中壓交聯(lián)絕緣水樹隱患的分析與對策

1、中壓交聯(lián)絕緣水樹隱患的分析與對策 1前言交聯(lián)聚乙烯絕緣自五十年代問世以來,因其電氣絕緣性能好，抗酸堿，耐腐蝕，長期允許工作溫度高，制造工藝簡單，安裝方便，維修容易等優(yōu)點，已完全取代油浸紙絕緣電纜，成為城市供電網(wǎng)絡的最重要的載體。我公司也在近十多年來大量使用交聯(lián)電纜，但在其運行過程中逐步暴露出來絕緣材料劣化的問題，足以引起我們技術人員的重視和認識。近十年的研究和運行經(jīng)驗表明,聚乙烯絕緣層的破壞原因，主要是絕緣材料樹枝化,據(jù)武漢高壓研究所專家介紹目前國內市場上使用的非抗水樹中壓電纜普遍的使用壽命在810年之間。而美國西海岸附近敷設的161根聚乙烯電纜，運行了111年以后，檢查已損壞和未損壞的電纜截

2、面發(fā)現(xiàn)，樹枝化現(xiàn)象相當普遍，運行五年以上者，幾乎有一半產生了樹枝化。雖然樹枝化與電纜壽命之間無明確的關系式，但是樹枝化無疑降低了電纜的使用壽命。本文將分析電纜水樹枝的隱患，并提出相應對策。2電纜絕緣的水樹枝劣化自1967年發(fā)現(xiàn)xlpe絕緣水樹老化后，目前已確認它成為xlpe電纜老化的主要現(xiàn)象之一。大量試驗數(shù)據(jù)顯示交聯(lián)電纜受潮，在電場作用下產生水樹枝劣化，水樹枝是直徑為0.1m到幾個m的充滿水的氣隙集合，水樹枝會造成局部應力增加，可能成為電樹枝的發(fā)源地。高溫下，水樹枝里可能發(fā)生顯著的氧化，導致吸水性增大，導電性增高，最終熱擊穿；即使在低溫下，水樹枝經(jīng)較長時間氧化或轉化為電樹枝，也會造成絕緣的破壞

3、。電纜絕緣中的雜質，氣孔以及內外半導體層的不均勻處形成的局部高電場部位是發(fā)生水樹枝的起點。它在高溫和交流電場作用下逐步向電樹枝轉移，直至絕緣擊穿造成故障。特別是當電纜長期浸泡在水中時，任何施工過程中的不當和外力的作用如果沒有很好的防水結構，那么電纜更容易產生絕緣的水樹枝老化，從而造成絕緣的破壞，這樣將會大大縮短電纜的使用壽命。水樹枝產生的機理見圖1。圖1水樹枝產生機理水樹枝與相對濕度和電壓的關系見圖2。.相對濕度=96相對濕度=85相對濕度=75圖2水樹枝數(shù)目與電壓的關系由此可知產生水樹枝的內在原因是電纜本身的質量，即電纜絕緣內部的雜質、氣泡、殘留微水份;外部原因是電場和侵入電纜內部的濕汽。我

4、公司交聯(lián)電纜的使用已有十幾年的歷史，水樹枝劣化的隱患將會在幾年后形成重大威脅。3交聯(lián)電纜運行狀況分析我公司對交聯(lián)絕緣電纜的使用從1995年開始至今已近12年的歷史，從數(shù)量上35kv電纜有1401.5公里/1413根；10kv電纜有6102.2公里/23547根，其變化率如圖示：綜觀這些年來交聯(lián)電纜使用和運行，總體上狀況良好，僅發(fā)生4次故障，如下：故障性質故障時間電纜名稱電纜型號投運日期運行2005.8.1江84（江田）yjv22-8.7/10,3*4002003.11.14運行2005.3.18申疏184yjv-26/35.3*4001996.6運行2005.11.23松其183yjv-26/

5、35.3*4002004.12耐壓1995.7先17（先鋒）yjv22-10.3*400當天耐壓擊穿雖則電纜運行故障僅三例，卻對電網(wǎng)的連續(xù)供電造成了極為不利的隱患，總結和剖析誘發(fā)電纜故障的起因不僅能起到保證電網(wǎng)的供電可靠性，而且在降低事故率的同時有效地降低了供電成本。所以很有必要對已發(fā)生的電纜故障進行解普剖分析。舉例分析l 江84（江田中山廣場乙）電纜故障分析電纜型號：yjv22-8.7/10,3*400電纜 ：2721米投運日期：二00三年十一月十四日故障日期：二00五年八月一日運行時間：21個月故障性質：b相接地江84（江田中山廣場乙）電纜運行在近二年時間里便發(fā)生了b相接地故障，故障地點在

6、松江區(qū)的洞涇路過廠區(qū)大門口的鋼管內（近萬華路），故障的具體部位是電纜本體。故障被排除后，系統(tǒng)恢復了正常運行。然而從被鋸除的故障段電纜查看，在外護套沒有看見明顯燒穿的痕跡，于是用5000v搖表測試故障段電纜絕緣時發(fā)現(xiàn)：b=3兆歐,a相和c相絕緣均為無窮大，根據(jù)搖測得到的數(shù)據(jù)分析，確認該段電纜的b相肯定存在問題，然后我們對近30米的故障段電纜逐段鋸下，進行仔細檢查，全面解剖，逐段逐相進行搖測，并對三相前后數(shù)據(jù)進行比較分析的過程中，恰巧在剝去外屏蔽后，要進行搖測的同時，在距離斷開處約2.5厘米的地方發(fā)現(xiàn)了故障點，見照片，故障點的直徑僅有1mm還不到，光憑肉眼一不留神就很難發(fā)現(xiàn)的微孔。 根據(jù)故障實物的

7、現(xiàn)象分析，該交聯(lián)絕緣的絕緣的水樹現(xiàn)象是極為微觀的，是肉眼所無法觀察到的，而且僅有0.1微米到幾個微米的水樹和氣隙的存在是在制造過程中就已產生，它的的集合、形成、發(fā)展比較緩慢，在交流電場作用下，在較高工作溫度的環(huán)境中，由直徑為極其微小的數(shù)微米水珠的群體空隙群逐漸發(fā)展為導致?lián)舸┑乃畼洌畼湓诜烹姸^察不到的脈沖現(xiàn)象逐漸的多次放電，最終導致b相絕緣的擊穿，整個過程的形成和發(fā)展持續(xù)了近兩年的時間，而填補電纜交聯(lián)絕緣層的這種缺陷和現(xiàn)象的辦法，就是固體絕緣增強技術。4固體絕緣增強技術的發(fā)展和應用國際上從上世紀70年代開始，對交聯(lián)電纜的水樹枝劣化問題進行廣泛深入的研究，從80年代中期開始，對于交聯(lián)絕緣材料的

8、水樹枝修復上有了重大突破。在這二十年中，這一固體絕緣增強技術的實踐已證明是修復絕緣材料老化的重要工具。期間，該技術不斷的進步，并在四大洲廣為接受。目前這項科技已被全球范圍150多家公司所運用，為三個大洲3400萬英尺長的電纜解決了最糟糕的安全性問題。這項技術的核心就是以持續(xù)的一定壓力向需修復的電纜中注入修復流體，可以使液體更迅速擴散到絕緣材料中。這種電纜修復溶液由7種流體制成。其中一種快生效的流體能延續(xù)2年時間，中期生效的流體能延續(xù)115年，而長期生效的流體能延續(xù)10到40多年。另外的四種成分能減少放電，延緩水樹與電樹之間的轉換。采用這項技術，將這種電纜修復溶液注射到電纜線股中，擴散到絕緣層，

9、填補這些空隙，提高絕緣性能，電纜在七天后煥然一新。并且流入電纜線股中的電纜修復溶液可以排出已經(jīng)存積的水，并避免積存的水所電解形成的氫氣從接頭處排出，造成故障。電纜修復溶液不僅可以防止這些故障，還可以用固體的絕緣膠修補防止以后進水。國外的獨立實驗室進行的加速老化試驗證明這種混合流體能使電纜使用壽命達到延續(xù)40年甚至更長。盡管采用這項技術有眾多優(yōu)勢，但對其注射還是有一定的要求，首先拆掉舊的常規(guī)的電纜終端，線鼻子，中間接頭和接管。將注射接引管固定在電纜上，然后接上新的線鼻子，電纜中間接頭和接管。接引管先被45噸的環(huán)向壓接力接在線鼻子上，然后壓接到絕緣上，以達到水密封的效果。這種均衡的壓接法可確保液體

10、密封牢固，電場平滑，并保證所有的連接緊密。在注射接引管的中央位置，有一個小小的注射入口，用于注射電纜修復配方液。用專門的注射工具連接注射口，可以將流體輸送到電纜線內。電纜的兩端各有一個接引管。將修復液從電纜線的一端輸入，直到少量液體從另一段出來。這樣電纜便達到了您所期望修復延長的壽命。在接引管被壓接到電纜兩端后，一般來說一段100米長(328英寸)的電纜需要3060分鐘的修復過程。由于電纜修復配方液可以將電纜壽命延長2040年，需拆卸并更換所有接頭以確保此系統(tǒng)中的下一個薄弱連接不會使電纜在壽命終結之前過早出現(xiàn)故障。接引管可以將接頭密封不致進水，并能延長電纜的壽命。一周以后，修復液全面修復了運行

11、中的絕緣劣化電纜。5結合實際制定交聯(lián)電纜水樹隱患對策我公司目前有10kv、35kv交聯(lián)電纜7503.7km，其中95%以上都是近十年里所敷設的交聯(lián)電纜。盡管材料相比早期的交聯(lián)絕緣材料有了很大的改進，但電纜在運行中水樹枝現(xiàn)象偶有發(fā)生。根據(jù)上述現(xiàn)象和分析，不久將來，這些電纜也將會步入水樹枝和電樹枝故障頻發(fā)期。隨著上海城市建設的飛速發(fā)展，原先的農村都已城市化，電纜故障后的重新敷設的難度將大大增加。另外，近年來，原材料的大幅度的漲價使電纜更換的成本已今非昔比。用固體絕緣增強技術處理過的電纜理論上能達到99.5%的無障率，并將大幅度減少客戶投訴。另外注射過程幾乎無需挖掘，大多數(shù)客戶可能根本看不到修理工作。他們所能看到的只是供電比以往更安全了因為電纜處理的結果將是絕緣性能從250提高到350。還有，由于不需要更換最為昂貴的電纜，可節(jié)省大筆的費用和能源，這在目前創(chuàng)建節(jié)能，環(huán)保的節(jié)約型社會的大環(huán)境下是非常重要的。另外，由于一個工作人員在2個小時之內就能完成一條典型的100米的電纜段注射修復的全部工作，這對電纜的及時恢復運行將極為有利。因此，我們打算從如下幾個方面實施固體絕緣增強技術的應用：1) 定點一個廠家，從產品質量到現(xiàn)場