XLPE电缆剩余寿命评估方法探讨

薄霖+徐飞+张剑彪

【摘 要】 由于运行环境恶劣，电缆在运行过程中会受到外力作用引起绝缘老化，威胁着其使用寿命及电网供电的安全与稳定。本文先浅析XLPE电缆老化机理，着重分析了电缆剩余寿命评估的方法在实际中的应用，给出了预防电缆老化的几种措施。

【关键词】 绝缘老化 供电可靠性 XLPE电缆 剩余寿命

随着城市电网改革和厂矿企业对供电的需求，电缆在电力系统中得以广泛应用，它对供电可靠性和稳定性起到至关重要作用[1]。电缆在运行过程中，容易受到电、热、机械等因素作用，在电缆内部引发水树枝和电树枝效应，造成电缆绝缘老化，缩短电缆使用寿命[2]。因此，为保证供电可靠与稳定，避免因电缆绝缘老化而引发的事故，亟需找到一种方法对电缆剩余寿命进行评估。

1 电缆老化机理

电缆绝缘老化的原因是多方面的，现分析水树枝老化和电树枝老化[3-4]。

1.1 水树枝老化原理

早期生产技术有限，加之运行环境影响，XLPE电缆绝缘层容易受到各种缺陷及杂质影响，从而产生局部强电场，最终发展成水树枝现象。水树枝主要使电缆绝缘介质损耗增大，引起电缆绝缘老化，甚至导致供电事故发生[5]。

1.2 电树枝老化原理

电缆绝缘层中的突起及杂质会形成局部高场强引发电树枝。电树枝的引发与生长过程具有随机性。电树枝化严重制约着电缆运行寿命与安全[6]。

2 XLPE电缆剩余寿命评估

国内外学者在电缆绝缘老化方面做了很多工作，提出了直流泄露电流法、残留电荷法等非在线方法，以及低频叠加法、介质损耗法等在线方法[7]。本文从电缆老化机理入手，阐述了直流泄露电流等方法在对电缆剩余寿命预测中的应用，给出了预防电缆老化的相关措施。

2.1 直流泄露电流法

直流泄露电流法是在接地电压互感器的中性点叠加低压直流电源，测量电缆绝缘层的直流电流，获得电缆运行时的绝缘电阻[8]。直流泄露电流法原理图如（图1）所示。

在长期经验基础上，可将XLPE电缆寿命法则表述为：

（1）

式中E-电缆施加电压；t-电缆寿命；N-时间指数与机理和绝缘介质有关。

实验样品为：10kVXPLE电缆，截面积为50mm2，其寿命30年，已运行10年。在其运行10年后，其剩余寿命并不是使用寿命减去运行年限，受到绝缘材料与破坏机理的影响，剩余寿命大为缩短，为及时对损害的电缆进行更换，提供了重要的理论依据。

2.2 介质损耗角正切法

XLPE电缆绝缘介质的高低水平很大程度上受到水树枝的生长影响。因此，tanδ能很好的体现电缆绝缘水平的高低。介质损耗角正切法测量原理如（图2）所示。

实验样品：10kVXPLE电缆，截面积为50mm2，其寿命30年，已运行10年。考虑电源与水温因素，进行试验。XLPE电缆损耗因素取决于电树枝的平均生长态势，因此，10kV电缆寿命方程为：

（2）

式中，L-电缆预测寿命；T0-电缆运行时间；

tanδ1-故障临界时刻损耗因素值；tanδ2—电缆正常运行损耗因素值；tanδt—电缆运行时测量损耗因素值。

依据式（2）可计算出10kVXLPE电缆使用寿命，减去电缆已经运行的时间，可得出当前电缆剩余寿命。

3 电老化预防

预防电缆绝缘老化，要从电缆结构、材料选择、制造及敷设与检验等方面入手。

在结构措施方面，可采用良好的防水结构，同时添加由橡胶等组成的护层；在材料选择和制造工艺方面，可采用均质导电混合物与高纯度聚合物结合，采用三层挤压和干燥式交联等；在老化特性检验方面，可采用长期试验法、现场对绝缘加压法以及局部放电试验等方法。

4 结语

本文在分析电缆老化机理的基础上，提出了直流泄流电流法、击穿电压法、介质损耗角正切法，对XLPE电缆剩余寿命进行评估，得出以下结论：1）采用以上讨论的方法，可在实际过程中对电缆剩余寿命进行评估。2）利用直流泄露电流法、介质损耗角正切法对XLPE电缆进行测试，为定量分析电缆剩余寿命提供一个新的思路。3）从电缆物理及化学构成、生产流程及使用方法等方面，分析了XLPE电缆老化的预防措施。

参考文献：

[1]刘毅敏，高广峰.电网电容电流的最小二乘辨识算法[J].电力系统保护与控制，2010，38（8）：49-50.

[2]喻岩珑，李晟，等.XLPE电缆绝缘老化与剩余寿命评估的试验方法[J].电网与清洁能源，，2011，27（4）：26-27.

[3]杜伯学，马宗乐，等.采用温差法的10kV交联聚乙烯电缆水树老化评估[J].高电压技术，2001，37（1）：143-44.

[4]王洪新，程树康，等.XLPE老化过程中的交

流绝缘参数特性[J].高电压技术，2005，31（3）：33-34.

[5]孙晓斐.矿用高压电缆绝缘特性评估方法

的研究[D].太原：太原理工大学，2010.

[6]李盛涛，郑晓泉.聚合物电树枝[M].北京：机械工业出版社，2006.

[7]徐红义，黄斌，郭和清.XLPE高压电缆在线监测方法综述与设计[J].湖北电力，2009，33（6）：38-39.

[8]郑晓泉，王国红.直流法XLPE电缆绝缘在线诊断中的几个影响因素及其对策[J].电线电缆，2000，10（5）：28-29.endprint

【摘 要】 由于运行环境恶劣，电缆在运行过程中会受到外力作用引起绝缘老化，威胁着其使用寿命及电网供电的安全与稳定。本文先浅析XLPE电缆老化机理，着重分析了电缆剩余寿命评估的方法在实际中的应用，给出了预防电缆老化的几种措施。

【关键词】 绝缘老化 供电可靠性 XLPE电缆 剩余寿命

随着城市电网改革和厂矿企业对供电的需求，电缆在电力系统中得以广泛应用，它对供电可靠性和稳定性起到至关重要作用[1]。电缆在运行过程中，容易受到电、热、机械等因素作用，在电缆内部引发水树枝和电树枝效应，造成电缆绝缘老化，缩短电缆使用寿命[2]。因此，为保证供电可靠与稳定，避免因电缆绝缘老化而引发的事故，亟需找到一种方法对电缆剩余寿命进行评估。

1 电缆老化机理

电缆绝缘老化的原因是多方面的，现分析水树枝老化和电树枝老化[3-4]。

1.1 水树枝老化原理

早期生产技术有限，加之运行环境影响，XLPE电缆绝缘层容易受到各种缺陷及杂质影响，从而产生局部强电场，最终发展成水树枝现象。水树枝主要使电缆绝缘介质损耗增大，引起电缆绝缘老化，甚至导致供电事故发生[5]。

1.2 电树枝老化原理

电缆绝缘层中的突起及杂质会形成局部高场强引发电树枝。电树枝的引发与生长过程具有随机性。电树枝化严重制约着电缆运行寿命与安全[6]。

2 XLPE电缆剩余寿命评估

国内外学者在电缆绝缘老化方面做了很多工作，提出了直流泄露电流法、残留电荷法等非在线方法，以及低频叠加法、介质损耗法等在线方法[7]。本文从电缆老化机理入手，阐述了直流泄露电流等方法在对电缆剩余寿命预测中的应用，给出了预防电缆老化的相关措施。

2.1 直流泄露电流法

直流泄露电流法是在接地电压互感器的中性点叠加低压直流电源，测量电缆绝缘层的直流电流，获得电缆运行时的绝缘电阻[8]。直流泄露电流法原理图如（图1）所示。

在长期经验基础上，可将XLPE电缆寿命法则表述为：

（1）

式中E-电缆施加电压；t-电缆寿命；N-时间指数与机理和绝缘介质有关。

实验样品为：10kVXPLE电缆，截面积为50mm2，其寿命30年，已运行10年。在其运行10年后，其剩余寿命并不是使用寿命减去运行年限，受到绝缘材料与破坏机理的影响，剩余寿命大为缩短，为及时对损害的电缆进行更换，提供了重要的理论依据。

2.2 介质损耗角正切法

XLPE电缆绝缘介质的高低水平很大程度上受到水树枝的生长影响。因此，tanδ能很好的体现电缆绝缘水平的高低。介质损耗角正切法测量原理如（图2）所示。

实验样品：10kVXPLE电缆，截面积为50mm2，其寿命30年，已运行10年。考虑电源与水温因素，进行试验。XLPE电缆损耗因素取决于电树枝的平均生长态势，因此，10kV电缆寿命方程为：

（2）

式中，L-电缆预测寿命；T0-电缆运行时间；

tanδ1-故障临界时刻损耗因素值；tanδ2—电缆正常运行损耗因素值；tanδt—电缆运行时测量损耗因素值。

依据式（2）可计算出10kVXLPE电缆使用寿命，减去电缆已经运行的时间，可得出当前电缆剩余寿命。

3 电老化预防

预防电缆绝缘老化，要从电缆结构、材料选择、制造及敷设与检验等方面入手。

在结构措施方面，可采用良好的防水结构，同时添加由橡胶等组成的护层；在材料选择和制造工艺方面，可采用均质导电混合物与高纯度聚合物结合，采用三层挤压和干燥式交联等；在老化特性检验方面，可采用长期试验法、现场对绝缘加压法以及局部放电试验等方法。

4 结语

本文在分析电缆老化机理的基础上，提出了直流泄流电流法、击穿电压法、介质损耗角正切法，对XLPE电缆剩余寿命进行评估，得出以下结论：1）采用以上讨论的方法，可在实际过程中对电缆剩余寿命进行评估。2）利用直流泄露电流法、介质损耗角正切法对XLPE电缆进行测试，为定量分析电缆剩余寿命提供一个新的思路。3）从电缆物理及化学构成、生产流程及使用方法等方面，分析了XLPE电缆老化的预防措施。

参考文献：

[1]刘毅敏，高广峰.电网电容电流的最小二乘辨识算法[J].电力系统保护与控制，2010，38（8）：49-50.

[2]喻岩珑，李晟，等.XLPE电缆绝缘老化与剩余寿命评估的试验方法[J].电网与清洁能源，，2011，27（4）：26-27.

[3]杜伯学，马宗乐，等.采用温差法的10kV交联聚乙烯电缆水树老化评估[J].高电压技术，2001，37（1）：143-44.

[4]王洪新，程树康，等.XLPE老化过程中的交

流绝缘参数特性[J].高电压技术，2005，31（3）：33-34.

[5]孙晓斐.矿用高压电缆绝缘特性评估方法

的研究[D].太原：太原理工大学，2010.

[6]李盛涛，郑晓泉.聚合物电树枝[M].北京：机械工业出版社，2006.

[7]徐红义，黄斌，郭和清.XLPE高压电缆在线监测方法综述与设计[J].湖北电力，2009，33（6）：38-39.

[8]郑晓泉，王国红.直流法XLPE电缆绝缘在线诊断中的几个影响因素及其对策[J].电线电缆，2000，10（5）：28-29.endprint

【摘 要】 由于运行环境恶劣，电缆在运行过程中会受到外力作用引起绝缘老化，威胁着其使用寿命及电网供电的安全与稳定。本文先浅析XLPE电缆老化机理，着重分析了电缆剩余寿命评估的方法在实际中的应用，给出了预防电缆老化的几种措施。

【关键词】 绝缘老化 供电可靠性 XLPE电缆 剩余寿命

随着城市电网改革和厂矿企业对供电的需求，电缆在电力系统中得以广泛应用，它对供电可靠性和稳定性起到至关重要作用[1]。电缆在运行过程中，容易受到电、热、机械等因素作用，在电缆内部引发水树枝和电树枝效应，造成电缆绝缘老化，缩短电缆使用寿命[2]。因此，为保证供电可靠与稳定，避免因电缆绝缘老化而引发的事故，亟需找到一种方法对电缆剩余寿命进行评估。

1 电缆老化机理

电缆绝缘老化的原因是多方面的，现分析水树枝老化和电树枝老化[3-4]。

1.1 水树枝老化原理

早期生产技术有限，加之运行环境影响，XLPE电缆绝缘层容易受到各种缺陷及杂质影响，从而产生局部强电场，最终发展成水树枝现象。水树枝主要使电缆绝缘介质损耗增大，引起电缆绝缘老化，甚至导致供电事故发生[5]。

1.2 电树枝老化原理

电缆绝缘层中的突起及杂质会形成局部高场强引发电树枝。电树枝的引发与生长过程具有随机性。电树枝化严重制约着电缆运行寿命与安全[6]。

2 XLPE电缆剩余寿命评估

国内外学者在电缆绝缘老化方面做了很多工作，提出了直流泄露电流法、残留电荷法等非在线方法，以及低频叠加法、介质损耗法等在线方法[7]。本文从电缆老化机理入手，阐述了直流泄露电流等方法在对电缆剩余寿命预测中的应用，给出了预防电缆老化的相关措施。

2.1 直流泄露电流法

直流泄露电流法是在接地电压互感器的中性点叠加低压直流电源，测量电缆绝缘层的直流电流，获得电缆运行时的绝缘电阻[8]。直流泄露电流法原理图如（图1）所示。

在长期经验基础上，可将XLPE电缆寿命法则表述为：

（1）

式中E-电缆施加电压；t-电缆寿命；N-时间指数与机理和绝缘介质有关。

实验样品为：10kVXPLE电缆，截面积为50mm2，其寿命30年，已运行10年。在其运行10年后，其剩余寿命并不是使用寿命减去运行年限，受到绝缘材料与破坏机理的影响，剩余寿命大为缩短，为及时对损害的电缆进行更换，提供了重要的理论依据。

2.2 介质损耗角正切法

XLPE电缆绝缘介质的高低水平很大程度上受到水树枝的生长影响。因此，tanδ能很好的体现电缆绝缘水平的高低。介质损耗角正切法测量原理如（图2）所示。

实验样品：10kVXPLE电缆，截面积为50mm2，其寿命30年，已运行10年。考虑电源与水温因素，进行试验。XLPE电缆损耗因素取决于电树枝的平均生长态势，因此，10kV电缆寿命方程为：

（2）

式中，L-电缆预测寿命；T0-电缆运行时间；

tanδ1-故障临界时刻损耗因素值；tanδ2—电缆正常运行损耗因素值；tanδt—电缆运行时测量损耗因素值。

依据式（2）可计算出10kVXLPE电缆使用寿命，减去电缆已经运行的时间，可得出当前电缆剩余寿命。

3 电老化预防

预防电缆绝缘老化，要从电缆结构、材料选择、制造及敷设与检验等方面入手。

在结构措施方面，可采用良好的防水结构，同时添加由橡胶等组成的护层；在材料选择和制造工艺方面，可采用均质导电混合物与高纯度聚合物结合，采用三层挤压和干燥式交联等；在老化特性检验方面，可采用长期试验法、现场对绝缘加压法以及局部放电试验等方法。

4 结语

本文在分析电缆老化机理的基础上，提出了直流泄流电流法、击穿电压法、介质损耗角正切法，对XLPE电缆剩余寿命进行评估，得出以下结论：1）采用以上讨论的方法，可在实际过程中对电缆剩余寿命进行评估。2）利用直流泄露电流法、介质损耗角正切法对XLPE电缆进行测试，为定量分析电缆剩余寿命提供一个新的思路。3）从电缆物理及化学构成、生产流程及使用方法等方面，分析了XLPE电缆老化的预防措施。

参考文献：

[1]刘毅敏，高广峰.电网电容电流的最小二乘辨识算法[J].电力系统保护与控制，2010，38（8）：49-50.

[2]喻岩珑，李晟，等.XLPE电缆绝缘老化与剩余寿命评估的试验方法[J].电网与清洁能源，，2011，27（4）：26-27.

[3]杜伯学，马宗乐，等.采用温差法的10kV交联聚乙烯电缆水树老化评估[J].高电压技术，2001，37（1）：143-44.

[4]王洪新，程树康，等.XLPE老化过程中的交

流绝缘参数特性[J].高电压技术，2005，31（3）：33-34.

[5]孙晓斐.矿用高压电缆绝缘特性评估方法

的研究[D].太原：太原理工大学，2010.

[6]李盛涛，郑晓泉.聚合物电树枝[M].北京：机械工业出版社，2006.

[7]徐红义，黄斌，郭和清.XLPE高压电缆在线监测方法综述与设计[J].湖北电力，2009，33（6）：38-39.

[8]郑晓泉，王国红.直流法XLPE电缆绝缘在线诊断中的几个影响因素及其对策[J].电线电缆，2000，10（5）：28-29.endprint