADSS試品的危險缺陷，用來檢驗ADSS試品在工頻交流工作電壓下的絕緣性能。試驗結果：1min，工頻電壓85kv的耐高壓試驗中：ADSS試品1#和2#出現擊穿聲和閃絡的現象現象，并未通過實驗。

5 ADSS光纜的工頻耐壓實驗結論

此次試驗所在地點海拔為1970m，相關試驗的考核在此條件下進行，長度為300mm和330mm的ADSS不能夠通過工頻85kv的1min耐壓試驗。實驗表明：試品在工頻電壓85kv下不能夠保持其原有的電絕緣水平，不能滿足1970m海拔下電氣設備絕緣性能。ADSS的護套材料明顯絕緣性能不佳，特別是在電場不均情況下，一旦起暈，該材料即會被損壞，其耐電痕性能較差。

6 結束語

ADSS是無金屬結構，可避免雷擊的可能；直徑小、中糧輕，可以減少冰凌、風力的影響，亦可減輕塔架和支撐物的負荷；安裝、維護方便。由于ADSS與高壓電力線同路，所以其表面除了要求與普通光纜一樣能抗紫外先輻射外，還要求能長期經受高壓強電場環境的考驗。本文分別通過對ADSS光纜試品進行時間為1min的耐85kv的工頻電壓試驗，證明了ADSS不能滿足在1970m海拔、試驗電壓85kv的絕緣要求。在空間電場的作用下，布防在高壓電力線路上的ADSS特別是遭到污染后的ADSS護套，可能在其表面產生電腐蝕，從而形成電痕。ADSS布放在空間電位不大于12kv的位置時，可以采用聚乙烯護套，但布放在大于12kv的位置時，應采用耐電痕聚乙烯護套。ADSS通常布放在空間電位不大于20kv的位置上。因此若想將ADSS使用在1970m海拔以下，室外環境的35k的高壓電氣設備中，需要選擇耐電性能更好的護套進行保護。

參考文獻

[1]《電氣電子絕緣技術手冊》編輯委員會.電氣電子絕緣技術手冊.第一版，北京：機械工業出版社，2008.1.

[2]李衛國，屠志剛.電氣設備絕緣試驗與檢測[M].第一版，北京：中國電力出版社，2006.

[3]李耀星.中國絕緣材料產品及應用手冊[M].第一版，北京：機械工業出版社，2006.

[4]全國高壓開關設備標準化技術委員會.GB/T11022-1999中國標準書號[S].北京：中國標準出版社，1999.

[5]中華人民共和國電力部科技司、安生司.GB/T16434-1996中國標準書號[S].北京：中國標準出版社，1996.

[6]全國絕緣子標準化技術委員會.GB/T4585-2004中國標準書號[S].北京：中國標準出版社，2004.

作者簡介：李建發（1983-）云南電力技術有限責任公司，工程師，從事高壓試驗、高壓設備在線監測工作。