交联聚乙烯电力电缆的电树枝化试验及其局部放电特征分析

陈同庆

摘 要：交联聚乙烯电力电缆在长期的使用过程中不可避免会出现的一个问题就是电树枝化，在很大程度上影响了交联聚乙烯电力电缆的使用寿命。为了有效解决电树枝化的问题，需要对交联聚乙烯电力电缆在使用过程中的电树枝化规律进行探讨，对局部放电特征进行分析。文章试验用的电缆型号为XLPE，在常温下进行工作频率在12～21 kV、温度在50～90 ℃下的电树枝化试验，对电树枝的形成过程和局部放电特征进行了探讨和分析。

关键词：交联聚乙烯电力电缆；电树枝化试验；局部放电特征

中图分类号：TM247 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）15-0081-02

电树枝化是交联聚乙烯电力电缆绝缘效果劣化的根本原因，也是交联聚乙烯电力电缆从绝缘缺陷过渡到绝缘故障的一个中间状态。所以对交联聚乙烯电力电缆在使用过程中的电树枝化进行有效的管理，对提高交联聚乙烯电力电缆的使用寿命具有重要的意义。局部放电是和电树枝化过程密切相关的，通过局部放电特征的分析可以有效的对交联聚乙烯电力电缆的电树枝进行诊断。本文通过电树枝化的实验，分析了不同电压、不同温度对交联聚乙烯电力电缆电树枝化的影响，同时对不同状态下电树枝化的局部放电特征进行了分析。

1 交联聚乙烯电力电缆的电树枝化试验

1.1 试验品的选择

实验品选择的型号是YJV22-3×95的8.7/15 kV的XLPE电缆，从去除铠甲之后的三相15 kVXLPE电缆中选取一段0.9 m的实验电缆，将电缆的两头进行切削露出25 mm的线芯，然后除去19 cm的半导体遮蔽层，将电缆外层的铜带揭开，取一根长2.8 mm、曲率半径是5 mm的不锈钢钢针沿着电缆向内插入2.5 mm，然后将电缆外面的铜带重新遮盖好，用AB胶将铜带的缝隙进行涂抹，保证密封。处理好之后的实验品的各个参数值如下：电缆线芯的直径是11.5 mm，内、外半导体遮蔽层的厚度分别是0.5 mm和0.55 mm，绝缘层的厚度是4.8 mm，铜针针尖和内半导体遮蔽层之间的距离是2.8 mm。

在实验的过程中，为了防止电缆的两端出线放电的情况，本实验对电缆的两头进行了均压处理，在处理时使用的是一套充油的电极系统。结构如图1所示。

1.2 试验线路的设计

实验在检测局部放电的过程中使用的是数字化的监测方法，由调压器、保护电阻、变压器、耦合电容共同组成一个50 kV/50 kVA的无晕局部放电电源系统，传感器使用的是铁氧体罗戈夫斯基线圈，PD信号通过10～100倍的程控进行放大，经过100 kHz的高通滤波之后，使用示波器对实验结果进行观测和存储。

1.3 实验过程

将XLPE电缆分为七种样品，在正常的温度下对样品a、b、c、d加压，加压的速度为1 kV/S，当a样品的压力为12 kV、b样品的压力为15 kV、c样品的压力为18 kV、d样品的压力为21 kV时加压结束。对e样品在50 ℃的温度下进行加压，当压力到15 kV时结束，对f样品在70 ℃的温度下进行加压，当压力到15 kV时结束，对g样品在90 ℃的温度下进行加压，当压力到15 kV时结束。在加压结束之后，将电缆切成1～3 mm厚的切片进行观测，观测的仪器使用带摄像功能的显微镜，对观测的数据进行存储和分析。不同温度和压力下的电树枝生长情况数据表见表1，实验结果如图2所示。

2 交联聚乙烯电力电缆的电树枝化试验分析

通过对上面的表格和图片进行分析，可以得出下面的结论。

2.1 电树枝的形成受到电压的影响

通过分析上面表格中的数据可以得知，a、b、c、d四个样本在同一个温度下，施加的电压越强，电树枝的形成时间就越长。通过观察a、b、c、d四个样本的电树枝图片可以得知，电压越强，电树枝的根系也就越发达，说明电树枝化的程度会随着电压的增强越来越严重。

2.2 电树枝的形成受到温度的影响

通过分析上面表格中的数据得知，e、f、g三个样本在同一个强度的电压下，温度越高，电树枝的生长时间就越短。通过观察e、f、g三个样本的电树枝图片可以得知，温度越强，电树枝的根系密度越小，说明电树枝化的程度会随着温度的升高而减小。

3 交联聚乙烯电力电缆电树枝化局部放电特征分析

不同样品的放电特征图如图3（a）～（f）所示。

通过分析可以得知，a样品和d样品的局部放电形状接近三角形，c样品的局部放电形状接近翼形气孔型，b样品、e样品和f样品的局部放电形状在翼形与气孔型之间。从整体上来看，电缆的树枝形态对局部放电图谱的影响不是很大，放电相位在-30～80 ℃和150～260 ℃左右比较集中，在90 ℃和270 ℃左右发生的是局部放电，在0 ℃和180 ℃左右发生的局部放电脉冲的极性相同。

通过上述分析可以得出如下结论：影响电树枝内部局部放电的因素是外加电场与电树枝周围的空间电荷形成的复合电场，并且最大的放电量相位和平均放电量相位随着电树枝的发展逐渐减小。

4 实验结论

本文将XLPE电缆分为了七个试验样本，对其中的四个试验样本在同一个温度下进行了升压试验，对其中的三个试验样本在同一个电压下进行了升温试验，通过试验数据和试验图片的分析得出了如下结论：

①在常温和相同的温度下，随着电压的增加，电树枝的形成时间会变长，电树枝的密度也会增加，形状逐渐由树枝状变成丛状；在一定的压力条件下，随着温度的增加，电树枝的形成时间会缩短，电树枝的形状先密后疏，但是当温度在90 ℃时，温度的变化对电树枝形状的影响最小。

②电缆在实际的使用过程中受到温度和压力的影响与实验结果的趋势相同，但是电树枝的实际形成过程和实验结果有一定的差异。

③电缆在电树枝形成过程中的局部放电特征是：局部放电图谱整体上都呈现为翼形或者是翼形气孔型，放电时的温度主要在-30～80 ℃、150～260 ℃左右，并且在0 ℃和180 ℃左右的局部放电的极性相同。最大的放电量相位和平均放电量相位随着电树枝的发展逐渐减小。

5 结 语

本文通过对交联聚乙烯电力电缆的电树枝化进行试验，通过对实验结果的分析得出了电树枝化形成的规律和树枝化过程中局部放电特征的相关结论，对采取交联聚乙烯电力电缆预防树枝化措施具有重要的意义。

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