110 kV高壓電纜缺陷模擬實驗及其檢測方法研究

曾應璋

(廣東電網有限責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驗及其檢測方法研究

曾應璋

(廣東電網有限責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備運行狀況的影響，首先對110 kV高壓電纜缺陷的源頭及其種類進行了分析，其次采用人工模擬的方法對幾種?，F的電纜本體及附件上的缺陷進行了仿真模擬和運行實驗，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行特性進行了測試。實驗結果表明，高壓電纜上的各種缺陷會引起電纜絕緣中的局部放電和電纜終端及應力錐等重要設備運行發熱等情況，局部放電檢測和紅外測溫等方法對高壓電纜缺陷的監控可以起到一定的作用。

高壓電纜；運行特性；缺陷；局部放電

0 引言

目前以110 kV電壓等級為主的大型高壓地下電纜系統正在各大中型城市形成，加上中低壓電網中的電纜網絡，我國城市內的電纜化率逐年提高。與此同時，各種電纜配套設備在電力系統中得到了廣泛的應用，電纜及其附件成為了輸電設備中的重要組成部分，其質量的把控也逐漸成為電力運行部門的重點關注對象。

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備的研究和競爭，在這些領域里已經取得了較大的成果，并將這些技術進行了大力的推廣和應用。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的故障的監測與預防方面更是存在不少的空缺。由于缺陷引發的故障，將嚴重影響電力系統的供電可靠性，甚至會影響整個系統的運行。因此，快速、有效的缺陷故障檢測方法是電力電纜實用化的重要研究內容。

本文從110 kV高壓電纜本體、附件、敷設、安裝等幾個方面入手，對引起110 kV高壓電纜缺陷的因素進行了統計和歸類，并對各種因素引起的110 kV高壓電纜質量問題進行了分析；對上述缺陷中的終端應力錐安裝錯位、電纜絕緣受損、中間接頭含雜質進行了人工模擬，在實驗室環境下開展了對應的高壓運行實驗；采用DDX770型局部放電檢測儀和SAT系列紅外測溫儀等設備對電纜絕緣中的局部放電情況和電纜終端、應力錐等重要部分的溫度進行了監控。實驗取得較好的現場模擬效果，監測方法行之有效。

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中電能安全穩定輸送到配電網絡的樞紐，特別是在城鎮化發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高壓電纜系統一旦出現問題將會引起嚴重的停電事故。目前電網中廣泛采用的是110 kV交聯聚乙烯高壓電纜，造成該種類型電纜缺陷的原因眾多。電纜系統產生事故有可能是某一個因素造成的，也有可能是多種因素匯集在一起造成的，但110 kV交聯聚乙烯高壓電纜缺陷的來源不外乎以下幾個方面：

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

(2) 電纜敷設的質量。電纜敷設時牽引力超過電纜的允許拉力；敷設電纜時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；環境、天氣、氣溫對敷設的影響。

(3) 電纜附件的質量。電纜附件的性能必須滿足標準的要求，絕緣材料必須具有優良的電氣絕緣性能和可靠的物理化學性能，結構合理，防潮和密封性能好，安裝方便等。

(4) 電纜附件安裝質量。沒有嚴格按照合理的工藝和施工規程進行安裝，安裝人員沒有經過專業培訓取得資格后上崗等；如果安裝質量存在問題，會造成電纜或附件的絕緣水平下降，影響電纜系統安全運行。

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

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高壓電纜系統可能存在的故障實施帶電檢測，爭取在系統發生短路事故前及早發現110 kV高壓電纜系統運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行模擬試驗，對模擬試品進行帶電檢測，掌握其故障過程中的檢測數據，模擬幾種不同的電纜、電纜附件及施工過程中的可能發生的典型缺陷情況。本文以110 kV交聯聚乙烯高壓電纜為例，模擬了如下3種典型缺陷：

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

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

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

3 110 kV高壓電纜及其附件缺陷模擬試驗

因為本次試驗不帶電流運行，因而采取直接串接的方式，不構成回路，試驗接線原理圖如圖1所示，現場試驗接線圖如圖2所示。

圖1 試驗接線原理圖

注：#2為有缺陷終端，#3為正常終端。

圖2 現場試驗接線圖

在上述實驗環境下，對終端應力錐安裝錯位、電纜絕緣受損、中間接頭含雜質3種缺陷情況分別開展了實驗，并對3種實驗過程中關鍵部位的局部放電情況和運行溫度情況進行了監控。

3.1 缺陷模擬試驗局部放電檢測結果

模擬當終端應力錐安裝錯位、中間接頭含雜質、電纜絕緣受損時，電纜半導電層、絕緣層、終端等關鍵部位的局部放電情況，試驗結果如表1所示。

表1 缺陷模擬試驗局部放電檢測結果記錄表

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

3.2 缺陷模擬試驗紅外測溫檢測結果

模擬當終端應力錐安裝錯位、電纜絕緣受損、電纜終端受潮時，選取#2號終端的3個測溫點作為實驗對象，如圖3所示。對試驗回路施加64 kV電壓，持續4 h以上，電纜半導電層、絕緣層、終端等關鍵部位的運行溫度情況如表2所示。

圖3 #2號終端測溫記錄

由表2可知，紅外成像在檢測終端進水等容易造成設備局部發熱的缺陷時，具有很高的有效性和可靠性，本次實驗中當電纜終端受潮，電纜運行電壓為64 kV時電纜終端本體運行的溫差高達4 ℃，超過了運行規程中終端運行溫差不超過1 ℃的規定。但對終端應力錐安裝錯位、電纜絕緣受損時的缺陷檢測存在一定的困難。

表2 缺陷模擬紅外測溫點溫度記錄及比較表

4 結語

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測方法的可行性和實用性。由上述實驗可知，通過對不同檢測方法的檢測結果的比較，局部放電在檢測電纜終端安裝錯位、電纜中間接頭含雜質、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備安裝和現場運行中的應用，可以快速準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。采用有限元計算方法，建立模型，針對電纜接頭雜質缺陷、應力錐安裝錯位、終端受潮以及電纜本體受損的情況進行電場分析，得出較為理想的效果，與人工缺陷模擬試驗的測試結果有很好的一致性。

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2014-09-11

曾應璋(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。