《高压交联聚乙烯绝缘电力电缆皱铝护套缓冲层气体分析及评价导则》

1T/GDWCAXXXX—20XXT/FSWCAXXXX—20XX高压交联聚乙烯绝缘电力电缆缓冲层气体分析和评价导则本文件规定了高压交联聚乙烯绝缘电力电缆缓冲层的气体成分及含量分析、缓冲层缺陷识别和缺陷类型判断的方法，以及相应的措施建议。本标准适用于额定电压110kV及以交联聚乙烯绝缘皱纹铝套电力电缆。注：依据本文件得到的分析结果和结论，结合电缆设备的生产工艺、检修、电气试验、运行状况以及当时、当地2规范性引用文件下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB/T11017.1—2024额定电压66kV(Um=72.5kV)和110kV(Um=126kV)交联聚乙烯绝缘电力电缆及其附件第1部分：试验方法和要求GB/T11017.2—2024额定电压66kV(Um=72.5kV)和110kV(Um=126kV)交联聚乙烯绝缘电力电缆及其附件第2部分：电缆GB/T11017.3—2024额定电压66kV(Um=72.5kV)和110kV(Um=126kV)交联聚乙烯绝缘电力电缆及其附件第3部分：电缆附件GB/T18890.1—2015额定电压220kV（Um=252kV）交联聚乙烯绝缘电力电缆及其附件第1部分：试验方法和要求GB/T18890.2—2015额定电压220kV（Um=252kV）交联聚乙烯绝缘电力电缆及其附件第2部分：GB/T18890.3—2015额定电压220kV（Um=252kV）交联聚乙烯绝缘电力电缆及其附件第3部分：电缆附件GB/T22078.1—2008额定电压500kV(Um=550kV)交联聚乙烯绝缘电力电缆及其附件第1部分：额定电压500kV(Um=550kV)交联聚乙烯绝缘电力电缆及其附件——试验方法和要求GB/T22078.2—2008额定电压500kV(Um=550kV)交联聚乙烯绝缘电力电缆及其附件第2部分：额定电压500kV(Um=550kV)交联聚乙烯绝缘电力电缆GB/T22078.3—2008额定电压500kV(Um=550kV)交联聚乙烯绝缘电力电缆及其附件第3部分：额定电压500kV(Um=550kV)交联聚乙烯绝缘电力电缆附件GB/T17623—2017绝缘油中溶解气体组分含量的气相色谱测定法GB/T43306—2023气体分析采样导则3术语和定义本标准采用下列术语和定义。3.1特征气体characteristicgases对判断高压电缆缓冲层内部故障有价值的气体，包括水分、氢气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、2T/GDWCAXXXX—20XXT/SZWCAXXXX—20XX丙烯、丙炔、一氧化碳、二氧化碳、氧气、氮气、苯乙酮、枯基醇、α-甲基苯乙烯。3.2总烃totalhydrocarbon烃类气体含量的总和，即甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、丙烯、丙炔。4检测阶段4.1电缆出厂的检测对于额定电压110kV及以上电力电缆，在出厂试验全部完成后应做一次色谱分析。制造过程中的色谱分析由用户和制造厂协商决定。4.2投运前的检测对于额定电压110kV及以上电力电缆在投运前应至少做一次气体检测。4.3运行中的定期检测对于安装有固定取气嘴的电缆，为确保及时监测电缆气体的变化情况，定期检测周期为6个月。未安装固定取气嘴的电缆，取样和检测可能较为困难。对于这类电缆，若服役年限不超过10年，每年进行一次缓冲层特征气体取样分析；若服役年限超过10年，检测周期为6个月。4.4特殊情况下的检测当电缆出现异常情况时(如温度升高、电流异常、断电等)，或对测试结果有怀疑时，应尽快抽取气体进行检测，并根据检测出的气体含量情况，适当缩短检测周期。5气体分析方法5.1气体分析对象从电缆中采集到的气体样品，均用气相色谱仪进行组分和含量的分析。分析对象为：——氢气H2；——甲烷CH4，乙烷C2H6，乙烯C2H4，乙炔C2H2；——一氧化碳CO，二氧化碳CO2；——丙烷C3H8，丙烯C3H6，丙炔C3H4；——氧气O2和氮气N2作为辅助判断。5.2对气相色谱仪的要求气相色谱仪应满足下列要求：a)色谱柱对所检测组分的分离度满足定量分析要求。b)仪器基线稳定，有足够的灵敏度，对于氢气H2，甲烷CH4，乙烷C2H6，乙烯C2H4，乙炔C2H2，一氧化碳CO，二氧化碳CO2特征气体，最低检出限为50ppm。5.3气体分析步骤5.3.1进样3T/GDWCAXXXX—20XXT/FSWCAXXXX—20XX通常使用气袋进样。应选择气密性的气袋与进气嘴，以保证良好的进样体积的准确性。对怀疑有故障的设备，应至少三次进样，取其平均值。5.3.2仪器的标定用外标法对各组分进行定性和定量分析。用测量每个组分的保留时间对各组分定性。用测量其色谱峰面积或峰高进行定量。a)定性分析使用外标法进行定性分析。保留时间是指化合物从进样口到达检测器所需的时间，是每个化合物的特征性参数。通过与已知标准物质的保留时间比较，可以确定样品中的化合物。b)定量分析使用外标法进行定量分析；使用已知浓度的标准物质制备标准曲线，测量待测样品中峰的面积或峰高，根据标准曲线计算出样品中化合物的浓度。c)标定的准确性为保证测试结果的准确性，应在仪器稳定的情况下，在分析的当天进行两次标定，并取其平均值。两次标定的误差应符合6.5的规定要求。d)外标气样外标气样应由国家计量部门认证的单位配制并经准确标定的混合气样；各测定组分的浓度应适当；外标气样应在有效期内使用。标准气样的参考浓度范围见附录D。e)自配标准气样自配标准气样是指使用已知浓度的“纯”气样自行配制的“标准”气样，常用于氢气的标定。可使用特制的大容量配气瓶或100mL的玻璃注射器。配气用的所有容器及注射器的真实容积必须用蒸馏水称重法进行精确校准。配好的气样不宜在配气容器中长时间储存，以免气体逸散影响标定准确性。自配标准气样的浓度按下式（1）计算：Cis.........................................................................(1)其中，Vd——自配标准气样时所用底气体积，mL；Vis——自配标准气样时所取纯组分i气体的体积，L；Cis——外标物中组分i的浓度；Cig——被测气体中组分i的浓度，%；f)准确度提高除氢气外，一般采用混合标准气样进行标定，以提高分析的准确度。5.3.3色谱峰面积的测量各组分峰面积宜用积分仪测量，也可以用测量峰高和半高峰宽来计算。为保证半高峰宽测量的准确性，应采用较快的记录纸速，并最好采用读数放大镜。如果同一组分的半高峰宽在标定气体和所分析的样品浓度范围内变化不大，则可以只测量若干个该组分的半高峰宽，以其平均值作为计算的依据。在使用工作站积分仪测量峰面积时，应注意色谱峰处理参数的合理设置，定期用外标气样校验保留时间。5.3.4分析结果的表示方法采用混合标气时，即外标物与被测组分一致时，采用下式（2）计算各组分浓度Ci：T/GDWCAXXXX—20XXT/SZWCAXXXX—20XX4Cis.........................................................................(2)其中，Ai——组分i在积分仪上给出的峰面积面积，mV·s；Ais——外标物组分i在积分仪上给出的峰面积，mV·s；Ci——电缆气体中组分i的浓度；随后对被测组分进行归一化处理，得到被测气体各组分的浓度Cig，并使用百分比制表示各被测组分浓度。5.4试验结果的重复性和再现性本试验方法从取油样到取得分析结果之间操作环节较多，需减少每个操作环节可能带来的误差。一般取两次平行试验结果的算术平均值为测定值。对同一气样的多次进样的分析结果，应在其平均值的±1.5%以内。应检验配气装置及操作方法的重复性，配气结果的重复性应在平均值的±2.5%以内。6缺陷类型判断根据第4章所述的电缆不同结构材料分解产生的气体，可判断电缆的故障类型如表1所示。当气体分析结果与上述各气体浓度有差异时，以H2浓度为主要判断依据。表1基于特征气体的缓冲层缺陷等级评判准则气体正常轻微严重紧急H22%~10%10%~20%≥20%CO≤0.5%0.5%~1.5%1.5%~5%CO2≤1.5%1.5%~5%5%~10%≥10%N260%~70%40%~60%≤40%5T/GDWCAXXXX—20XXT/FSWCAXXXX—20XX（资料性附录）缓冲层气体来源交联剂的分解目前，大多数高压交联聚乙烯（XLPE）绝缘电力电缆采用化学交联方法进行制造。该方法通过加入过氧化二异丙苯作为引发剂，使聚乙烯发生交联反应，从而将其从热塑性材料转变为热固性材料。交联剂分解过程中会生成甲烷、二甲基苄醇、苯乙酮、甲基苯乙烯等气体。过氧化二异丙苯在加热下分解产生自由基，自由基与聚乙烯分子链反应生成副产物。二甲基苄醇在高温下还会裂解产生甲基苯乙烯和水。这些反应通常发生在交联温度140～180℃条件下。电化学腐蚀分解电缆缓冲带成分主要为聚酯纤维（PET），在聚酯纤维里面掺杂炭黑，使其具有半导电特性，从而保证外绝缘屏蔽与金属护套的良好电气连接。另外，对有纵向阻水功能的电缆，其电缆缓冲带还有阻水粉（主要成分为聚丙烯酸钠NaPA）。电缆受潮后，会发生电化学腐蚀反应产生氢气。反应过程依赖于电缆运行中的交流容性电流和潮湿环境。缓冲带材料的分解缓冲带的主要成分为聚对苯二甲酸已二酯（PET）。PET是一种高分子聚合物，其分解温度范围为285-329°C。PET的热分解产物主要包括甲烷（CH4）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、乙醛（CH3CHO）以及一些小分子易燃的饱和和不饱和烷烃、苯类及其取代物、酚类和醛类化合物。此外，还会生成少量的苯甲酸、联苯、苯甲酸酯取代物以及一些多环化合物。绝缘屏蔽材料的分解电缆屏蔽料的聚合物主要是乙烯基共聚物材料。它们是丙烯和别的单体如乙烯