高压电缆绝缘老化机理及预防措施研究

彭琳琳 李博 赵琳琳 徐礼强 朱峰

【摘要】高压电缆绝缘老化是电力系统中常见的问题，会导致电缆性能下降甚至故障。本文通过对高压电缆绝缘老化机理和影响因素的研究，提出了预防措施和检测技术。通过选择高质量的绝缘材料、提高电缆运行环境、加强维护和检测工作，以及采用先进技术延缓绝缘老化等措施，可以有效预防高压电缆绝缘老化问题。此外，本文还通过案例分析，介绍了实际案例，并对老化原因进行了分析，提出了相应的预防措施建议。这些研究成果对于保障电力系统的稳定运行和延长设备的使用寿命具有重要意义。

【关键词】高压电缆；绝缘老化；预防措施；检测技术；案例分析

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.02.023

Research on the Mechanism and Preventive Measures of Insulation Aging in High-voltage Cables

PENG Linlin， LI Bo， ZHAO Linlin， XU Liqiang， ZHU Feng

（Liaoning Institute of Product Quality Inspection， Shenyang 110036， China）

Abstract： The insulation aging of high-voltage cables is a common problem in power systems， which can lead to a decline in cable performance or even failure. This article presents research on the mechanism and influencing factors of insulation aging in high-voltage cables， and proposes preventive measures and detection techniques. By selecting high-quality insulation materials， improving the cable operating environment， strengthening maintenance and inspection work， and employing advanced technologies to delay insulation aging， it is possible to effectively prevent the insulation aging of high-voltage cables. In addition， this article presents case studies， analyzes the causes of aging， and provides corresponding prevention measures and recommendations. These research findings are of great significance for ensuring the stable operation of power systems and extending the service life of equipment.

Keywords： high-voltage cable； insulation aging； preventive measures； detection techniques； case analysis

0引言

高壓电缆作为电力系统中重要的输电工具，其绝缘老化问题一直是电力系统运行中的难题。绝缘老化会导致电缆的绝缘性能下降，增加电缆故障的风险，甚至引发火灾等严重后果。因此，研究高压电缆绝缘老化机理及预防措施，具有重要的理论和实际意义。

1高压电缆绝缘老化机理研究

1.1高压电缆绝缘老化的原因

高压电缆绝缘老化的原因有很多，主要与电缆绝缘材料本身的老化、电缆工作环境的影响以及设计和施工质量等因素有关。首先，电缆绝缘材料本身的老化是主要原因之一。在长期经受电压、电流和环境等因素的作用下，绝缘材料会发生物理、化学和电学老化。具体表现为绝缘材料中的分子链会发生断裂和交联，导致绝缘材料的物理性能下降。此外，如果电缆绝缘材料本身存在质量问题，如材料的不均匀性、气泡、缺陷等，也会对绝缘性能产生负面影响。其次，电缆的工作环境对绝缘老化过程有很大影响。例如，高温、湿度以及化学物质的侵蚀等因素都会加速绝缘材料的老化。这些因素会直接导致绝缘材料性能下降，从而影响电缆的运行寿命和安全性。最后，电缆的设计和施工质量不合理也是绝缘老化的重要原因。例如，如果电缆发生过载、过热、电压不稳定等问题，都会加剧绝缘老化的发生。不合理的设计和施工会导致电缆运行条件恶劣，从而加速绝缘老化的过程。

1.2高压电缆绝缘老化过程

高压电缆绝缘老化的过程是一个渐进的、复杂的物理和化学变化过程。绝缘材料在电场和电压作用下，其内部极化逐步加剧。随着时间的推进，绝缘材料中的极化效应更为严重，从而产生一定的电导率，使得绝缘材料逐渐丧失其绝缘性能。在此过程中，分子链发生断裂与交联，导致绝缘材料物理性能衰退，绝缘材料的机械强度、耐热性和耐腐蚀性等指标随之逐步下降。这一阶段是绝缘老化的主要因素，对电缆运行安全和使用寿命产生深远影响。绝缘材料中的氧化、水分或化学物质侵蚀等因素，共同加速绝缘老化过程。这些因素相互影响，使绝缘材料的绝缘性能逐步丧失，进而增加电缆故障和损坏的风险。

1.3高压电缆绝缘老化影响因素

高压电缆绝缘老化的影响因素涉及多个方面，具体包括：1）工作环境因素：高压电缆所处的工作环境对其绝缘老化过程具有重要影响。例如，高温、湿度、化学物质侵蚀等外部因素都会加速绝缘材料的老化。高温会导致绝缘材料分子链运动加剧，从而加速老化。湿度则会使绝缘材料吸湿，降低其绝缘性能。化学物质侵蚀会破坏绝缘材料的结构，进一步加速老化。2）工作负荷因素：电缆的工作负荷也会对绝缘老化产生影响。例如，过载、过热、电压不稳定等问题都可能加剧绝缘老化的发生。过载会导致电缆工作温度升高，进而加速绝缘材料的老化。电压不稳定会使电场强度发生变化，导致绝缘材料的老化加剧。3）绝缘材料质量因素：绝缘材料的质量问题也是影响绝缘老化的重要因素。如材料的不均匀性、气泡、缺陷等问题都会影响绝缘的性能。使用不合格的绝缘材料会大大缩短电缆的使用寿命，增加故障发生的风险。4）设计和施工质量因素：电缆的设计和施工质量对绝缘老化也有很大影响。例如，设计中未充分考虑各种影响因素，施工过程中操作不当，都可能导致电缆的过载、过热、电压不稳定等问题，从而加剧绝缘老化的发生。

2延缓高压电缆绝缘老化的措施

2.1选择高质量绝缘材料

在选择绝缘材料时，首先要考虑其绝缘强度、耐热性和耐候性。这些特性能够有效抵抗电压应力和外界环境的影响。其次，绝缘材料的机械强度和耐热性也是重要因素。电缆在运行过程中可能会受到高温和机械应力的影响，因而绝缘材料必须具备足够的机械强度和耐热性，以保证其长期稳定的绝缘性能。最后，绝缘材料的耐候性也是一个重要考虑因素。电缆通常需要在室外环境中运行，因而绝缘材料必须能够抵抗紫外线、湿度和氧化等外界环境因素的侵蚀，以延长电缆的使用寿命。通过选择高质量的绝缘材料，可以提高电缆的绝缘性能和使用寿命，有效预防绝缘老化的发生。

2.2改善电缆运行环境

为了预防高压电缆绝缘老化，改善电缆的运行环境是重要的一项措施。恶劣的运行环境会加速绝缘老化的发展，因此必须采取措施改善电缆的运行环境。具体措施如下：首先，需要保持电缆周围的温湿度在适宜的范围内。过高的温度和湿度会对绝缘材料造成损害，加速绝缘老化的发展。因此，应采取措施来控制电缆周围的温湿度，确保其在安全范围内运行。其次，要避免电缆长时间处于过载状态。过载会导致电压应力增加，对绝缘材料造成损害，加速绝缘老化的发展。因此，需要合理设计电缆的负载，防止过载情况的发生。最后，还需注意防止电缆受到机械应力和化学物质的损害。电缆在安装和运行过程中可能会受到挤压、拉伸、腐蚀等因素的影响，因此应采取措施保护电缆，避免其受到损害。

2.3加强电缆维护和检测

定期进行电缆的维护保养，包括清洁、防护和绝缘层的修复，可以有效延缓绝缘老化的发展。清洁电缆表面可以去除污垢和灰尘，避免其对绝缘材料的侵蚀。防护措施包括使用防护套管或防护盖板，保护电缆免受外界环境的影响。修复绝缘层可采用涂覆绝缘漆或绝缘胶带修复绝缘材料的损坏部分。介质损耗角正切检测可以评估绝缘材料的损耗特性，判断绝缘材料的老化程度。电缆局部放电检测可以检测绝缘材料中的局部放电现象，及时发现绝缘老化的迹象。

2.4采用先进技术延缓绝缘老化

随着科技的不断进步，出现了许多新的技术和材料，可以有效延缓绝缘老化的发生和发展。其中，采用纳米材料是一种先进的技术。纳米材料具有较大的比表面积和较高的化学活性，可以提高绝缘材料的绝缘强度和耐热性。纳米材料的加入可以增加绝缘材料的绝缘层厚度，增强电缆的绝缘性能。另外采用注塑成型和挤出成型等常用的绝缘材料加工技术，可以提高绝缘材料的均匀性和致密性，增强电缆的绝缘性能。红外热像仪可以实时监测电缆的温度分布，及时发现绝缘老化问题。超声波检测可以检测电缆内部的故障和损伤，及时采取措施进行修复。通过采用先进技术，可以有效延缓高压电缆绝缘老化的发展，提高电缆的可靠性和使用寿命。

3高压电缆绝缘老化检测技术研究

3.1检测技术原理

高压电缆绝缘老化的检测技术主要包括局部放电检测、介电损耗角正切检测、红外热像检测等。局部放电检测是通过检测电缆绝缘中的局部放电信号来评估绝缘老化程度。介电损耗角正切检测则是通过测量电缆绝缘材料的介电损耗和介电常数来判断绝缘老化情况。红外热像检测则是利用红外热像仪检测电缆表面的温度分布，从而判断绝缘老化的程度。这些检测技术都是基于电缆绝缘老化的特征特性进行设计和应用的。

3.2检测方法比较

不同的检测方法在高压电缆绝缘老化检测中具有各自的优缺点。局部放电检测方法具有高灵敏度和准确性，可以提供较为准确的绝缘老化评估结果。介电损耗角正切检测方法可以直接测量绝缘材料的介电性能，能够提供绝缘老化的定量分析。红外热像检测方法则可以快速地检测电缆表面的温度分布，能够提供绝缘老化的直观图像。综合考虑，可以根据实际需求和条件选择合适的检测方法。

3.3检测设备开发

随着高压电缆绝缘老化检测的需求增加，相关的检测设备也得到了不断的发展和改进。目前，市场上已经有多种针对高压电缆绝缘老化检测的设备和仪器。这些设备包括局部放电检测仪、介电损耗角正切测试仪、红外热像仪等。这些设备在检测原理、测量范围、灵敏度等方面都有所差异，可以根据实际需求选择合适的设备。此外，还有一些新型的检测设备正在不断研发和推出，如基于无线传感器网络的电缆绝缘老化监测系统等，这些设备的出现将进一步提高电缆绝缘老化检测的精度和便捷性。

4高压电缆绝缘老化案例分析

4.1实际案例介绍

某电力系统中的一条高压电缆出现了绝缘老化问题。经过检测，发现该电缆的局部放电量明显增加，介电损耗角正切值超过了正常范围。同时，红外热像检测也显示出电缆绝缘部分存在异常的热点。经过进一步分析，确定该电缆的绝缘老化问题严重，需要采取相应的措施进行修复或更换。

4.2老化原因分析

综合分析发现，该电缆的绝缘老化主要是由于长期受到过高的电压应力和环境因素的影响。首先，电缆所处的环境湿度较高，加速了绝缘材料的老化。其次，电缆长期处于过载状态，电压应力超过了绝缘材料的承受能力，导致绝缘老化加剧。最后，电缆的维护保养不及时，也加速了绝缘老化的发展。

4.3预防措施建议

针对该电缆的绝缘老化问题，建议采取以下预防措施。首先，应加强电缆的维护保养，定期清洁绝缘材料，修复损坏的绝缘层。其次，应改善电缆所处的环境条件，控制湿度，避免过高的温度。最后，根据实际情况，可以考虑采用先进的绝缘材料和技术，延缓绝缘老化的发展。通过这些预防措施，可以有效提高电缆的绝缘性能和使用寿命，确保电力系统的安全运行。

5结束语

通过对高压电缆绝缘老化机理和影响因素的研究，本文提出了一系列预防措施和检测技术，可以有效延缓绝缘老化的发生和发展。在实际应用中，应选择高质量的绝缘材料，提高电缆运行环境，加强维护和检测工作，并采用先进技术进行绝缘老化的监测和评估。此外，通过案例分析，可以更好地了解绝缘老化的具体问题，并提出相应的预防措施和建议。这些研究成果将为电力系统的安全运行和设备的寿命延长提供重要的参考。

【参考文献】

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[4]姚广元.高压电缆绝缘老化评估系统的研究与应用[D].杭州：浙江大学，2022.

【作者简介】

彭琳琳，女，1982年出生，高级工程师，研究方向为电线电缆检验检测及高电压技术。

（编辑：李鈺双）