交聯(lián)聚乙烯電力電纜的電樹枝化試驗(yàn)及其局部放電特征分析

陳同慶

摘 要：交聯(lián)聚乙烯電力電纜在長(zhǎng)期的使用過程中不可避免會(huì)出現(xiàn)的一個(gè)問題就是電樹枝化，在很大程度上影響了交聯(lián)聚乙烯電力電纜的使用壽命。為了有效解決電樹枝化的問題，需要對(duì)交聯(lián)聚乙烯電力電纜在使用過程中的電樹枝化規(guī)律進(jìn)行探討，對(duì)局部放電特征進(jìn)行分析。文章試驗(yàn)用的電纜型號(hào)為XLPE，在常溫下進(jìn)行工作頻率在12～21 kV、溫度在50～90 ℃下的電樹枝化試驗(yàn)，對(duì)電樹枝的形成過程和局部放電特征進(jìn)行了探討和分析。

關(guān)鍵詞：交聯(lián)聚乙烯電力電纜；電樹枝化試驗(yàn)；局部放電特征

中圖分類號(hào)：TM247 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）15-0081-02

電樹枝化是交聯(lián)聚乙烯電力電纜絕緣效果劣化的根本原因，也是交聯(lián)聚乙烯電力電纜從絕緣缺陷過渡到絕緣故障的一個(gè)中間狀態(tài)。所以對(duì)交聯(lián)聚乙烯電力電纜在使用過程中的電樹枝化進(jìn)行有效的管理，對(duì)提高交聯(lián)聚乙烯電力電纜的使用壽命具有重要的意義。局部放電是和電樹枝化過程密切相關(guān)的，通過局部放電特征的分析可以有效的對(duì)交聯(lián)聚乙烯電力電纜的電樹枝進(jìn)行診斷。本文通過電樹枝化的實(shí)驗(yàn)，分析了不同電壓、不同溫度對(duì)交聯(lián)聚乙烯電力電纜電樹枝化的影響，同時(shí)對(duì)不同狀態(tài)下電樹枝化的局部放電特征進(jìn)行了分析。

1 交聯(lián)聚乙烯電力電纜的電樹枝化試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)品的選擇

實(shí)驗(yàn)品選擇的型號(hào)是YJV22-3×95的8.7/15 kV的XLPE電纜，從去除鎧甲之后的三相15 kVXLPE電纜中選取一段0.9 m的實(shí)驗(yàn)電纜，將電纜的兩頭進(jìn)行切削露出25 mm的線芯，然后除去19 cm的半導(dǎo)體遮蔽層，將電纜外層的銅帶揭開，取一根長(zhǎng)2.8 mm、曲率半徑是5 mm的不銹鋼鋼針沿著電纜向內(nèi)插入2.5 mm，然后將電纜外面的銅帶重新遮蓋好，用AB膠將銅帶的縫隙進(jìn)行涂抹，保證密封。處理好之后的實(shí)驗(yàn)品的各個(gè)參數(shù)值如下：電纜線芯的直徑是11.5 mm，內(nèi)、外半導(dǎo)體遮蔽層的厚度分別是0.5 mm和0.55 mm，絕緣層的厚度是4.8 mm，銅針針尖和內(nèi)半導(dǎo)體遮蔽層之間的距離是2.8 mm。

在實(shí)驗(yàn)的過程中，為了防止電纜的兩端出線放電的情況，本實(shí)驗(yàn)對(duì)電纜的兩頭進(jìn)行了均壓處理，在處理時(shí)使用的是一套充油的電極系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 試驗(yàn)線路的設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)在檢測(cè)局部放電的過程中使用的是數(shù)字化的監(jiān)測(cè)方法，由調(diào)壓器、保護(hù)電阻、變壓器、耦合電容共同組成一個(gè)50 kV/50 kVA的無(wú)暈局部放電電源系統(tǒng)，傳感器使用的是鐵氧體羅戈夫斯基線圈，PD信號(hào)通過10～100倍的程控進(jìn)行放大，經(jīng)過100 kHz的高通濾波之后，使用示波器對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行觀測(cè)和存儲(chǔ)。

1.3 實(shí)驗(yàn)過程

將XLPE電纜分為七種樣品，在正常的溫度下對(duì)樣品a、b、c、d加壓，加壓的速度為1 kV/S，當(dāng)a樣品的壓力為12 kV、b樣品的壓力為15 kV、c樣品的壓力為18 kV、d樣品的壓力為21 kV時(shí)加壓結(jié)束。對(duì)e樣品在50 ℃的溫度下進(jìn)行加壓，當(dāng)壓力到15 kV時(shí)結(jié)束，對(duì)f樣品在70 ℃的溫度下進(jìn)行加壓，當(dāng)壓力到15 kV時(shí)結(jié)束，對(duì)g樣品在90 ℃的溫度下進(jìn)行加壓，當(dāng)壓力到15 kV時(shí)結(jié)束。在加壓結(jié)束之后，將電纜切成1～3 mm厚的切片進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)的儀器使用帶攝像功能的顯微鏡，對(duì)觀測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析。不同溫度和壓力下的電樹枝生長(zhǎng)情況數(shù)據(jù)表見表1，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

2 交聯(lián)聚乙烯電力電纜的電樹枝化試驗(yàn)分析

通過對(duì)上面的表格和圖片進(jìn)行分析，可以得出下面的結(jié)論。

2.1 電樹枝的形成受到電壓的影響

通過分析上面表格中的數(shù)據(jù)可以得知，a、b、c、d四個(gè)樣本在同一個(gè)溫度下，施加的電壓越強(qiáng)，電樹枝的形成時(shí)間就越長(zhǎng)。通過觀察a、b、c、d四個(gè)樣本的電樹枝圖片可以得知，電壓越強(qiáng)，電樹枝的根系也就越發(fā)達(dá)，說明電樹枝化的程度會(huì)隨著電壓的增強(qiáng)越來越嚴(yán)重。

2.2 電樹枝的形成受到溫度的影響

通過分析上面表格中的數(shù)據(jù)得知，e、f、g三個(gè)樣本在同一個(gè)強(qiáng)度的電壓下，溫度越高，電樹枝的生長(zhǎng)時(shí)間就越短。通過觀察e、f、g三個(gè)樣本的電樹枝圖片可以得知，溫度越強(qiáng)，電樹枝的根系密度越小，說明電樹枝化的程度會(huì)隨著溫度的升高而減小。

3 交聯(lián)聚乙烯電力電纜電樹枝化局部放電特征分析

不同樣品的放電特征圖如圖3（a）～（f）所示。

通過分析可以得知，a樣品和d樣品的局部放電形狀接近三角形，c樣品的局部放電形狀接近翼形氣孔型，b樣品、e樣品和f樣品的局部放電形狀在翼形與氣孔型之間。從整體上來看，電纜的樹枝形態(tài)對(duì)局部放電圖譜的影響不是很大，放電相位在-30～80 ℃和150～260 ℃左右比較集中，在90 ℃和270 ℃左右發(fā)生的是局部放電，在0 ℃和180 ℃左右發(fā)生的局部放電脈沖的極性相同。

通過上述分析可以得出如下結(jié)論：影響電樹枝內(nèi)部局部放電的因素是外加電場(chǎng)與電樹枝周圍的空間電荷形成的復(fù)合電場(chǎng)，并且最大的放電量相位和平均放電量相位隨著電樹枝的發(fā)展逐漸減小。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

本文將XLPE電纜分為了七個(gè)試驗(yàn)樣本，對(duì)其中的四個(gè)試驗(yàn)樣本在同一個(gè)溫度下進(jìn)行了升壓試驗(yàn)，對(duì)其中的三個(gè)試驗(yàn)樣本在同一個(gè)電壓下進(jìn)行了升溫試驗(yàn)，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)圖片的分析得出了如下結(jié)論：

①在常溫和相同的溫度下，隨著電壓的增加，電樹枝的形成時(shí)間會(huì)變長(zhǎng)，電樹枝的密度也會(huì)增加，形狀逐漸由樹枝狀變成叢狀；在一定的壓力條件下，隨著溫度的增加，電樹枝的形成時(shí)間會(huì)縮短，電樹枝的形狀先密后疏，但是當(dāng)溫度在90 ℃時(shí)，溫度的變化對(duì)電樹枝形狀的影響最小。

②電纜在實(shí)際的使用過程中受到溫度和壓力的影響與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的趨勢(shì)相同，但是電樹枝的實(shí)際形成過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果有一定的差異。

③電纜在電樹枝形成過程中的局部放電特征是：局部放電圖譜整體上都呈現(xiàn)為翼形或者是翼形氣孔型，放電時(shí)的溫度主要在-30～80 ℃、150～260 ℃左右，并且在0 ℃和180 ℃左右的局部放電的極性相同。最大的放電量相位和平均放電量相位隨著電樹枝的發(fā)展逐漸減小。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文通過對(duì)交聯(lián)聚乙烯電力電纜的電樹枝化進(jìn)行試驗(yàn)，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析得出了電樹枝化形成的規(guī)律和樹枝化過程中局部放電特征的相關(guān)結(jié)論，對(duì)采取交聯(lián)聚乙烯電力電纜預(yù)防樹枝化措施具有重要的意義。

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