温度对电缆附件界面缺陷处局放引发影响机制研究

张蒙恩

摘要：电缆附件在安装时会将硅脂涂覆于电缆与附件绝缘界面处，由于中国城市化建设的不断推进与电力消费需求的逐年提升，电力电缆被广泛应用于城市电网之中，其绝缘介质种类经历了沥青、橡胶、油纸绝聚乙烯、XLPE等几个主要阶段。其中XLPE电缆因其优良的电气、机械、热稳定性能，被广泛应用于城市输配电网络中，并且成为整个电力网络的重要组成部分。但随着电缆投入运行年限的增加，电缆的老化状况越来越严重，由此导致的绝缘击穿事故概率也在逐年上涨。由于电缆附件所形成的交联聚乙烯-硅橡胶复合界面为电缆绝缘屏蔽的非连续点，且界面存在着刀痕空腔、杂质、预制件错位等缺陷，导致电缆附件是输电系统中最脆弱的环节。据统计，电缆附件由于沿面放电而导致的击穿故障占电缆线路总故障的70%以上。

关键词：电缆附件;界面单元;界面缺陷;局部放电;温度

引言

在电缆实际运行中，电缆附件界面温度会随着负荷电流的变化而变化，同时由于我国幅员辽阔，电缆的运行环境也随着地区的不同而不同。因此，温度对电缆附件运行的影响也逐渐开始引起人们的重视。

1高压交联聚乙烯电力电缆X射线成像原理及效果

X射线与自然光并没有本质的区别，都属于电磁波，只是X射线的光量子的能量远大于可见光，它能够穿透可見光不能穿透的物体，X射线在穿透不同的物体时与物质发生相互作用，因吸收和散射而强度变化，我们采用感光材料该强度变化信号后，经信号处理形成我们常见的影像。对于物体局部存在的缺陷，X射线将改变物体对其的衰减，引起透射射线强度的变化，这样，采用一定的检测方法，如利用胶片感光或者平板探测器，来检测透射线强度，就可以判断是否存在缺陷以及缺陷的位置、大小等。高压交联聚乙烯电力电缆是一种多层叠加的环状结构，相对较为规则，且每层材料各异。因此，当X射线径向通过电缆时，由于各层对射线的衰减能力以及透照厚度均存在差异，造成其在底片上性能灰度不一的影像。检测时，射线源与探测器安装在活动支架上，移动到检测的设备对象上，射线源的射线口要对准探测器，探测器将穿过高压电缆设备的射线场强转换为电信号，输入计算机以图像的形式再现，利用专用图像处理与判读软件，实现不同方位下高压电缆设备内部结构形态和缺陷的快速透视成像，以及高压电缆设备结构信息与质量状态的分析.拍摄过程中DR板经充分的曝光，可形成丰富的灰度信息，方便采用图像增强算法对拍摄的X射线原始图像进行分析，通过对原始图像进行灰度变换、直方图修正、Butterworth高通滤波、锐化和边缘查找等操作，使原始图像中不易被人眼所察觉的细节显现出来，供试验人员分析判断制定检修计划。

2界面样本局放采集实验

在实际局放测试中，下电极接高压，上电极接地。为了避免电极尖端电晕及表面放电对缺陷放电产生影响，需将羊角螺母旋紧，施加一定压力，同时，考虑到正常工作状态下的电缆附件与电缆绝缘之间的界面压力一般为0.1～0.25MPa，采用FlexiforceHT201耐高温薄膜内置压力传感器对界面单元缺陷处的压力进行测量，测量结果为0.18Mpa，满足要求。再将整个装置置于纯净绝缘油中。由于界面压力的存在，绝缘油不会进入界面，对界面缺陷放电无影响。为避免弹簧及羊角螺母产生悬浮放电，通过夹子线将其有效接地。实验前对不含有缺陷的界面单元样本进行PDIV测试以尽可能排除电极本身放电对实验结果的影响。局放测试采用逐级升压法对PDIV进行采集，起始电压判定准则参照IEC标准，以超过背景放电量2倍且出现明显内部放电特征的电压值为局放起始电压。PRPD谱图从局放采集装置中获得PD测试电压为10kV，PD测试在加压10min后进行，以尽可能排除PD随机性的干扰。

3冷缩电缆附件扩张工艺

冷缩电缆附件扩张设备是非标设备。扩张方式的选择与扩张工艺的控制将直接影响产品最终的质量。目前扩张工艺大致可分为气压扩张、布袋扩张及机械扩张等。最早使用的机械扩张法是以钢丝支撑为骨架的椎体杆插入扩张法，该方法的好处是纵向拉伸几乎为零，但是钢丝容易损伤管材内壁，从而造成严重缺陷或者开裂。随着扩张工艺的发展，产生了以金属椎体实心棒配以高性能纤维编织而成的布袋扩张法，此法较原有钢丝扩张有了很大的改善，大大降低了管材内壁的损伤几率，但是布袋的损耗也增加了成本。3M的气压扩张法是通过压缩空气和抽真空相结合的方式对产品进行扩张，即管内充一定的空气，管外施加负压扩张，该方法最大的优点就是无损，也是未来普及和发展的趋势。

4向高温超导方向发展

超导技术以其无可比拟的技术优势得到越来越广泛的应用。对于电力行业而言，超导材料的应用，节能效果明显，意义重大。目前超导材料在电力行业的应用尚需解决材料方面的技术问题。超导材料应有较高的临界温度和临界电流，提高超导材料的超导转变温度和临界电流是其得以广泛应用的基本前提。目前，在液氢温区大规模应用高温超导体还需努力，并需进一步发展制备工艺，如果再加上高压、超高压条件下电场的处理与控制，整个系统将变得极为复杂。随着高温超导材料和低温制冷技术的迅速发展，超导技术在输送电领域的运用空间将得到进一步拓展，因此，超导技术也必将成为电缆及附件的重要发展方向。

结语

综上所述，在行业长期积累的基础上，随着新设计、新材料、新技术和新工艺的不断变革与创新，传统的冷缩电缆附件行业必然乘着工业4.0的快车，向智能化、高效节能、预制式一体化及环境友好型方向快速发展。

参考文献：

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河南工学院电缆工程学院 河南 新乡 453003