高壓電纜半導電緩沖層新型評價方法探討

施楠楠， 徐曉峰， 夏俊峰

（上海電纜研究所有限公司，特種電纜技術國家重點實驗室，上海200092）

0 引 言

近年來，隨著高壓電纜使用年限的增長，全國各地均出現(xiàn)高壓電纜半導電緩沖層燒蝕引起的電纜故障。故障電纜經(jīng)解剖后發(fā)現(xiàn)，在電纜絕緣層、緩沖阻水帶和皺紋鋁護套內壁均存在表面放電現(xiàn)象，嚴重的已經(jīng)發(fā)生燒蝕并存在大量白色粉末，部分故障點主絕緣已嚴重損傷［1-2］。

目前，國內對該類故障的研究也在逐步推進，對緩沖層的測評主要通過以下方式進行：

（1）對緩沖帶材的電阻進行測試，主要包括帶材的體積電阻率和表面電阻的測試（可參考JB／T 10259—2014《電纜和光纜用阻水帶》），但無法反映繞包工藝、緩沖層與鋁套間隙對電氣過渡性能的影響。

（2）出廠前或線路投運前，對電纜成品進行高壓電氣試驗，包括工頻耐壓試驗和局部放電試驗，主要考核絕緣系統(tǒng)狀態(tài)，但無法反映各區(qū)段電纜的緩沖層過渡和接地性能狀況。

因此，亟需一種評價半導電緩沖層電氣性能的測試方法。基于此，本工作提出了一種半導電緩沖層電氣性能的測試方法，搭建相應的測試平臺，可測試不同狀態(tài)電纜的半導電緩沖層與金屬護套之間的電氣接觸性能并進行定量化評估。

1 高壓電纜半導電緩沖層結構

1.1 半導電緩沖層

國內66 kV及以上高壓電力電纜基本采用金屬套屏蔽結構，半導電緩沖層位于擠包絕緣線芯和金屬套之間，一般由繞包工藝制成。

1.2 半導電緩沖層的性能要求及作用

半導電緩沖層的性能要求：

（1）電氣性能，緩沖層應是半導電的，以使絕緣半導電屏蔽層與金屬屏蔽層保持電氣上的良好接觸，指標上應滿足相關國家標準的規(guī)定［3］。

（2）縱向阻水性能，如電纜有縱向阻水要求，絕緣屏蔽層與徑向金屬防水層之間應有縱向阻水層，當電纜發(fā)生損壞時，能夠防止水沿電纜縱向延伸［4］。

（3）熱膨脹緩沖，緩沖層的厚度應能達到電纜運行中熱膨脹的要求。

半導電緩沖層作為電纜內高電位向低電位過渡、絕緣向金屬接地過渡的組成單元，可實現(xiàn)絕緣線芯軸向連續(xù)有效接地。在我國華東、華中和華南地區(qū)，考慮敷設環(huán)境中水分的影響，往往要求緩沖層具有縱向阻水的特性。

1.3 電纜結構缺陷分析

目前，金屬套多采用擠出或焊接的皺紋鋁套形式，皺紋鋁套與緩沖層之間呈間隔局部接觸，如果緩沖層選材、設計、生產或使用等環(huán)節(jié)控制不當，均會導致絕緣線芯接地不良，直接體現(xiàn)為運行中絕緣線芯的容性電流和泄漏電流徑向和軸向局部集中，經(jīng)緩沖層無法泄放，緩沖層中材料和金屬層之間出現(xiàn)電化學反應，腐蝕鋁套甚至絕緣屏蔽，在運行期間的高電壓和可能的線路內部過電壓作用下，緩沖層出現(xiàn)局部放電、電蝕，直至損傷主絕緣，引起擊穿故障。

2 測試系統(tǒng)

目前，國內只有針對電纜緩沖帶材的測試方法，本所經(jīng)過近幾年的深入研究，提出了測試電纜緩沖層與鋁護套之間電氣性能的方法，并搭建了相應的測試平臺，測試平臺接線圖見圖1［5］。

圖1 測試平臺接線圖

通過高壓極、屏蔽極、測試極的設置，可測得直流條件下絕緣屏蔽材料與金屬套間的電阻值，近似反映出半導電緩沖層的電接觸性能。

3 樣品的測試及數(shù)據(jù)處理

3.1 電纜樣品的選擇

收集不同的電纜樣品并編號，主要包括以下幾種類型的電纜樣品：

（1）新電纜樣品（樣品1），該樣品的緩沖層由雙層緩沖繞包帶繞包而成，金屬護套為皺紋鋁套。

（2）新電纜樣品（樣品2），該樣品的緩沖層由雙層緩沖繞包帶繞包而成，金屬護套為平直鉛套。

（3）故障樣品（樣品3），該樣品取自故障現(xiàn)場，樣品的緩沖層由雙層緩沖繞包帶繞包而成，金屬護套為皺紋鋁套。

按照圖1將電纜樣品水平放置，并將待測樣品與測試平臺各接線極連接，形成測試回路。

3.2 電纜樣品的測試

對樣品1、樣品2和樣品3不同狀態(tài)電纜樣品施加不同的電流，采集外屏蔽與金屬護套之間的回路電流及電壓，計算可得接觸電阻，接觸電阻測試結果見圖2。

圖2 接觸電阻測試結果

由圖2可以看出：3種不同狀態(tài)電纜的接觸電阻差異較大，故障電纜（樣品3）的接觸電阻遠遠大于其他電纜，可以說明其電氣接觸性能相對于其他電纜較差。新電纜樣品（樣品1和樣品2）的電阻值較低，說明緩沖層與金屬套之間的電氣接觸性能較好，其中平直金屬套電纜的電阻值最優(yōu)，說明其具有良好的接觸性能。

接觸電阻雖可以體現(xiàn)不同電纜樣品之間的差異，但電纜樣品的直徑及金屬護套的長度各有不同，因此，以電纜測試段絕緣屏蔽的表面積為基準，對緩 沖層與金屬套之間的接觸電阻進行歸一化處理，計算得到可比較的接觸電阻率，結果如圖3所示。

圖3 不同樣品的接觸電阻率

由圖3可知：經(jīng)數(shù)據(jù)歸一化處理后，樣品的接觸電阻率的變化規(guī)律與接觸電阻的變化規(guī)律一致，能夠直接反映半導電緩沖層與金屬套之間的電氣接觸性能。

4 結 論

（1）提出了一種測試電纜緩沖層與金屬護套之

間電氣接觸性能的測試方法，并搭建了相應的測試平臺。

（2）對故障電纜樣品進行測試，其接觸電阻及接觸電阻率遠遠大于新電纜。

（3）后期可通過收集大量不同狀態(tài)的故障電纜樣品，通過測試及計算可得到其接觸電阻率，用以定量評價電纜緩沖層與金屬套之間的電氣接觸性能。