李學(xué)斌 李會吉

（山東晉煤明水化工集團有限公司，濟南 250200）

隨著我國城市電網(wǎng)的不斷改造，高壓電纜終端已廣泛應(yīng)用于輸電線路上。據(jù)調(diào)查，國內(nèi)所用電纜終端大部分都需要在套管與應(yīng)力錐之間充以聚丁烯、聚異丁烯或者硅油之類的絕緣油[1]。可見電纜終端內(nèi)絕緣油的性能好壞直接關(guān)系著電纜線路的安全運行。通過查閱資料發(fā)現(xiàn)：對于絕緣油的研究中，國內(nèi)學(xué)者主要關(guān)注應(yīng)用在變壓器等電力設(shè)備的各種特性，而應(yīng)用于電纜終端的絕緣油研究較少[2-5]。本文主要對運行在110kV 電纜終端內(nèi)的硅油老化狀況進行研究，指出引起電纜系統(tǒng)故障的問題所在，以及今后解決的辦法和途徑，為今后中國高壓電纜系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行提供參考依據(jù)。其中，由于硅油具有卓越的耐熱性、電絕緣性和較高的抗壓縮性更是廣泛被各大生產(chǎn)廠家所親睞。

1 事故現(xiàn)場

2011年8月，某企業(yè)110kV 電纜系統(tǒng)發(fā)生故障，此系統(tǒng)在線運行12年。故障相電纜終端為瓷套電纜終端，其應(yīng)力錐已炸裂。內(nèi)部的填充絕緣油為硅油。圖1給出了事故現(xiàn)場的電纜狀況。從圖1中可以看到：故障電纜絕緣層外側(cè)在浸泡絕緣油情況下出現(xiàn)大量水樹，而在未浸泡絕緣油的情況下未出現(xiàn)水樹。

圖1 事故現(xiàn)場電纜狀況

2 測試結(jié)果與討論

表1 試樣說明

2.1 材料的介電常數(shù)、介質(zhì)損耗

圖2和圖3試樣的介電常數(shù)和損耗角正切值與溫度的變化關(guān)系。從圖中可以看出，2#試樣的介電常數(shù)和損耗值較大。在溫度較高（90℃）時，與1#相比，2#試樣的介電常數(shù)和損耗角正切值明顯增大。

圖2 試樣的介電常數(shù)與溫度的關(guān)系

圖3 試樣的損耗角正切與溫度的關(guān)系

材料的介電常數(shù)與損耗角正切反映的是材料在電場作用下的極化過程。材料的介電常數(shù)與損耗角正切越大，其極化過程越強。因此，可以判定，2#試樣極化程度較大。這一現(xiàn)象可能由以下兩方面導(dǎo)致：其一是2#中的硅油吸收大量水分子，由于水分子是極性小分子，在施加電場后較容易發(fā)生轉(zhuǎn)向，從而使極化強度增大。其二可能是由于2#試樣在電纜終端內(nèi)運行多年，導(dǎo)致硅油老化裂解，大分子鏈分解成小分子鏈聚合物，從而增大了2#試樣的介電常數(shù)與損耗值。

2.2 材料的電阻率及擊穿場強

試樣的電阻率隨溫度的關(guān)系如圖4所示。從圖4可以看出，2#試樣的電阻率明顯低于1#的，相差約兩個數(shù)量級。

試樣的擊穿場強隨溫度的關(guān)系如圖5所示。由圖可見，2#試樣的擊穿場強也明顯低于1#試樣的擊穿場強。其中，與1#試樣相比，2#試樣在30℃時的擊穿場強下降了43%，而90℃時的擊穿場強也降低了26.5%。

圖4 試樣的電阻率與溫度的關(guān)系

圖5 試樣的擊穿場強與溫度的關(guān)系

材料的電阻率和擊穿場強與材料中的載流子濃度和數(shù)量密切相關(guān)。2#試樣的電阻率和擊穿場強較低說明此試樣中的載流子（即導(dǎo)電成分）增多，這也可能是由于試樣受潮及材料老化裂解導(dǎo)致。

2.3 微水含量

通過對2#試樣介電性能的分析，可以初步斷定2#試樣已經(jīng)老化。為了進一步確定老化的原因，對試樣進行了微水含量的測試。測試結(jié)果見表2。

表2 試樣的微水含量

對2 種試樣的微水含量試驗結(jié)果進行比較可以得到：2#試樣中的微水含量是1#試樣的3.4 倍。根據(jù)文獻描述，絕緣油中的水分增多，不止是極性分子增多，導(dǎo)致介電性能下降，它還能催化絕緣油加速老化。

3 絕緣油受潮的原因分析

3.1 安裝工藝的影響

電纜終端的安裝工藝不當可能會引起絕緣油受潮。如一些電纜附件公司在安裝附件時沒有對附件抽真空，因此在濕度較高的安裝環(huán)境下，水分可能凝結(jié)在終端套管內(nèi)壁并進入絕緣油中，使得絕緣油受潮。

目前國內(nèi)還沒有頒布 110kV 的交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電纜附件安裝工藝相關(guān)絕緣油的標準，因此電纜終端的生產(chǎn)廠家只能按照其本公司的安裝工藝進行安裝，而相應(yīng)的施工單位也沒有參考依據(jù)，無法確定一個較為恰當?shù)陌惭b工藝（如對施工現(xiàn)場的溫度、濕度的控制等），這就很容易造成絕緣油受潮等問題，給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行留下隱患。

3.2 終端密封的影響

電纜終端密封不良也會造成電纜終端內(nèi)的絕緣油受潮。電纜終端的密封主要分兩部分：即密封圈和防水帶材。金屬零件之間的密封主要靠密封圈，其成份主要是各種橡膠（如丁基橡膠、乙丙橡膠和丁氰橡膠等），密封圈的密封效果主要體現(xiàn)在材料的彈性，有些密封圈的材料在未老化前的彈性較為優(yōu)越，運行一段時間后就會老化，而老化后的彈性會迅速降低，這就會使金屬零部件之間的密封性能變差。電纜終端的出線桿的密封處理是密封圈進行密封的，當出線桿不是直著通過密封部位時，由于密封圈受力的不均勻性，會造成局部的密封不嚴現(xiàn)象，特別是電纜運行中的呼吸作用增大了該處進潮的可能性。潮氣的進入特別容易在油和瓷件以及油和電纜絕緣間的界面中聚集，形成通道。這一點可以在圖1所示的現(xiàn)場事故照片中清楚地表現(xiàn)出來，圖1中電纜絕緣表面的水樹正是由于潮氣聚集在此，在高電場的作用下，通過12年的運行積累，最終形成大量的從絕緣表面向內(nèi)發(fā)展的水樹，目前水樹的平均長度已達到1.5mm 的長度。

3.3 絕緣油本身的性能

絕緣油在電纜終端的作用主要是填充套管內(nèi)部空間，使得應(yīng)力錐等重要部件侵入其中，防止受潮，可見絕緣油的絕緣性能在電纜終端安全穩(wěn)定運行的過程中擔(dān)負著至關(guān)重要的作用。如果絕緣油本身的性能不佳，如介電性能、老化性能、防水性不佳，那么就會引起電纜終端運行異常甚至發(fā)生擊穿爆炸等事故。從前述試驗結(jié)果可以看到，經(jīng)過12年的運行，絕緣油的電阻率已經(jīng)有較大的下降，達到2 個數(shù)量級，同時，擊穿強度下降了近一半。在這樣的情況下，原有的設(shè)計已經(jīng)發(fā)生變化，應(yīng)力錐中的運行場強進一步加強，可能已經(jīng)達到缺陷處最高能夠耐受的極限，最終發(fā)生故障。

4 結(jié)論

近幾年，110kV 高壓電纜系統(tǒng)的實際安裝與運行過程中，由于絕緣油絕緣性能降低引起的高壓電纜終端異常發(fā)熱甚至擊穿爆炸等事故屢屢發(fā)生，盡管電纜終端內(nèi)絕緣油一般都具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、電緣性和耐候性，粘度范圍廣，凝固點低，疏水性能好等優(yōu)點，但隨著中國電力行業(yè)的不斷發(fā)展，高壓電纜終端的電壓等級不斷提高，目前國內(nèi)各個廠家生產(chǎn)的絕緣油性能是否能滿足新環(huán)境的要求，這一點有待于進一步研究；同時，在電纜終端長期運行時，其安裝工藝質(zhì)量對運行的影響進一步顯現(xiàn)出來。因此，應(yīng)該對電纜終端內(nèi)絕緣油的絕緣狀況進行密切關(guān)注，增加相關(guān)現(xiàn)場非破壞性測量手段，及時發(fā)現(xiàn)問題，才能保證設(shè)備的運行安全。也只有生產(chǎn)單位、施工單位及使用單位共同關(guān)注，才能徹底解決因絕緣油造成的運行事故。

[1] 王偉.交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜技術(shù)基礎(chǔ)[M].3 版.北京: 西北工業(yè)大學(xué),2011.

[2] 曹小虎,曹小龍,梁曉炎.電力設(shè)備絕緣油的檢驗[J].機械研究與應(yīng)用,2009,22(2): 114-116.

[3] 李華春,周作春.110kV 及以上高壓交聯(lián)電纜系統(tǒng)故障分析[C].第八次電力電纜運行經(jīng)驗交流會,2008: 459-470.

[4] 伍小娟,袁強,等.電纜終端異常發(fā)熱原因分析[J].廣東電力,2007,20(9): 40-42.

[5] 鄧顯波.高壓電纜終端絕緣油老化分析[C].全國輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)交流研討會,2010: 572-577.