110 kV高压电缆缺陷模拟实验及其检测方法研究

曾应璋

(广东电网有限责任公司东莞清溪供电分局，广东 东莞 523660)

110 kV高压电缆缺陷模拟实验及其检测方法研究

曾应璋

(广东电网有限责任公司东莞清溪供电分局，广东 东莞 523660)

为了研究110 kV高压电缆缺陷对输电设备运行状况的影响，首先对110 kV高压电缆缺陷的源头及其种类进行了分析，其次采用人工模拟的方法对几种常现的电缆本体及附件上的缺陷进行了仿真模拟和运行实验，接着通过局部放电检测及红外测温等方法对电缆本体及附件的运行特性进行了测试。实验结果表明，高压电缆上的各种缺陷会引起电缆绝缘中的局部放电和电缆终端及应力锥等重要设备运行发热等情况，局部放电检测和红外测温等方法对高压电缆缺陷的监控可以起到一定的作用。

高压电缆；运行特性；缺陷；局部放电

0 引言

目前以110 kV电压等级为主的大型高压地下电缆系统正在各大中型城市形成，加上中低压电网中的电缆网络，我国城市内的电缆化率逐年提高。与此同时，各种电缆配套设备在电力系统中得到了广泛的应用，电缆及其附件成为了输电设备中的重要组成部分，其质量的把控也逐渐成为电力运行部门的重点关注对象。

一直以来，世界各国大型电力公司都在致力于高压电力电缆材料及其配套设备的研究和竞争，在这些领域里已经取得了较大的成果，并将这些技术进行了大力的推广和应用。但是对于高压电力电缆本体缺陷及其配套附件缺陷的研究就稍显滞后，尤其对于电缆缺陷引发的故障的监测与预防方面更是存在不少的空缺。由于缺陷引发的故障，将严重影响电力系统的供电可靠性，甚至会影响整个系统的运行。因此，快速、有效的缺陷故障检测方法是电力电缆实用化的重要研究内容。

本文从110 kV高压电缆本体、附件、敷设、安装等几个方面入手，对引起110 kV高压电缆缺陷的因素进行了统计和归类，并对各种因素引起的110 kV高压电缆质量问题进行了分析；对上述缺陷中的终端应力锥安装错位、电缆绝缘受损、中间接头含杂质进行了人工模拟，在实验室环境下开展了对应的高压运行实验；采用DDX770型局部放电检测仪和SAT系列红外测温仪等设备对电缆绝缘中的局部放电情况和电缆终端、应力锥等重要部分的温度进行了监控。实验取得较好的现场模拟效果，监测方法行之有效。

1 110 kV高压电缆及其附件典型缺陷原因分析

110 kV高压电力线路是电力系统中电能安全稳定输送到配电网络的枢纽，特别是在城镇化发展越来越快的背景下，110 kV高压电缆在电力线路中所占的比重越来越大，110 kV高压电缆系统一旦出现问题将会引起严重的停电事故。目前电网中广泛采用的是110 kV交联聚乙烯高压电缆，造成该种类型电缆缺陷的原因众多。电缆系统产生事故有可能是某一个因素造成的，也有可能是多种因素汇集在一起造成的，但110 kV交联聚乙烯高压电缆缺陷的来源不外乎以下几个方面：

(1) 电缆的质量。电缆绝缘的电气性能差，电缆的绝缘水平下降，电缆受潮进水等质量问题对线路具有很大的影响。

(2) 电缆敷设的质量。电缆敷设时牵引力超过电缆的允许拉力；敷设电缆时电缆在地上或沟壁上来回摩擦；电缆的弯曲半径小于电缆外径的20倍以上；环境、天气、气温对敷设的影响。

(3) 电缆附件的质量。电缆附件的性能必须满足标准的要求，绝缘材料必须具有优良的电气绝缘性能和可靠的物理化学性能，结构合理，防潮和密封性能好，安装方便等。

(4) 电缆附件安装质量。没有严格按照合理的工艺和施工规程进行安装，安装人员没有经过专业培训取得资格后上岗等；如果安装质量存在问题，会造成电缆或附件的绝缘水平下降，影响电缆系统安全运行。

(5) 其他因素的影响。长期超负荷运行、电化腐蚀、外力损伤等因素均会对线路的安全运行造成隐患。

2 110 kV高压电缆及其附件典型缺陷模拟

为了能够有效地对110 kV高压电缆系统可能存在的故障实施带电检测，争取在系统发生短路事故前及早发现110 kV高压电缆系统运行过程中的故障状况，可以针对上述绝缘缺陷类型中的几种典型缺陷进行模拟试验，对模拟试品进行带电检测，掌握其故障过程中的检测数据，模拟几种不同的电缆、电缆附件及施工过程中的可能发生的典型缺陷情况。本文以110 kV交联聚乙烯高压电缆为例，模拟了如下3种典型缺陷：

(1) 终端应力锥安装错位的模拟：模拟应力锥安装错位的情况，包括电缆半导电层过多深入或深入不足应力锥的情况。

(2) 电缆绝缘受损缺陷的模拟：在电缆绝缘层转孔，模拟电缆绝缘层受损的情况。

(3) 中间接头含杂质的模拟：在中间接头的屏蔽层内，按要求涂抹半导电漆，模拟接头在施工过程中混入杂质的情况。

3 110 kV高压电缆及其附件缺陷模拟试验

因为本次试验不带电流运行，因而采取直接串接的方式，不构成回路，试验接线原理图如图1所示，现场试验接线图如图2所示。

图1 试验接线原理图

注：#2为有缺陷终端，#3为正常终端。

图2 现场试验接线图

在上述实验环境下，对终端应力锥安装错位、电缆绝缘受损、中间接头含杂质3种缺陷情况分别开展了实验，并对3种实验过程中关键部位的局部放电情况和运行温度情况进行了监控。

3.1 缺陷模拟试验局部放电检测结果

模拟当终端应力锥安装错位、中间接头含杂质、电缆绝缘受损时，电缆半导电层、绝缘层、终端等关键部位的局部放电情况，试验结果如表1所示。

表1 缺陷模拟试验局部放电检测结果记录表

由表1可知，在电缆终端安装错位、电缆中间接头含杂质、电缆绝缘凹陷受损3种典型缺陷情况下，局部放电量很大。当终端安装错位和中间接头含杂质2种缺陷存在时，随着试验运行电压逐步升高，电缆终端和中间接头内相应缺陷位置的局部放电情况也在加剧，在运行电压分别升高至1.15U0和1.45U0时，局部放电量高达382 pC；当电缆的主绝缘受损，试验运行电压仅升高至0.85U0时局部放电量就高达725 pC。

3.2 缺陷模拟试验红外测温检测结果

模拟当终端应力锥安装错位、电缆绝缘受损、电缆终端受潮时，选取#2号终端的3个测温点作为实验对象，如图3所示。对试验回路施加64 kV电压，持续4 h以上，电缆半导电层、绝缘层、终端等关键部位的运行温度情况如表2所示。

图3 #2号终端测温记录

由表2可知，红外成像在检测终端进水等容易造成设备局部发热的缺陷时，具有很高的有效性和可靠性，本次实验中当电缆终端受潮，电缆运行电压为64 kV时电缆终端本体运行的温差高达4 ℃，超过了运行规程中终端运行温差不超过1 ℃的规定。但对终端应力锥安装错位、电缆绝缘受损时的缺陷检测存在一定的困难。

表2 缺陷模拟红外测温点温度记录及比较表

4 结语

本文通过人工模拟高压电力电缆缺陷来论证目前高压电力电缆缺陷监测方法的可行性和实用性。由上述实验可知，通过对不同检测方法的检测结果的比较，局部放电在检测电缆终端安装错位、电缆中间接头含杂质、电缆绝缘受损等造成局部放电的缺陷方面成功率很高，而红外成像对该类缺陷检测存在一定的困难。通过局部放电检测仪等在电缆设备安装和现场运行中的应用，可以快速准确地检测出电缆缺陷造成的局部放电情况，更适合在电力部门的日常工作中使用。

今后将通过对高压电力电缆缺陷的电场仿真计算，分析在不同情况以及不同部位的电场电势。采用有限元计算方法，建立模型，针对电缆接头杂质缺陷、应力锥安装错位、终端受潮以及电缆本体受损的情况进行电场分析，得出较为理想的效果，与人工缺陷模拟试验的测试结果有很好的一致性。

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2014-09-11

曾应璋(1979—)，男，广东东莞人，工程硕士，电气工程师，研究方向：高压电缆以及附件缺陷检测。