交聯聚乙烯電力電纜的電樹枝化試驗及其局部放電特征分析

陳同慶

摘 要：交聯聚乙烯電力電纜在長期的使用過程中不可避免會出現的一個問題就是電樹枝化，在很大程度上影響了交聯聚乙烯電力電纜的使用壽命。為了有效解決電樹枝化的問題，需要對交聯聚乙烯電力電纜在使用過程中的電樹枝化規律進行探討，對局部放電特征進行分析。文章試驗用的電纜型號為XLPE，在常溫下進行工作頻率在12～21 kV、溫度在50～90 ℃下的電樹枝化試驗，對電樹枝的形成過程和局部放電特征進行了探討和分析。

關鍵詞：交聯聚乙烯電力電纜；電樹枝化試驗；局部放電特征

中圖分類號：TM247 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）15-0081-02

電樹枝化是交聯聚乙烯電力電纜絕緣效果劣化的根本原因，也是交聯聚乙烯電力電纜從絕緣缺陷過渡到絕緣故障的一個中間狀態。所以對交聯聚乙烯電力電纜在使用過程中的電樹枝化進行有效的管理，對提高交聯聚乙烯電力電纜的使用壽命具有重要的意義。局部放電是和電樹枝化過程密切相關的，通過局部放電特征的分析可以有效的對交聯聚乙烯電力電纜的電樹枝進行診斷。本文通過電樹枝化的實驗，分析了不同電壓、不同溫度對交聯聚乙烯電力電纜電樹枝化的影響，同時對不同狀態下電樹枝化的局部放電特征進行了分析。

1 交聯聚乙烯電力電纜的電樹枝化試驗

1.1 試驗品的選擇

實驗品選擇的型號是YJV22-3×95的8.7/15 kV的XLPE電纜，從去除鎧甲之后的三相15 kVXLPE電纜中選取一段0.9 m的實驗電纜，將電纜的兩頭進行切削露出25 mm的線芯，然后除去19 cm的半導體遮蔽層，將電纜外層的銅帶揭開，取一根長2.8 mm、曲率半徑是5 mm的不銹鋼鋼針沿著電纜向內插入2.5 mm，然后將電纜外面的銅帶重新遮蓋好，用AB膠將銅帶的縫隙進行涂抹，保證密封。處理好之后的實驗品的各個參數值如下：電纜線芯的直徑是11.5 mm，內、外半導體遮蔽層的厚度分別是0.5 mm和0.55 mm，絕緣層的厚度是4.8 mm，銅針針尖和內半導體遮蔽層之間的距離是2.8 mm。

在實驗的過程中，為了防止電纜的兩端出線放電的情況，本實驗對電纜的兩頭進行了均壓處理，在處理時使用的是一套充油的電極系統。結構如圖1所示。

1.2 試驗線路的設計

實驗在檢測局部放電的過程中使用的是數字化的監測方法，由調壓器、保護電阻、變壓器、耦合電容共同組成一個50 kV/50 kVA的無暈局部放電電源系統，傳感器使用的是鐵氧體羅戈夫斯基線圈，PD信號通過10～100倍的程控進行放大，經過100 kHz的高通濾波之后，使用示波器對實驗結果進行觀測和存儲。

1.3 實驗過程

將XLPE電纜分為七種樣品，在正常的溫度下對樣品a、b、c、d加壓，加壓的速度為1 kV/S，當a樣品的壓力為12 kV、b樣品的壓力為15 kV、c樣品的壓力為18 kV、d樣品的壓力為21 kV時加壓結束。對e樣品在50 ℃的溫度下進行加壓，當壓力到15 kV時結束，對f樣品在70 ℃的溫度下進行加壓，當壓力到15 kV時結束，對g樣品在90 ℃的溫度下進行加壓，當壓力到15 kV時結束。在加壓結束之后，將電纜切成1～3 mm厚的切片進行觀測，觀測的儀器使用帶攝像功能的顯微鏡，對觀測的數據進行存儲和分析。不同溫度和壓力下的電樹枝生長情況數據表見表1，實驗結果如圖2所示。

2 交聯聚乙烯電力電纜的電樹枝化試驗分析

通過對上面的表格和圖片進行分析，可以得出下面的結論。

2.1 電樹枝的形成受到電壓的影響

通過分析上面表格中的數據可以得知，a、b、c、d四個樣本在同一個溫度下，施加的電壓越強，電樹枝的形成時間就越長。通過觀察a、b、c、d四個樣本的電樹枝圖片可以得知，電壓越強，電樹枝的根系也就越發達，說明電樹枝化的程度會隨著電壓的增強越來越嚴重。

2.2 電樹枝的形成受到溫度的影響

通過分析上面表格中的數據得知，e、f、g三個樣本在同一個強度的電壓下，溫度越高，電樹枝的生長時間就越短。通過觀察e、f、g三個樣本的電樹枝圖片可以得知，溫度越強，電樹枝的根系密度越小，說明電樹枝化的程度會隨著溫度的升高而減小。

3 交聯聚乙烯電力電纜電樹枝化局部放電特征分析

不同樣品的放電特征圖如圖3（a）～（f）所示。

通過分析可以得知，a樣品和d樣品的局部放電形狀接近三角形，c樣品的局部放電形狀接近翼形氣孔型，b樣品、e樣品和f樣品的局部放電形狀在翼形與氣孔型之間。從整體上來看，電纜的樹枝形態對局部放電圖譜的影響不是很大，放電相位在-30～80 ℃和150～260 ℃左右比較集中，在90 ℃和270 ℃左右發生的是局部放電，在0 ℃和180 ℃左右發生的局部放電脈沖的極性相同。

通過上述分析可以得出如下結論：影響電樹枝內部局部放電的因素是外加電場與電樹枝周圍的空間電荷形成的復合電場，并且最大的放電量相位和平均放電量相位隨著電樹枝的發展逐漸減小。

4 實驗結論

本文將XLPE電纜分為了七個試驗樣本，對其中的四個試驗樣本在同一個溫度下進行了升壓試驗，對其中的三個試驗樣本在同一個電壓下進行了升溫試驗，通過試驗數據和試驗圖片的分析得出了如下結論：

①在常溫和相同的溫度下，隨著電壓的增加，電樹枝的形成時間會變長，電樹枝的密度也會增加，形狀逐漸由樹枝狀變成叢狀；在一定的壓力條件下，隨著溫度的增加，電樹枝的形成時間會縮短，電樹枝的形狀先密后疏，但是當溫度在90 ℃時，溫度的變化對電樹枝形狀的影響最小。

②電纜在實際的使用過程中受到溫度和壓力的影響與實驗結果的趨勢相同，但是電樹枝的實際形成過程和實驗結果有一定的差異。

③電纜在電樹枝形成過程中的局部放電特征是：局部放電圖譜整體上都呈現為翼形或者是翼形氣孔型，放電時的溫度主要在-30～80 ℃、150～260 ℃左右，并且在0 ℃和180 ℃左右的局部放電的極性相同。最大的放電量相位和平均放電量相位隨著電樹枝的發展逐漸減小。

5 結 語

本文通過對交聯聚乙烯電力電纜的電樹枝化進行試驗，通過對實驗結果的分析得出了電樹枝化形成的規律和樹枝化過程中局部放電特征的相關結論，對采取交聯聚乙烯電力電纜預防樹枝化措施具有重要的意義。

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