基于交流耐压试验的XLPE电缆绝缘检测要点分析

基于交流耐压试验的XLPE电缆绝缘检测要点分析

卜程程

深圳市沃尔核材股份有限公司   广东 深圳  518118

摘要：电缆绝缘是评估电缆质量的重要参数。根据电力系统不同工作单元的电气特性，电缆导线的制造必须具有一定的绝缘性能，主要通过绝缘偏心、绝缘系统低升级率、粘接力大小来保证。随着时间的推移，电缆材料在自然环境中工作可能受到各种无法抵抗的因素的影响，导致绝缘性能下降甚至严重的停电事故。通过减少和避免电缆绝缘性能的下降，企业可以提高产品质量，确保社会电力系统的安全运行。电缆绝缘的改善是工业工程师们经常研究的课题。

关键词：交流耐压试验；XLPE；电缆绝缘检测

引言

电缆故障是造成电网事故的主要原因，而电缆接头是最容易损坏的地方，由于电缆接头必须在现场制造，因此出现缺陷的可能性很大，也更容易发生绝缘缺陷事故。电缆连接器故障的检测方法有限且维修困难，如何有效、低风险地解决电缆连接器绝缘检测问题成为研究的重点[1, 2]。

一、XLPE电缆绝缘缺陷类型及致因

XLPE电缆很容易出现由绝缘缺陷导致的间隙放电、闪络击穿等现象，严重影响了电缆运行的安全效益和经济效益。从现阶段我国XLPE电缆绝缘缺陷事故的现状来看，绝缘缺陷主要表现为水树枝和电树枝两大类[3]。

1.1水树枝

水树枝电缆绝缘缺陷主要是绝缘层水分不规则凝缩导致。在XLPE电缆生产过程中绝缘层中存在少量水分子，受不规整部位影响，水分子可能出现极性迁移，造成绝缘层局部区域水分过饱和。此时，一旦外部湿气过大，将直接引起水分侵入到绝缘层中，致使树枝状缺陷，造成XLPE电缆绝缘缺陷故障。

1.2电树枝

XLPE电缆使用过程中容易出现局部放电产生的细微开裂，致使绝缘层树枝状缺陷。一般局部放电会导致XLPE电缆内部形成细小通道，部分绝缘层甚至可能出现轻微碳粒痕迹，导致其绝缘性能大打折扣。尤其是在外部水汽过高的情况下，将直接侵入通道内部，致使XLPE电缆绝缘缺陷故障。

二、电力电缆绝缘故障测寻的意义

在电力工程项目中电力电缆是一种常见的材料，其绝缘层通常用塑料、PVC等化工材料制成，电缆制作的首要原则就是“绝缘”这种功能属性。然而，城市土地资源非常有限，传统的大容量架空输电方式在建筑整洁美观方面已不能满足现代城市的需要，使用成本非常高，电力电缆以其传输容量大、安装方便、环境友好等优点在城市建设中得到了广泛的应用。在电缆的运行过程中，其绝缘层会同时受到连续的电、热、机械和环境应力，这些应力有助于某些XLPE降解过程的开始和发展，导致绝缘的物理和化学性能发生不可逆的变化。根据电缆老化过程中受到的不同应力的影响，电缆老化主要分为热老化、电压老化、机械老化等[4]。电缆处于实际运行的情况下，最高工作温度可达90℃，但当电缆发生故障时，运行温度会高于实际工作温度，如中低压电缆短路或过载时，电缆的绝缘温度可在短时间内达到150℃，而当高压电缆发生短路故障时，电缆绝缘温度甚至高达250℃。研究电缆绝缘的老化机理、影响因素以及空间电荷分布的特征关系，对延缓绝缘老化、监测电缆运行状态、保证电网安全运行、提高电缆绝缘的可靠性具有重要意义。

三、基于交流耐压试验的XLPE电缆绝缘检测要点

3.1直流叠加法

直流叠加法[5]的具体应用原理是将一个50V左右的直流电压加在电压互感器中心点处，进而将低压直流电压叠加在交流高压上，从而完成对电缆接头绝缘电阻大小的测定，通过测定的数值，对电缆老化情况进行判断。当电缆绝缘电阻值超过1000MΩ时，表明电缆绝缘状态良好，可以应用；当电缆绝缘电阻值在100~1000MΩ之间时，表明电缆绝缘仍然可以应用；当电缆绝缘电阻值在10~100MΩ之间时，表明电缆绝缘仍然可以应用，但在对其进行应用时，要加强关注；当电缆绝缘电阻值小于10MΩ时，不得继续应用，要及时更换电缆绝缘接头。在具体检测期间，采取直流叠加法对电缆接头处绝缘电阻进行测量，获取到的数据与停电后加直流高压检测获取到的绝缘电阻值十分相近，数据精准。由此可见，能够通过在线方式快速检测电缆接头的绝缘电阻。

3.2预防性检测技术

预防性检测技术包括破坏性和非破坏性实验[4]。使用破坏性测试技术时，技术人员必须为电缆指定高于工作电压的电压值。从而测试电缆的直流和交流电压性能，以识别测试电缆中更危险的绝缘电阻和绝缘干扰。该测试相对简单高效，但由于电压高，可能导致电缆轻微损坏，并降低电缆寿命。与破坏性测试技术不同，在执行非破坏性测试技术时，相关技术人员必须施加电缆工作电压下的电压值，使用相关仪器测量，分析测量的数据和结果，以评估被测试电缆是否存在孤立的干扰电路。对于电缆布线，主管人员必须首先进行绝缘性能测试，以确保电缆不受干扰，从而确保电源的可靠性和整体系统的安全运行。

3.3局部放电法检测

局部放电是XLPE电缆绝缘缺陷有效的判别方法，但是并不适用于已铺设完成电缆的性能检测，其限制主要局限在电缆绝缘的局部放电信号微弱、易受到背景噪声和电磁干扰，且测试设备检验的波形复杂多变，因此不适合在环境复杂的工况下测量，无法应用在电力电缆耐高压的在线监测。但在电力系统行业中，局部放电试验是被权威机构一致推荐的XLPE电缆绝缘检测手段，从理论上讲，局部放电能够直接有效的判断电缆是否存在绝缘缺陷，因此，在特定的实验室环境下，通过屏蔽空间排除外部干扰，电缆的局部放电试验是有效辨别其耐高压、耐击穿性能的重要手段。

3.4绝缘电缆机械性能检测

绝缘电缆的机械性能测试主要包括铜或铝导线的机械强度测试、电缆的弯曲试验以及老化前后护套材料的机械性能测试。

绝缘电缆铜或铝导体的机械强度校核主要是铜或铝导体的拉伸强度和断裂伸长率分析。拉伸强度计算：σ= fmx/S0，断裂长度计算：(L1-L0)/ L0 × 100%，其中fmx是最大的屈服点，S0是试验断面面积，L0、L1是拉伸断裂前后的取样长度。此外，还会检查保温材料、老化前后的护套材料的拉伸强度和断裂伸长率。

绝缘电缆的铜导体或铝引线的使用通常受到绝缘电缆寿命的弯曲应力变化的影响，其抗弯曲性能较差。

结束语：

电缆绝缘缺陷仅仅通过红外检查、接线检测等根本无法准确测定，必须要在交流耐压试验基础上进行破坏性检测。这样才能够发现集中性缺陷，查找其内部绝缘问题。上述测试过程中应先对交流耐压试验方案进行合理选择，按照电缆性能测试要求做好装置和接线设置。同时，还要对试验方案进行校验，确定可行后方可进行绝缘电阻测试和绝缘性能评估，以最大限度提升XLPE电缆绝缘缺陷检测的科学性和准确性。

参考文献：

[1]侯喆,郑琳子,刘岩,沈谢林.电缆绝缘检测用20 kV超低频余弦方波电压源[J].电力电子技术,2018,52(02):16-20.

[2]杨林翔,曾小清,田鹏.基于双T滤波器的城市轨道交通列车电缆绝缘检测方法研究[J].城市轨道交通研究,2016,19(02):60-64.

[3]张忠贵.电线电缆绝缘检测技术的分析[J].科技创新与应用,2017(28):44-45.

[4]唐鹏.电线电缆绝缘检测技术的研究[J].民营科技,2017(03):30.

[5]张艺驰,谭东明,王崇政,王月第.基于直流叠加法的XLPE电缆绝缘检测仿真研究[J].农业科技与装备,2016(05):33-34+37.