中压交联绝缘水树隐患的分析与对策

中压交联绝缘水树隐患的分析与对中压交联绝缘水树隐患的分析与对 策策 1 1 前言前言 交联聚乙烯绝缘自五十年代问世以来 因其电气绝缘性能好 抗酸碱 耐腐蚀 长期允许工作温度高 制造工艺简单 安装方便 维修容易等优点 已完全取 代油浸纸绝缘电缆 成为城市供电网络的最重要的载体 我公司也在近十多年 来大量使用交联电缆 但在其运行过程中逐步暴露出来绝缘材料劣化的问题 足以引起我们技术人员的重视和认识 近十年的研究和运行经验表明 聚乙烯绝缘层的破坏原因 主要是绝缘材料树枝 化 据武汉高压研究所专家介绍目前国内市场上使用的非抗水树中压电缆普遍的 使用寿命在 8 10 年之间 而美国西海岸附近敷设的 161 根聚乙烯电缆 运行 了 1 11 年以后 检查已损坏和未损坏的电缆截面发现 树枝化现象相当普遍 运行五年以上者 几乎有一半产生了树枝化 虽然树枝化与电缆寿命之间无明 确的关系式 但是树枝化无疑降低了电缆的使用寿命 本文将分析电缆水树枝 的隐患 并提出相应对策 2 2 电缆绝缘的水树枝劣化电缆绝缘的水树枝劣化 自 1967 年发现 xlpe 绝缘水树老化后 目前已确认它成为 xlpe 电缆老化的主要 现象之一 大量试验数据显示交联电缆受潮 在电场作用下产生水树枝劣化 水树枝是直径为 0 1 m 到几个 m 的充满水的气隙集合 水树枝会造成局部应 力增加 可能成为电树枝的发源地 高温下 水树枝里可能发生显著的氧化 导致吸水性增大 导电性增高 最终热击穿 即使在低温下 水树枝经较长时 间氧化或转化为电树枝 也会造成绝缘的破坏 电缆绝缘中的杂质 气孔以及 内外半导体层的不均匀处形成的局部高电场部位是发生水树枝的起点 它在高 温和交流电场作用下逐步向电树枝转移 直至绝缘击穿造成故障 特别是当电 缆长期浸泡在水中时 任何施工过程中的不当和外力的作用如果没有很好的防 水结构 那么电缆更容易产生绝缘的水树枝老化 从而造成绝缘的破坏 这样 将会大大缩短电缆的使用寿命 水树枝产生的机理见图 1 图 1 水树枝产生机理 水树枝与相对湿度和电压的关系见图 2 相对湿度 96 相对湿度 85 相对湿度 75 图 2 水树枝数目与电压的关系 由此可知产生水树枝的内在原因是电缆本身的质量 即电缆绝缘内部的杂质 气泡 残留微水份 外部原因是电场和侵入电缆内部的湿汽 我公司交联电缆的使用已有十几年的历史 水树枝劣化的隐患将会在几年后形 成重大威胁 3 3 交联电缆运行状况分析交联电缆运行状况分析 我公司对交联绝缘电缆的使用从 1995 年开始至今已近 12 年的历史 从数量上 35kv 电缆有 1401 5 公里 1413 根 10kv 电缆有 6102 2 公里 23547 根 其变化 率如图示 综观这些年来交联电缆使用和运行 总体上状况良好 仅发生 4 次故障 如下 故障性质故障时间电缆名称电缆型号投运日期 运行 2005 8 1 江 84 江田 yjv22 8 7 10 3 4002003 11 14 运行 2005 3 18 申疏 184 yjv 26 35 3 4001996 6 运行 2005 11 23 松其 183 yjv 26 35 3 4002004 12 耐压 1995 7 先 17 先锋 yjv22 10 3 400 当天耐压击穿 虽则电缆运行故障仅三例 却对电网的连续供电造成了极为不利的隐患 总结 和剖析诱发电缆故障的起因不仅能起到保证电网的供电可靠性 而且在降低事 故率的同时有效地降低了供电成本 所以很有必要对已发生的电缆故障进行解 普剖分析 举例分析 l 江 84 江田 中山广场乙 电缆故障分析 电缆型号 yjv22 8 7 10 3 400 电缆 2721 米 投运日期 二 00 三年十一月十四日 故障日期 二 00 五年八月一日 运行时间 21 个月 故障性质 b 相接地 江 84 江田 中山广场乙 电缆运行在近二年时间里便发生了 b 相接地故障 故障地点在松江区的洞泾路过厂区大门口的钢管内 近万华路 故障的具体 部位是电缆本体 故障被排除后 系统恢复了正常运行 然而从被锯除的故障 段电缆查看 在外护套没有看见明显烧穿的痕迹 于是用 5000v 摇表测试故障 段电缆绝缘时发现 b 3 兆欧 a 相和 c 相绝缘均为无穷大 根据摇测得到的数 据分析 确认该段电缆的 b 相肯定存在问题 然后我们对近 30 米的故障段电缆 逐段锯下 进行仔细检查 全面解剖 逐段逐相进行摇测 并对三相前后数据 进行比较分析的过程中 恰巧在剥去外屏蔽后 要进行摇测的同时 在距离断 开处约 2 5 厘米的地方发现了故障点 见照片 故障点的直径仅有 1mm 还不到 光凭肉眼一不留神就很难发现的微孔 根据故障实物的现象分析 该交联绝缘的绝缘的水树现象是极为微观的 是肉 眼所无法观察到的 而且仅有 0 1 微米到几个微米的水树和气隙的存在是在制 造过程中就已产生 它的的集合 形成 发展比较缓慢 在交流电场作用下 在较高工作温度的环境中 由直径为极其微小的数微米水珠的群体空隙群逐渐 发展为导致击穿的水树 水树在放电而观察不到的脉冲现象逐渐的多次放电 最终导致 b 相绝缘的击穿 整个过程的形成和发展持续了近两年的时间 而填 补电缆交联绝缘层的这种缺陷和现象的办法 就是固体绝缘增强技术 4 4 固体绝缘增强技术的发展和应用固体绝缘增强技术的发展和应用 国际上从上世纪 70 年代开始 对交联电缆的水树枝劣化问题进行广泛深入的研 究 从 80 年代中期开始 对于交联绝缘材料的水树枝修复上有了重大突破 在这二十年中 这一固体绝缘增强技术的实践已证明是修复绝缘材料老化的重 要工具 期间 该技术不断的进步 并在四大洲广为接受 目前这项科技已被 全球范围 150 多家公司所运用 为三个大洲 3400 万英尺长的电缆解决了最糟糕 的安全性问题 这项技术的核心就是以持续的一定压力向需修复的电缆中注入修复流体 可以 使液体更迅速扩散到绝缘材料中 这种电缆修复溶液由 7 种流体制成 其中一 种快生效的流体能延续 2 年时间 中期生效的流体能延续 1 15 年 而长期生 效的流体能延续 10 到 40 多年 另外的四种成分能减少放电 延缓水树与电树 之间的转换 采用这项技术 将这种电缆修复溶液注射到电缆线股中 扩散到 绝缘层 填补这些空隙 提高绝缘性能 电缆在七天后焕然一新 并且流入电 缆线股中的电缆修复溶液可以排出已经存积的水 并避免积存的水所电解形成 的氢气从接头处排出 造成故障 电缆修复溶液不仅可以防止这些故障 还可 以用固体的绝缘胶修补防止以后进水 国外的独立实验室进行的加速老化试验 证明这种混合流体能使电缆使用寿命达到延续 40 年甚至更长 尽管采用这项技术有众多优势 但对其注射还是有一定的要求 首先拆掉旧的 常规的电缆终端 线鼻子 中间接头和接管 将注射接引管固定在电缆上 然 后接上新的线鼻子 电缆中间接头和接管 接引管先被 45 吨的环向压接力接在线鼻子上 然后压接到绝缘上 以达到水密 封的效果 这种均衡的压接法可确保液体密封牢固 电场平滑 并保证所有的 连接紧密 在注射接引管的中央位置 有一个小小的注射入口 用于注射电缆修复配方液 用专门的注射工具连接注射口 可以将流体输送到电缆线内 电缆的两端各有 一个接引管 将修复液从电缆线的一端输入 直到少量液体从另一段出来 这 样电缆便达到了您所期望修复延长的寿命 在接引管被压接到电缆两端后 一 般来说一段 100 米长 328 英寸 的电缆需要 30 60 分钟的修复过程 由于电缆修复配方液可以将电缆寿命延长 20 40 年 需拆卸并更换所有接头以 确保此系统中的下一个薄弱连接不会使电缆在寿命终结之前过早出现故障 接 引管可以将接头密封不致进水 并能延长电缆的寿命 一周以后 修复液全面 修复了运行中的绝缘劣化电缆 5 5 结合实际制定交联电缆水树隐患对策结合实际制定交联电缆水树隐患对策 我公司目前有 10kv 35kv 交联电缆 7503 7km 其中 95 以上都是近十年里所敷 设的交联电缆 尽管材料相比早期的交联绝缘材料有了很大的改进 但电缆在 运行中水树枝现象偶有发生 根据上述现象和分析 不久将来 这些电缆也将 会步入水树枝和电树枝故障频发期 随着上海城市建设的飞速发展 原先的农村都已城市化 电缆故障后的重新敷 设的难度将大大增加 另外 近年来 原材料的大幅度的涨价使电缆更换的成 本已今非昔比 用固体绝缘增强技术处理过的电缆理论上能达到 99 5 的无障率 并将大幅度 减少客户投诉 另外注射过程几乎无需挖掘 大多数客户可能根本看不到修理 工作 他们所能看到的只是供电比以往更安全了 因为电缆处理的结果将是 绝缘性能从 250 提高到 350 还有 由于不需要更换最为昂贵的电缆 可节 省大笔的费用和能源 这在目前创建节能 环保的节约型社会的大环境下是非 常重要的 另外 由于一个工作人员在 2 个小时之内就能完成一条典型的 100 米的电缆段注射修复的全部工作 这对电缆的及时恢复运行将极为有利 因此 我们打算从如下几个方面实施固体绝缘增强技术的应用 1 定点一个