高压交联电缆缓冲层烧蚀缺陷检测方法研究

高压交联电缆缓冲层烧蚀缺陷检测方法研究

黄幸浩

深圳市输变电工程有限公司 518000

摘要：目前，国内绝大多数电缆生产厂家沿用国外电缆的设计模式，对阻水缓冲层的设计参数要求并不清晰，国标GB/T18890—2015《额定电压220kV(Um=252kV)交联聚乙烯绝缘电力电缆及其附件》及GB/T11017—2014《额定电压110kV(Um=126kV)交联聚乙烯绝缘电力电缆及其附件》对缓冲层的性能要求仅是采用半导电弹性材料，使绝缘半导电屏蔽层与金属屏蔽层保持电气上接触良好，其他物理力学性能符合JB/T10259—2014要求。在阻水缓冲层烧蚀缺陷问题出现后，国内学者逐步对缓冲层材料、缓冲层故障机理、缓冲层与金属护层的间隙距离等问题进行了初步的研究分析，但对于电力运维单位亟需解决的阻水缓冲层烧蚀缺陷检测方法，目前仍处于空白状态。基于此，对高压交联电缆缓冲层烧蚀缺陷检测方法进行研究，以供参考。

关键词：高压；交联电缆；缓冲层；烧蚀缺陷；检测方法

引言

高压电缆材料及结构的选择对电缆的长期可靠使用影响巨大。近年来，电缆缓冲层在运行中出现烧蚀现象就是其最典型的问题。众所周知，电缆缓冲层是由半导电无纺布加防水粉组成的，由于材料性质特性的变化、生产工艺的不同，材料表现出的结构特性千差万别。电缆运行时，电容电流的出现和分布变化，不同接地方式运行下电容电流的集中方式也不同，如果在电流集中点上，材料的温升超过了基材的耐温极限，就可能出现烧蚀现象。

1电缆缓冲层的作用及类型

高压输电电缆的缓冲层位于绝缘屏蔽层与皱纹铝护套之间，充当电气连接。避震器应具有半绝缘功能，能与绝缘金属外壳产生良好的电接触，避免静电、电磁传感器和自由绝缘，而泄漏和充电电流只应集中在一起，燃烧层应受到损伤。此外，缓冲层应具有纵向阻水功能，高压XLPE电缆均采用皱纹铝护套实现径向阻水功能，在这种情况下，外部罩和金属套管损坏时需要减振器性能，以阻挡沿金属外壳的冲水过程，并使电流保持一定时间的稳定。当前，通常使用半页(阻塞)缓冲区，铜丝织物有两种类型。半导体溅射(大坝)通常由半壁聚酯(或无纺织品聚酯)、半壁粘合剂和高爆炸性汞组成。高度膨胀的湿度，即。阻垢粉，是低多态性聚丙烯氯化钠的主要化学成分，它吸收数百或千倍的严重水分，以凝结水的形式吸收水，即使水只能很难浓缩。当电缆受潮或受潮时，水会迅速扩散到一定的高度，从而防止水进一步扩散。铜制织物，又称为金布，由细neopren或拉伸锡青铜制成，用半页或导电尼龙制成。铜织物用于静电放电和控制绝缘半导体层与铝壳之间的电位。铜线织物减少了半导体层引起的感应电压，当电缆受到冲击时，避免缓冲层放电。

2电缆缓冲层烧蚀缺陷描述

2.1电缆缓冲层烧蚀缺陷原因

由于生产或者运行过程中缓冲层受潮，高压ＸＬＰＥ电缆的缓冲层与铝护套波谷的接触处容易形成白色粉末（亦称白斑），其产生过程可解释为：阻水粉吸水后产生游离的Ｎａ＋和ＯＨ－离子，铝护套上的铝元素与２种离子发生反应，然而，根据白斑主要成分的电阻率极大可知，白斑呈现绝缘性质，破坏了该处缓冲层与铝护套的电气连接，当缓冲层上的白斑范围增大，将导致绝缘屏蔽层不能有效接地。因此电缆在运行过程中，白色粉末处的绝缘屏蔽层悬浮电位将会提升，即该处缓冲层间的电场强度增大，外层为铝护套，内层为缓冲层。由于重力作用，电缆内部并非同心圆结构，而是在电缆底部缓冲层与铝护套波谷处紧密接触。该处产生白斑后，增大了此处的电场强度，当层间电场强度超过空气击穿场强（３ＭＶ／ｍ）时会发生局部放电，随着局部放电达到一定剧烈程度，就会在存在白斑缺陷的铝护套波谷处引起烧蚀现象。

2.2白色粉末的成分及成因

本研究主要集中于分析白色粉末的成分和成因理论。红外分析包括钙和铝元素含量较高的元件，测量的白色粉末涂层具有较高的漏电距离和静电效率。分析主要是由于水和化学腐蚀通过接触金属套管而产生的影响。尽管反应道路各不相同，但可能会出现以下情况:铝元素，并且分析会考虑各种外部因素，例如接触压力、电流大小等。

3阻水缓冲层烧蚀缺陷的检测方法探究

3.1高次谐波法

高次谐波法认为电缆异常时，磁通量波形会变乱，电缆内的导体发生局部过热，会在电流的高次谐波成分中体现出来，因此可以通过对各次谐波的含有率及相应次谐波函数计算，并结合专家数据库分析电缆的运行状态。目前，高次谐波法从日本引入，对高压电缆老化部位与高次谐波的关系基于日本国内的理论及测试数据库。测试时，直接从带电电缆的首、末端表面提取信号，操作简单快捷，对电缆本身不会造成损害。高值谐波法的负值是根据谐波负荷和主分量分析的分摊率计算自动生成的，并根据数据库的差值进行计算。该判决基于基于软件的神经网络、支持向量机等算法。检测结果基于定量百分比，该百分比分析电缆部分的老化率，较高的值认为较高的值是严重的。

3.2半导电缓冲层烧蚀受热

从理论计算获知，电缆缓冲层在操作过电压作用下，电容电流集中点的一个小区域中会产生很高的温度(理论计算值441℃，实测值423℃)，这一温度远高于缓冲层材质结构的耐热温度，缓冲层在操作波作用的时间内结构中的结晶体融化到整体分解，而造成这个温度下的电流只有不到1A。实际测量的温度和理论计算的温度非常接近，原因可能是在理论计算的假设阶段，认为电容电流产生的温升向周围介质的散热可以忽略不计，但实际上存在散热，只是由于缓冲层是由聚丙烯纤维构成，而聚丙烯纤维是一个绝缘体，散热很小。虽然纤维上包裹着导电炭黑，但其厚度非常薄，散热也是有限的。这里面的散热主要是红外线辐射散热，且散热并不迅速，因此，理论计算和实际测量值才这么接近。

3.3X射线成像检测法

x射线成像技术的基本原理是，x射线在穿透不同物体时与物质相互作用，强度因吸收和散射而变化。当Sink材料(胶片、IP盘、DR盘)接收强度变化信号时，信号处理会生成典型的图像。由于系统的动态范围，对于处于每个电压下的x射线图像，只能调整特定的有效厚度信息，并将其转换为图像系统动态范围内的灰度值范围。随着x射线源的张力增加，您可以在相应的光能传递图像中更有效地表示图像中的区域，这些区域由曝光过度和曝光不足表示为无效区域。然后使用算法提取单个DR映像中的有效区域。文中采用了赛康MAPT-250和魏德曼P097X射线成像系统进行测试，每次检测受限于DR板的尺寸(目前最大只能做到约40cm宽)，仅能对局部小区段，约40cm左右长的电缆进行测试。电缆线芯、铝护套、外护套边缘清晰，亮度较高；在交联聚乙烯主绝缘区段，成像灰度相对较均匀，受皱纹铝护套高亮边缘影响，主绝缘的成像灰度呈周期性重复状态。

结束语

缓冲层进水受潮是引发电缆缓冲层烧蚀的主要原因之一。结合目前的研究成果，从电缆的设计、材料的选择，以及在生产过程中制定可行的预防措施，对保障高压电缆的质量、提高电网运行可靠性具有重要意义。

参考文献

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