江娜，馬小強，2，汪旭旭

(1.三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院，湖北 宜昌 443002;2.湖北隨州供電公司，湖北 隨州 441300)

1 引言

伴隨我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力電纜作為輸送電能的重要設(shè)備，發(fā)展速度極快，XLPE絕緣電纜與傳統(tǒng)充油電纜和油浸紙電纜相比，具有質(zhì)量輕、制造工藝簡單、安裝敷設(shè)容易、電氣性能和耐熱性能良好、運行維護(hù)方便等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于輸電網(wǎng)中。電纜投入運行后，絕緣層會受到電、熱、機械、水份等因素的作用而發(fā)生絕緣老化，影響電纜的安全穩(wěn)定運行和使用壽命。隨著時間的推移，早期投運的電纜已接近使用壽命期。開展電纜壽命的研究，判斷在電纜壽命接近使用期限前何時進(jìn)行更換，避免因電纜絕緣老化引發(fā)事故而給電網(wǎng)帶來安全隱患，對于保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行及可靠供電有著重要的理論意義。

2 國內(nèi)外XLPE絕緣電纜壽命研究現(xiàn)狀及差異

2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀及存在的問題

2.1.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

目前，我國關(guān)于XLPE絕緣電纜壽命的研究還處于起步階段，研究壽命的相關(guān)內(nèi)容較豐富，主要集中在以下三個方面:

(1)針對XLPE絕緣電纜老化機理的研究

①針對電樹枝老化機理的研究［1］，以針電極短電纜電極系統(tǒng)為實驗平臺，研究溫度、電壓、升壓速度等對電樹枝形態(tài)特征、生長和發(fā)展的影響;

②針對水樹枝老化機理的研究［2］，從力學(xué)作用、化學(xué)勢作用和水樹生長與局部放電彼此的誘因三個方面研究了水樹的形成機理。

③針對電化學(xué)老化的研究［3，4］，介紹了電化學(xué)老化產(chǎn)生的原因及電纜性能的變化;

④針對熱老化的研究［5］，采用光學(xué)顯微鏡和差示掃描量熱法DSC熱譜圖研究交聯(lián)聚乙烯的熱氧老化過程，并結(jié)合力學(xué)性能研究其結(jié)構(gòu)形態(tài)的變化與性能的關(guān)系。

(2)針對XLPE絕緣電纜老化監(jiān)測與診斷技術(shù)的研究

①通過剖析電纜的發(fā)熱原理與熱量傳播和擴(kuò)散的路徑，建立熱路模型并參照IEC標(biāo)準(zhǔn)，獲得導(dǎo)體暫態(tài)的溫度變化，通過溫度判斷電纜的絕緣狀況［6］;

②采用諧波分析法和準(zhǔn)同步技術(shù)對66kV及以上XLPE絕緣電纜介質(zhì)損耗角的測量進(jìn)行了研究，通過介質(zhì)損耗因素的值來判斷電纜絕緣特性［7］;

③通過模擬實驗研究了利用Rogowski線圈原理制作電流傳感器來檢測XLPE絕緣電纜局部放電情況，通過局部放電量判斷電纜絕緣老化程度［8］。

④搭建實驗電路對10kV XLPE絕緣電纜樣品進(jìn)行實驗，通過施加交流斜坡電壓獲取電纜樣品中的殘留電荷信息，根據(jù)殘留電荷量來判斷電纜的絕緣狀況［9］。

此外還有通過損耗電流高次諧波成分法、直流分量法、直流疊加法、低頻疊加法來研究電纜的絕緣老化狀況。

(3)基于某一指標(biāo)或某一模型評估XLPE絕緣電纜壽命

①針對等溫松弛電流的研究［10］，先通過實驗測得恒定溫度下松弛電流，再利用三階指數(shù)衰減函數(shù)對測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合處理，然后計算出去除穩(wěn)態(tài)直流分量的電流值I，繪出I*t～log(t)曲線。通過比較曲線峰值的位置來分析電纜絕緣松弛電流分量的權(quán)重，并評估絕緣老化狀態(tài);

②針對電纜熱流率的研究［11］，通過采用差示掃描量熱法DSC即通過程序控制溫度的變化，在溫度變化的同時，測量試樣和參比物的熱流率與溫度的關(guān)系及結(jié)合常規(guī)法快速評定電纜壽命;

③針對XLPE絕緣電纜壽命指數(shù)的研究［12］，從經(jīng)驗公式Etn=常數(shù)出發(fā)，通過采用傳統(tǒng)的求a、b分布參數(shù)法、殘存電壓法、恒定電壓法及逐級升壓累加法、近似簡化法等獲取壽命指數(shù)n的值，進(jìn)而獲得電纜的壽命;

④通過采用二維韋伯爾分布理論構(gòu)建評估XLPE絕緣電纜的壽命模型來描述電纜的擊穿分布規(guī)律，從而得到電纜的壽命［13］。

我國針對XLPE絕緣電纜壽命主要的研究內(nèi)容概括如圖1所示。

2.1.2 國內(nèi)研究存在的問題

我國關(guān)于XLPE絕緣電纜壽命的研究主要存在以下幾個問題:

(1)針對壽命的研究主要集中于某一指標(biāo)，從綜合考慮影響電纜壽命的多指標(biāo)角度出發(fā)來評估電纜壽命比較少，因此壽命評估的準(zhǔn)確性難以保證。

圖1 XLPE絕緣電纜壽命的研究內(nèi)容

(2)針對壽命的評估由于還沒有成熟的理論公式可以套用，基本上是采用經(jīng)驗公式，預(yù)測結(jié)果與實際存在一定的差距。

(3)針對壽命的評估建立在對模擬電纜試驗基礎(chǔ)之上，實驗中電纜運行環(huán)境與實際運行環(huán)境不相符，存在一定的偏差，直接影響壽命評估的準(zhǔn)確性。

(4)針對壽命評估的數(shù)學(xué)理論與模型的研究比較少。

2.2 國外研究現(xiàn)狀

國外針對XLPE絕緣電纜壽命的研究起步較我國早。國外從20世紀(jì)60年代就開始研究XLPE電纜絕緣老化檢測與監(jiān)測技術(shù)，其中日本是較早開展XLPE電纜絕緣老化檢測與監(jiān)測技術(shù)研究的國家，關(guān)于XLPE絕緣電纜老化檢測與監(jiān)測技術(shù)至今仍在不斷發(fā)展［14］。

在XLPE絕緣電纜壽命評估環(huán)節(jié)中，國內(nèi)外研究內(nèi)容及方法基本一致，但國外還引進(jìn)了一些比較新的研究方法，例如研究電樹枝起始時采用了場致發(fā)光法，評估壽命時采用了電降解發(fā)光和PPD法［15］，此外還有氧化特征法以及取樣法。

2.3 國內(nèi)外研究差異

對比國外關(guān)于XLPE絕緣電纜壽命研究的現(xiàn)狀可知，我國對電纜壽命的研究起步晚于歐美日等發(fā)達(dá)國家。由于我國研究經(jīng)驗的不足、科技水平的落后以及國內(nèi)外信息化程度的不同，同時國外在軟件和硬件上領(lǐng)先我國，我國與歐美日等發(fā)達(dá)國家在電纜壽命研究理論與研究方法上都有差距，但是經(jīng)過很多研究者多年的探索與實踐，現(xiàn)階段，我國在電纜壽命研究理論和研究方法上與國外的差距在逐漸的縮小。此外，我國還沒有一套成熟的評估電纜壽命的綜合系統(tǒng)，在壽命評估上實現(xiàn)軟件化、智能化、數(shù)字化還需要長期努力。

3 建議

根據(jù)以上分析對比，對XLPE絕緣電纜壽命的評估需從以下幾方面進(jìn)行完善。

3.1 提取合適的影響電纜壽命的指標(biāo)

電纜的壽命取決于電纜運行的綜合狀態(tài)，這包括電纜的溫度場、介質(zhì)損耗角正切值、接地電流、絕緣電阻、電場等指標(biāo)。只有客觀全面地收集并分析這些指標(biāo)的變化，才能得出最真實的壽命評估結(jié)果?？陀^、全面地提取合適的影響電纜壽命的指標(biāo)是壽命評估的基礎(chǔ)。

3.2 選擇合適的預(yù)測XLPE絕緣電纜壽命的理論

理論的選擇是預(yù)測電纜壽命至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，理論的匹配度直接關(guān)系到壽命預(yù)測的準(zhǔn)確性。因此在預(yù)測電纜壽命工作初始需先結(jié)合電纜本身的特征對比各種可以應(yīng)用于壽命預(yù)測的理論，找到適合于預(yù)測電纜壽命的理論，以便能有效地預(yù)測電纜的壽命。

3.3 構(gòu)建有效的預(yù)測XLPE絕緣電纜壽命的模型

模型的構(gòu)建是預(yù)測電纜壽命的核心環(huán)節(jié)，如何確定有效的模型，直接影響壽命預(yù)測的準(zhǔn)確性。在選擇合適的理論后，構(gòu)建有效的預(yù)測電纜壽命模型，使電纜壽命的評估結(jié)果更科學(xué)、合理及具有較廣泛的適用性。

3.4 采用新技術(shù)開發(fā)預(yù)測XLPE絕緣電纜壽命軟件平臺

預(yù)測XLPE絕緣電纜壽命的工作量大且較為復(fù)雜，開發(fā)一個集數(shù)據(jù)庫和壽命預(yù)測模塊一體的軟件平臺有利于提高電纜壽命的管理效率、提高班組成員的工作效率、降低運行維護(hù)成本。

4 結(jié)語

(1)本文對比分析了目前國內(nèi)外關(guān)于XLPE絕緣電纜壽命的研究現(xiàn)狀，指出了影響我國電纜壽命評估水平的一些問題以及與國外存在的差距。

(2)指出了通過提取合適的影響電纜壽命的指標(biāo)、選擇合適的預(yù)測XLPE絕緣電纜壽命的理論、構(gòu)建有效的預(yù)測XLPE絕緣電纜壽命的模型等措施可以提高XLPE絕緣電纜壽命評估準(zhǔn)確性;采用新技術(shù)開發(fā)預(yù)測XLPE絕緣電纜壽命軟件平臺有利于提高電纜壽命的管理效率、提高班組成員的工作效率、降低運行維護(hù)成本。

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