城网10kV交联电力电缆的寿命评估模型
2014-12-13郑亚茹周文华
郑亚茹+周文华
摘要： 针对城网中的10kV交联电力电缆线路，依据制造标准试验项目的性能指标，进行了综合试验研究。建立了评估模型和试验模型，结合各项试验结果及理论分析对线路评价及风险管理等问题进行了分析，并提出了若干建议。
关键词： 10kV交联聚乙烯（XLPE）绝缘；电力电缆；评估模型；试验模型；寿命管理
中图分类号：TM247 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）34-0035-02
0 引言
城市低压配电网作为城市供电系统的重要组成部分，在国民经济建设和居民日常生活中扮演着至关重要的角色。而配电电缆又是配电网的一个主要部分。配电网运行阶段，电缆的安全性和稳定性关系着用电负荷的增减，因此，对电网运行质量的影响非常大。现阶段，我国大部分电网所用电缆基本是国产10kV交联聚乙烯（XLPE）绝缘电缆，这种电缆敷设环境比较复杂，分布广且有一定规模。
本文的寿命评估模型是根据实际的电力电缆线路内外的影响带来诸多不确定因素，结合采购成本、生产工艺技术、各项试验结果和线路的运行情况设计多维评价指标模型，分析强化条件的试验结果后整体评估线路等级，基于各等级线路存在的普遍性问题制定有针对性的治理策略。
1 评估模型
评估模型需要通过电缆绝缘系统的裕度试验和多因子老化试验，得到电缆绝缘系统的裕度信息和老化信息。结合实际运行状况，根据相关标准和判据，给出定性或定量的系统性能和可靠性指标[1-2]。
1.1 运行模型测评
分析区域内10kV交联电力电缆的运行状态时，不仅要考虑其截面参数、接头数量和护套型式，同时要兼顾敷设要求、最高载流量、附件类型、故障类型、服务年限等，最终以状态良好、较好和一般进行测评。
1.2 各项试验设计思路
采用城网已运行的10kV交联电力电缆，获得所测电缆的各项参数，据此对实际电缆系统及其绝缘性能进行综合评估。先利用实验检测电缆的绝缘性能，基于绝缘检测结果进行逐级击穿试验，再参考前述试验所得性能参数对电缆进行加速老化试验，据此评估电缆性能。
1.3 寿命管理
试验结果是随机的，而且不连续性。试验中所选电缆样本的运行状况是否良好，是否完好无损，直接决定所得试验结果是否准确。鉴于此，在实际运行维护工作中，必须根据线缆故障率来安排其寿命管理工作，针对线缆寿命的评估测试必须是实际可运行的寿命，需要据此编制一套科学的相对终止标准及失效判据。
2 试验模型
2.1 绝缘系统品质试验
绝缘系统品质试验。针对电缆绝缘系统中的绝缘材料、电缆及附件，进行设定条件下的试验。根据该项试验得到电缆绝缘系统的基本信息，评价其品质现状。
试验模型：基于鉴定试验要求、国家现行标准以及南方电网技术标准对于10kV交联电力电缆的要求，取3-5种电缆样本开展电气性能试验。
通过常规鉴定试验，说明样本电缆的各项指标基本符合标准要求，要注意的是，电缆的长度方向的电气性能一致性较低。如杂质、界面突起、绝缘平均厚度偏小、绝缘偏心度较大等若干制造缺陷也将对电缆长期运行产生影响。
2.2 电缆绝缘系统裕度试验[2]
电缆绝缘系统裕度试验。首先确定系统预期寿命，按试验强度等级的不同确定试验型式；按实际运行条件，确定试验电压水平；最后对绝缘系统裕度进行考核，包括正常、紧急和故障情况下的绝缘电气强度、载流能力等。
试验模型：为了进行线缆电气绝缘性能测试，掌握线缆绝缘裕度，通过对10kV交联电力电缆按20kV及30kV电压等级有关电气型式试验标准开展雷电冲击和工频交流电压试验。表1给出了标准试验电压。
试验结果应通过8.7/10kV电压等级的耐压试验，如通过电缆继续进行12/20kV电压等级的耐压试验，通过了说明绝缘电气强度优良；如电缆继续能通过18/30kV电压等级的耐压试验。从电气绝缘层面来分析，电缆系统中电缆本体可承受高标准的试验电压，绝缘裕度较大。
2.3 加速老化试验
加速老化试验。该项试验分为连续试验模式和循环试验模式。按试验历时和循环次数的不同，可分为短期、中期和长期。该项试验模拟试卷运行条件，在不同的强度水平下进行，可考虑电、热、机械和环境等因子的综合作用。
试验模型：将1.7UO电压施加到电缆中，进而对电缆导体在一定程度上进行通电热循环试验。通过对电缆导体进行一段时间的热循环加速老化处理后，然后利用逐级击穿试验对所有的样品处理。样品特征击穿场强通过耐压筛选处理后具有较高的期望值，同时统计逐级击穿试验的结果，进一步充分说明：电缆经过耐压筛选后，其可靠性非常高。
2.4 附加特殊试验
通过对比分析不同的样品，根据分析结果显示，水树与敷设环境的相关性比较大，因而，水树的生长受到外护套的防水性能及完好程度的影响和制约。其试验结果显示，样品的击穿场强与水树的密度、长度、形态等存在一定的相关性。
3 结束语
在实际评估过程中，需要注意：①在检查电缆样品的过程中，发现电缆外护套损伤、绝缘典型缺陷等问题，在这种话情况下，需要采取相应的措施，进而确保并延长电缆的使用时间。②对于运行的电缆来说，其绝缘系统通常情况下处于多因子老化过程中，在这一过程中，不断暴露出各种缺陷。因此，在状态评估中反映出的本征/非本征缺陷对线路运行造成的影响，在制定决策时，需要进行综合考虑。③在研究敷设运行方式对电缆温升影响的过程中，需要对电缆绝缘运行温度与电气绝缘强度之间的关系进行研究分析，对于温度身高较大的部位，需要采取相应的控温措施。④对电缆线路的敷设条件、线路负载、运行年限等外部因素产生的影响需要进行综合评估，同时对各线路的具体情况进行甄别，并予以区别。
参考文献：
[1]GB/T 12706.2-2008，额定电压1kV（Um=1.2kV）到35kV（Um=40.5kV）挤包绝缘电力电缆及附件第2部分：额定电压6kV（Um=7.2kV）到30kV（Um=36kV）电缆[S].
[2]GB/T 3048-2007，电线电缆电性能试验方法[S].
[3]费益军.广东电网公司2010年电线电缆产品质量考评抽检结果浅析[J].电线电缆，2010（12）.
[4]费益军.南京城网10kV XLPE绝缘电力电缆现状试验研究[J].电线电缆，2010（6）.
[5]高超，等.大容量多馈入直流对广东电网运行稳定性影响的研究[J].广东电力，2013.
摘要： 针对城网中的10kV交联电力电缆线路，依据制造标准试验项目的性能指标，进行了综合试验研究。建立了评估模型和试验模型，结合各项试验结果及理论分析对线路评价及风险管理等问题进行了分析，并提出了若干建议。
关键词： 10kV交联聚乙烯（XLPE）绝缘；电力电缆；评估模型；试验模型；寿命管理
中图分类号：TM247 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）34-0035-02
0 引言
城市低压配电网作为城市供电系统的重要组成部分，在国民经济建设和居民日常生活中扮演着至关重要的角色。而配电电缆又是配电网的一个主要部分。配电网运行阶段，电缆的安全性和稳定性关系着用电负荷的增减，因此，对电网运行质量的影响非常大。现阶段，我国大部分电网所用电缆基本是国产10kV交联聚乙烯（XLPE）绝缘电缆，这种电缆敷设环境比较复杂，分布广且有一定规模。
本文的寿命评估模型是根据实际的电力电缆线路内外的影响带来诸多不确定因素，结合采购成本、生产工艺技术、各项试验结果和线路的运行情况设计多维评价指标模型，分析强化条件的试验结果后整体评估线路等级，基于各等级线路存在的普遍性问题制定有针对性的治理策略。
1 评估模型
评估模型需要通过电缆绝缘系统的裕度试验和多因子老化试验，得到电缆绝缘系统的裕度信息和老化信息。结合实际运行状况，根据相关标准和判据，给出定性或定量的系统性能和可靠性指标[1-2]。
1.1 运行模型测评
分析区域内10kV交联电力电缆的运行状态时，不仅要考虑其截面参数、接头数量和护套型式，同时要兼顾敷设要求、最高载流量、附件类型、故障类型、服务年限等，最终以状态良好、较好和一般进行测评。
1.2 各项试验设计思路
采用城网已运行的10kV交联电力电缆，获得所测电缆的各项参数，据此对实际电缆系统及其绝缘性能进行综合评估。先利用实验检测电缆的绝缘性能，基于绝缘检测结果进行逐级击穿试验，再参考前述试验所得性能参数对电缆进行加速老化试验，据此评估电缆性能。
1.3 寿命管理
试验结果是随机的，而且不连续性。试验中所选电缆样本的运行状况是否良好，是否完好无损，直接决定所得试验结果是否准确。鉴于此，在实际运行维护工作中，必须根据线缆故障率来安排其寿命管理工作，针对线缆寿命的评估测试必须是实际可运行的寿命，需要据此编制一套科学的相对终止标准及失效判据。
2 试验模型
2.1 绝缘系统品质试验
绝缘系统品质试验。针对电缆绝缘系统中的绝缘材料、电缆及附件，进行设定条件下的试验。根据该项试验得到电缆绝缘系统的基本信息，评价其品质现状。
试验模型：基于鉴定试验要求、国家现行标准以及南方电网技术标准对于10kV交联电力电缆的要求，取3-5种电缆样本开展电气性能试验。
通过常规鉴定试验，说明样本电缆的各项指标基本符合标准要求，要注意的是，电缆的长度方向的电气性能一致性较低。如杂质、界面突起、绝缘平均厚度偏小、绝缘偏心度较大等若干制造缺陷也将对电缆长期运行产生影响。
2.2 电缆绝缘系统裕度试验[2]
电缆绝缘系统裕度试验。首先确定系统预期寿命，按试验强度等级的不同确定试验型式；按实际运行条件，确定试验电压水平；最后对绝缘系统裕度进行考核，包括正常、紧急和故障情况下的绝缘电气强度、载流能力等。
试验模型：为了进行线缆电气绝缘性能测试，掌握线缆绝缘裕度，通过对10kV交联电力电缆按20kV及30kV电压等级有关电气型式试验标准开展雷电冲击和工频交流电压试验。表1给出了标准试验电压。
试验结果应通过8.7/10kV电压等级的耐压试验，如通过电缆继续进行12/20kV电压等级的耐压试验，通过了说明绝缘电气强度优良；如电缆继续能通过18/30kV电压等级的耐压试验。从电气绝缘层面来分析，电缆系统中电缆本体可承受高标准的试验电压，绝缘裕度较大。
2.3 加速老化试验
加速老化试验。该项试验分为连续试验模式和循环试验模式。按试验历时和循环次数的不同，可分为短期、中期和长期。该项试验模拟试卷运行条件，在不同的强度水平下进行，可考虑电、热、机械和环境等因子的综合作用。
试验模型：将1.7UO电压施加到电缆中，进而对电缆导体在一定程度上进行通电热循环试验。通过对电缆导体进行一段时间的热循环加速老化处理后，然后利用逐级击穿试验对所有的样品处理。样品特征击穿场强通过耐压筛选处理后具有较高的期望值，同时统计逐级击穿试验的结果，进一步充分说明：电缆经过耐压筛选后，其可靠性非常高。
2.4 附加特殊试验
通过对比分析不同的样品，根据分析结果显示，水树与敷设环境的相关性比较大，因而，水树的生长受到外护套的防水性能及完好程度的影响和制约。其试验结果显示，样品的击穿场强与水树的密度、长度、形态等存在一定的相关性。
3 结束语
在实际评估过程中，需要注意：①在检查电缆样品的过程中，发现电缆外护套损伤、绝缘典型缺陷等问题，在这种话情况下，需要采取相应的措施，进而确保并延长电缆的使用时间。②对于运行的电缆来说，其绝缘系统通常情况下处于多因子老化过程中，在这一过程中，不断暴露出各种缺陷。因此，在状态评估中反映出的本征/非本征缺陷对线路运行造成的影响，在制定决策时，需要进行综合考虑。③在研究敷设运行方式对电缆温升影响的过程中，需要对电缆绝缘运行温度与电气绝缘强度之间的关系进行研究分析，对于温度身高较大的部位，需要采取相应的控温措施。④对电缆线路的敷设条件、线路负载、运行年限等外部因素产生的影响需要进行综合评估，同时对各线路的具体情况进行甄别，并予以区别。
参考文献：
[1]GB/T 12706.2-2008，额定电压1kV（Um=1.2kV）到35kV（Um=40.5kV）挤包绝缘电力电缆及附件第2部分：额定电压6kV（Um=7.2kV）到30kV（Um=36kV）电缆[S].
[2]GB/T 3048-2007，电线电缆电性能试验方法[S].
[3]费益军.广东电网公司2010年电线电缆产品质量考评抽检结果浅析[J].电线电缆，2010（12）.
[4]费益军.南京城网10kV XLPE绝缘电力电缆现状试验研究[J].电线电缆，2010（6）.
[5]高超，等.大容量多馈入直流对广东电网运行稳定性影响的研究[J].广东电力，2013.
摘要： 针对城网中的10kV交联电力电缆线路，依据制造标准试验项目的性能指标，进行了综合试验研究。建立了评估模型和试验模型，结合各项试验结果及理论分析对线路评价及风险管理等问题进行了分析，并提出了若干建议。
关键词： 10kV交联聚乙烯（XLPE）绝缘；电力电缆；评估模型；试验模型；寿命管理
中图分类号：TM247 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）34-0035-02
0 引言
城市低压配电网作为城市供电系统的重要组成部分，在国民经济建设和居民日常生活中扮演着至关重要的角色。而配电电缆又是配电网的一个主要部分。配电网运行阶段，电缆的安全性和稳定性关系着用电负荷的增减，因此，对电网运行质量的影响非常大。现阶段，我国大部分电网所用电缆基本是国产10kV交联聚乙烯（XLPE）绝缘电缆，这种电缆敷设环境比较复杂，分布广且有一定规模。
本文的寿命评估模型是根据实际的电力电缆线路内外的影响带来诸多不确定因素，结合采购成本、生产工艺技术、各项试验结果和线路的运行情况设计多维评价指标模型，分析强化条件的试验结果后整体评估线路等级，基于各等级线路存在的普遍性问题制定有针对性的治理策略。
1 评估模型
评估模型需要通过电缆绝缘系统的裕度试验和多因子老化试验，得到电缆绝缘系统的裕度信息和老化信息。结合实际运行状况，根据相关标准和判据，给出定性或定量的系统性能和可靠性指标[1-2]。
1.1 运行模型测评
分析区域内10kV交联电力电缆的运行状态时，不仅要考虑其截面参数、接头数量和护套型式，同时要兼顾敷设要求、最高载流量、附件类型、故障类型、服务年限等，最终以状态良好、较好和一般进行测评。
1.2 各项试验设计思路
采用城网已运行的10kV交联电力电缆，获得所测电缆的各项参数，据此对实际电缆系统及其绝缘性能进行综合评估。先利用实验检测电缆的绝缘性能，基于绝缘检测结果进行逐级击穿试验，再参考前述试验所得性能参数对电缆进行加速老化试验，据此评估电缆性能。
1.3 寿命管理
试验结果是随机的，而且不连续性。试验中所选电缆样本的运行状况是否良好，是否完好无损，直接决定所得试验结果是否准确。鉴于此，在实际运行维护工作中，必须根据线缆故障率来安排其寿命管理工作，针对线缆寿命的评估测试必须是实际可运行的寿命，需要据此编制一套科学的相对终止标准及失效判据。
2 试验模型
2.1 绝缘系统品质试验
绝缘系统品质试验。针对电缆绝缘系统中的绝缘材料、电缆及附件，进行设定条件下的试验。根据该项试验得到电缆绝缘系统的基本信息，评价其品质现状。
试验模型：基于鉴定试验要求、国家现行标准以及南方电网技术标准对于10kV交联电力电缆的要求，取3-5种电缆样本开展电气性能试验。
通过常规鉴定试验，说明样本电缆的各项指标基本符合标准要求，要注意的是，电缆的长度方向的电气性能一致性较低。如杂质、界面突起、绝缘平均厚度偏小、绝缘偏心度较大等若干制造缺陷也将对电缆长期运行产生影响。
2.2 电缆绝缘系统裕度试验[2]
电缆绝缘系统裕度试验。首先确定系统预期寿命，按试验强度等级的不同确定试验型式；按实际运行条件，确定试验电压水平；最后对绝缘系统裕度进行考核，包括正常、紧急和故障情况下的绝缘电气强度、载流能力等。
试验模型：为了进行线缆电气绝缘性能测试，掌握线缆绝缘裕度，通过对10kV交联电力电缆按20kV及30kV电压等级有关电气型式试验标准开展雷电冲击和工频交流电压试验。表1给出了标准试验电压。
试验结果应通过8.7/10kV电压等级的耐压试验，如通过电缆继续进行12/20kV电压等级的耐压试验，通过了说明绝缘电气强度优良；如电缆继续能通过18/30kV电压等级的耐压试验。从电气绝缘层面来分析，电缆系统中电缆本体可承受高标准的试验电压，绝缘裕度较大。
2.3 加速老化试验
加速老化试验。该项试验分为连续试验模式和循环试验模式。按试验历时和循环次数的不同，可分为短期、中期和长期。该项试验模拟试卷运行条件，在不同的强度水平下进行，可考虑电、热、机械和环境等因子的综合作用。
试验模型：将1.7UO电压施加到电缆中，进而对电缆导体在一定程度上进行通电热循环试验。通过对电缆导体进行一段时间的热循环加速老化处理后，然后利用逐级击穿试验对所有的样品处理。样品特征击穿场强通过耐压筛选处理后具有较高的期望值，同时统计逐级击穿试验的结果，进一步充分说明：电缆经过耐压筛选后，其可靠性非常高。
2.4 附加特殊试验
通过对比分析不同的样品，根据分析结果显示，水树与敷设环境的相关性比较大，因而，水树的生长受到外护套的防水性能及完好程度的影响和制约。其试验结果显示，样品的击穿场强与水树的密度、长度、形态等存在一定的相关性。
3 结束语
在实际评估过程中，需要注意：①在检查电缆样品的过程中，发现电缆外护套损伤、绝缘典型缺陷等问题，在这种话情况下，需要采取相应的措施，进而确保并延长电缆的使用时间。②对于运行的电缆来说，其绝缘系统通常情况下处于多因子老化过程中，在这一过程中，不断暴露出各种缺陷。因此，在状态评估中反映出的本征/非本征缺陷对线路运行造成的影响，在制定决策时，需要进行综合考虑。③在研究敷设运行方式对电缆温升影响的过程中，需要对电缆绝缘运行温度与电气绝缘强度之间的关系进行研究分析，对于温度身高较大的部位，需要采取相应的控温措施。④对电缆线路的敷设条件、线路负载、运行年限等外部因素产生的影响需要进行综合评估，同时对各线路的具体情况进行甄别，并予以区别。
参考文献：
[1]GB/T 12706.2-2008，额定电压1kV（Um=1.2kV）到35kV（Um=40.5kV）挤包绝缘电力电缆及附件第2部分：额定电压6kV（Um=7.2kV）到30kV（Um=36kV）电缆[S].
[2]GB/T 3048-2007，电线电缆电性能试验方法[S].
[3]费益军.广东电网公司2010年电线电缆产品质量考评抽检结果浅析[J].电线电缆，2010（12）.
[4]费益军.南京城网10kV XLPE绝缘电力电缆现状试验研究[J].电线电缆，2010（6）.
[5]高超，等.大容量多馈入直流对广东电网运行稳定性影响的研究[J].广东电力，2013.
