溫度對電纜附件界面缺陷處局放引發(fā)影響機制研究

張蒙恩

摘要：電纜附件在安裝時會將硅脂涂覆于電纜與附件絕緣界面處，由于中國城市化建設(shè)的不斷推進與電力消費需求的逐年提升，電力電纜被廣泛應(yīng)用于城市電網(wǎng)之中，其絕緣介質(zhì)種類經(jīng)歷了瀝青、橡膠、油紙絕聚乙烯、XLPE等幾個主要階段。其中XLPE電纜因其優(yōu)良的電氣、機械、熱穩(wěn)定性能，被廣泛應(yīng)用于城市輸配電網(wǎng)絡(luò)中，并且成為整個電力網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。但隨著電纜投入運行年限的增加，電纜的老化狀況越來越嚴重，由此導(dǎo)致的絕緣擊穿事故概率也在逐年上漲。由于電纜附件所形成的交聯(lián)聚乙烯-硅橡膠復(fù)合界面為電纜絕緣屏蔽的非連續(xù)點，且界面存在著刀痕空腔、雜質(zhì)、預(yù)制件錯位等缺陷，導(dǎo)致電纜附件是輸電系統(tǒng)中最脆弱的環(huán)節(jié)。據(jù)統(tǒng)計，電纜附件由于沿面放電而導(dǎo)致的擊穿故障占電纜線路總故障的70%以上。

關(guān)鍵詞：電纜附件;界面單元;界面缺陷;局部放電;溫度

引言

在電纜實際運行中，電纜附件界面溫度會隨著負荷電流的變化而變化，同時由于我國幅員遼闊，電纜的運行環(huán)境也隨著地區(qū)的不同而不同。因此，溫度對電纜附件運行的影響也逐漸開始引起人們的重視。

1高壓交聯(lián)聚乙烯電力電纜X射線成像原理及效果

X射線與自然光并沒有本質(zhì)的區(qū)別，都屬于電磁波，只是X射線的光量子的能量遠大于可見光，它能夠穿透可見光不能穿透的物體，X射線在穿透不同的物體時與物質(zhì)發(fā)生相互作用，因吸收和散射而強度變化，我們采用感光材料該強度變化信號后，經(jīng)信號處理形成我們常見的影像。對于物體局部存在的缺陷，X射線將改變物體對其的衰減，引起透射射線強度的變化，這樣，采用一定的檢測方法，如利用膠片感光或者平板探測器，來檢測透射線強度，就可以判斷是否存在缺陷以及缺陷的位置、大小等。高壓交聯(lián)聚乙烯電力電纜是一種多層疊加的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，相對較為規(guī)則，且每層材料各異。因此，當X射線徑向通過電纜時，由于各層對射線的衰減能力以及透照厚度均存在差異，造成其在底片上性能灰度不一的影像。檢測時，射線源與探測器安裝在活動支架上，移動到檢測的設(shè)備對象上，射線源的射線口要對準探測器，探測器將穿過高壓電纜設(shè)備的射線場強轉(zhuǎn)換為電信號，輸入計算機以圖像的形式再現(xiàn)，利用專用圖像處理與判讀軟件，實現(xiàn)不同方位下高壓電纜設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)形態(tài)和缺陷的快速透視成像，以及高壓電纜設(shè)備結(jié)構(gòu)信息與質(zhì)量狀態(tài)的分析.拍攝過程中DR板經(jīng)充分的曝光，可形成豐富的灰度信息，方便采用圖像增強算法對拍攝的X射線原始圖像進行分析，通過對原始圖像進行灰度變換、直方圖修正、Butterworth高通濾波、銳化和邊緣查找等操作，使原始圖像中不易被人眼所察覺的細節(jié)顯現(xiàn)出來，供試驗人員分析判斷制定檢修計劃。

2界面樣本局放采集實驗

在實際局放測試中，下電極接高壓，上電極接地。為了避免電極尖端電暈及表面放電對缺陷放電產(chǎn)生影響，需將羊角螺母旋緊，施加一定壓力，同時，考慮到正常工作狀態(tài)下的電纜附件與電纜絕緣之間的界面壓力一般為0.1～0.25MPa，采用FlexiforceHT201耐高溫薄膜內(nèi)置壓力傳感器對界面單元缺陷處的壓力進行測量，測量結(jié)果為0.18Mpa，滿足要求。再將整個裝置置于純凈絕緣油中。由于界面壓力的存在，絕緣油不會進入界面，對界面缺陷放電無影響。為避免彈簧及羊角螺母產(chǎn)生懸浮放電，通過夾子線將其有效接地。實驗前對不含有缺陷的界面單元樣本進行PDIV測試以盡可能排除電極本身放電對實驗結(jié)果的影響。局放測試采用逐級升壓法對PDIV進行采集，起始電壓判定準則參照IEC標準，以超過背景放電量2倍且出現(xiàn)明顯內(nèi)部放電特征的電壓值為局放起始電壓。PRPD譜圖從局放采集裝置中獲得PD測試電壓為10kV，PD測試在加壓10min后進行，以盡可能排除PD隨機性的干擾。

3冷縮電纜附件擴張工藝

冷縮電纜附件擴張設(shè)備是非標設(shè)備。擴張方式的選擇與擴張工藝的控制將直接影響產(chǎn)品最終的質(zhì)量。目前擴張工藝大致可分為氣壓擴張、布袋擴張及機械擴張等。最早使用的機械擴張法是以鋼絲支撐為骨架的椎體桿插入擴張法，該方法的好處是縱向拉伸幾乎為零，但是鋼絲容易損傷管材內(nèi)壁，從而造成嚴重缺陷或者開裂。隨著擴張工藝的發(fā)展，產(chǎn)生了以金屬椎體實心棒配以高性能纖維編織而成的布袋擴張法，此法較原有鋼絲擴張有了很大的改善，大大降低了管材內(nèi)壁的損傷幾率，但是布袋的損耗也增加了成本。3M的氣壓擴張法是通過壓縮空氣和抽真空相結(jié)合的方式對產(chǎn)品進行擴張，即管內(nèi)充一定的空氣，管外施加負壓擴張，該方法最大的優(yōu)點就是無損，也是未來普及和發(fā)展的趨勢。

4向高溫超導(dǎo)方向發(fā)展

超導(dǎo)技術(shù)以其無可比擬的技術(shù)優(yōu)勢得到越來越廣泛的應(yīng)用。對于電力行業(yè)而言，超導(dǎo)材料的應(yīng)用，節(jié)能效果明顯，意義重大。目前超導(dǎo)材料在電力行業(yè)的應(yīng)用尚需解決材料方面的技術(shù)問題。超導(dǎo)材料應(yīng)有較高的臨界溫度和臨界電流，提高超導(dǎo)材料的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度和臨界電流是其得以廣泛應(yīng)用的基本前提。目前，在液氫溫區(qū)大規(guī)模應(yīng)用高溫超導(dǎo)體還需努力，并需進一步發(fā)展制備工藝，如果再加上高壓、超高壓條件下電場的處理與控制，整個系統(tǒng)將變得極為復(fù)雜。隨著高溫超導(dǎo)材料和低溫制冷技術(shù)的迅速發(fā)展，超導(dǎo)技術(shù)在輸送電領(lǐng)域的運用空間將得到進一步拓展，因此，超導(dǎo)技術(shù)也必將成為電纜及附件的重要發(fā)展方向。

結(jié)語

綜上所述，在行業(yè)長期積累的基礎(chǔ)上，隨著新設(shè)計、新材料、新技術(shù)和新工藝的不斷變革與創(chuàng)新，傳統(tǒng)的冷縮電纜附件行業(yè)必然乘著工業(yè)4.0的快車，向智能化、高效節(jié)能、預(yù)制式一體化及環(huán)境友好型方向快速發(fā)展。

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