XLPE绝缘电缆寿命研究的现状与趋势分析

江娜，马小强，2，汪旭旭

(1.三峡大学电气与新能源学院，湖北 宜昌 443002;2.湖北随州供电公司，湖北 随州 441300)

1 引言

伴随我国经济的快速发展，电力电缆作为输送电能的重要设备，发展速度极快，XLPE绝缘电缆与传统充油电缆和油浸纸电缆相比，具有质量轻、制造工艺简单、安装敷设容易、电气性能和耐热性能良好、运行维护方便等优点而被广泛应用于输电网中。电缆投入运行后，绝缘层会受到电、热、机械、水份等因素的作用而发生绝缘老化，影响电缆的安全稳定运行和使用寿命。随着时间的推移，早期投运的电缆已接近使用寿命期。开展电缆寿命的研究，判断在电缆寿命接近使用期限前何时进行更换，避免因电缆绝缘老化引发事故而给电网带来安全隐患，对于保证电网的安全稳定运行及可靠供电有着重要的理论意义。

2 国内外XLPE绝缘电缆寿命研究现状及差异

2.1 国内研究现状及存在的问题

2.1.1 国内研究现状

目前，我国关于XLPE绝缘电缆寿命的研究还处于起步阶段，研究寿命的相关内容较丰富，主要集中在以下三个方面:

(1)针对XLPE绝缘电缆老化机理的研究

①针对电树枝老化机理的研究［1］，以针电极短电缆电极系统为实验平台，研究温度、电压、升压速度等对电树枝形态特征、生长和发展的影响;

②针对水树枝老化机理的研究［2］，从力学作用、化学势作用和水树生长与局部放电彼此的诱因三个方面研究了水树的形成机理。

③针对电化学老化的研究［3，4］，介绍了电化学老化产生的原因及电缆性能的变化;

④针对热老化的研究［5］，采用光学显微镜和差示扫描量热法DSC热谱图研究交联聚乙烯的热氧老化过程，并结合力学性能研究其结构形态的变化与性能的关系。

(2)针对XLPE绝缘电缆老化监测与诊断技术的研究

①通过剖析电缆的发热原理与热量传播和扩散的路径，建立热路模型并参照IEC标准，获得导体暂态的温度变化，通过温度判断电缆的绝缘状况［6］;

②采用谐波分析法和准同步技术对66kV及以上XLPE绝缘电缆介质损耗角的测量进行了研究，通过介质损耗因素的值来判断电缆绝缘特性［7］;

③通过模拟实验研究了利用Rogowski线圈原理制作电流传感器来检测XLPE绝缘电缆局部放电情况，通过局部放电量判断电缆绝缘老化程度［8］。

④搭建实验电路对10kV XLPE绝缘电缆样品进行实验，通过施加交流斜坡电压获取电缆样品中的残留电荷信息，根据残留电荷量来判断电缆的绝缘状况［9］。

此外还有通过损耗电流高次谐波成分法、直流分量法、直流叠加法、低频叠加法来研究电缆的绝缘老化状况。

(3)基于某一指标或某一模型评估XLPE绝缘电缆寿命

①针对等温松弛电流的研究［10］，先通过实验测得恒定温度下松弛电流，再利用三阶指数衰减函数对测得的数据进行拟合处理，然后计算出去除稳态直流分量的电流值I，绘出I*t～log(t)曲线。通过比较曲线峰值的位置来分析电缆绝缘松弛电流分量的权重，并评估绝缘老化状态;

②针对电缆热流率的研究［11］，通过采用差示扫描量热法DSC即通过程序控制温度的变化，在温度变化的同时，测量试样和参比物的热流率与温度的关系及结合常规法快速评定电缆寿命;

③针对XLPE绝缘电缆寿命指数的研究［12］，从经验公式Etn=常数出发，通过采用传统的求a、b分布参数法、残存电压法、恒定电压法及逐级升压累加法、近似简化法等获取寿命指数n的值，进而获得电缆的寿命;

④通过采用二维韦伯尔分布理论构建评估XLPE绝缘电缆的寿命模型来描述电缆的击穿分布规律，从而得到电缆的寿命［13］。

我国针对XLPE绝缘电缆寿命主要的研究内容概括如图1所示。

2.1.2 国内研究存在的问题

我国关于XLPE绝缘电缆寿命的研究主要存在以下几个问题:

(1)针对寿命的研究主要集中于某一指标，从综合考虑影响电缆寿命的多指标角度出发来评估电缆寿命比较少，因此寿命评估的准确性难以保证。

图1 XLPE绝缘电缆寿命的研究内容

(2)针对寿命的评估由于还没有成熟的理论公式可以套用，基本上是采用经验公式，预测结果与实际存在一定的差距。

(3)针对寿命的评估建立在对模拟电缆试验基础之上，实验中电缆运行环境与实际运行环境不相符，存在一定的偏差，直接影响寿命评估的准确性。

(4)针对寿命评估的数学理论与模型的研究比较少。

2.2 国外研究现状

国外针对XLPE绝缘电缆寿命的研究起步较我国早。国外从20世纪60年代就开始研究XLPE电缆绝缘老化检测与监测技术，其中日本是较早开展XLPE电缆绝缘老化检测与监测技术研究的国家，关于XLPE绝缘电缆老化检测与监测技术至今仍在不断发展［14］。

在XLPE绝缘电缆寿命评估环节中，国内外研究内容及方法基本一致，但国外还引进了一些比较新的研究方法，例如研究电树枝起始时采用了场致发光法，评估寿命时采用了电降解发光和PPD法［15］，此外还有氧化特征法以及取样法。

2.3 国内外研究差异

对比国外关于XLPE绝缘电缆寿命研究的现状可知，我国对电缆寿命的研究起步晚于欧美日等发达国家。由于我国研究经验的不足、科技水平的落后以及国内外信息化程度的不同，同时国外在软件和硬件上领先我国，我国与欧美日等发达国家在电缆寿命研究理论与研究方法上都有差距，但是经过很多研究者多年的探索与实践，现阶段，我国在电缆寿命研究理论和研究方法上与国外的差距在逐渐的缩小。此外，我国还没有一套成熟的评估电缆寿命的综合系统，在寿命评估上实现软件化、智能化、数字化还需要长期努力。

3 建议

根据以上分析对比，对XLPE绝缘电缆寿命的评估需从以下几方面进行完善。

3.1 提取合适的影响电缆寿命的指标

电缆的寿命取决于电缆运行的综合状态，这包括电缆的温度场、介质损耗角正切值、接地电流、绝缘电阻、电场等指标。只有客观全面地收集并分析这些指标的变化，才能得出最真实的寿命评估结果。客观、全面地提取合适的影响电缆寿命的指标是寿命评估的基础。

3.2 选择合适的预测XLPE绝缘电缆寿命的理论

理论的选择是预测电缆寿命至关重要的环节，理论的匹配度直接关系到寿命预测的准确性。因此在预测电缆寿命工作初始需先结合电缆本身的特征对比各种可以应用于寿命预测的理论，找到适合于预测电缆寿命的理论，以便能有效地预测电缆的寿命。

3.3 构建有效的预测XLPE绝缘电缆寿命的模型

模型的构建是预测电缆寿命的核心环节，如何确定有效的模型，直接影响寿命预测的准确性。在选择合适的理论后，构建有效的预测电缆寿命模型，使电缆寿命的评估结果更科学、合理及具有较广泛的适用性。

3.4 采用新技术开发预测XLPE绝缘电缆寿命软件平台

预测XLPE绝缘电缆寿命的工作量大且较为复杂，开发一个集数据库和寿命预测模块一体的软件平台有利于提高电缆寿命的管理效率、提高班组成员的工作效率、降低运行维护成本。

4 结语

(1)本文对比分析了目前国内外关于XLPE绝缘电缆寿命的研究现状，指出了影响我国电缆寿命评估水平的一些问题以及与国外存在的差距。

(2)指出了通过提取合适的影响电缆寿命的指标、选择合适的预测XLPE绝缘电缆寿命的理论、构建有效的预测XLPE绝缘电缆寿命的模型等措施可以提高XLPE绝缘电缆寿命评估准确性;采用新技术开发预测XLPE绝缘电缆寿命软件平台有利于提高电缆寿命的管理效率、提高班组成员的工作效率、降低运行维护成本。

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