国产交联聚乙烯电力电缆击穿故障的评定和分析.pdf

2 O O 7年第 2 期 No． 2 2 0 0 7 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e＆ Ca b l e 2 0 0 7年 4 月 Ap r． ， 2 0 0 7 国产交联聚乙烯电力电缆击穿故障的评定和分析 蒋佩 南 ( 上海电缆研究所 ， 上海 2 0 0 0 9 3 ) 摘要 ： 本文对 交联聚 乙烯绝缘 电力电缆( 简称交联 电缆 ) 击 穿故 障进行 了评定分析 ， 介绍 了交联 电缆击 穿故 障 率的可靠性统计 ， 指 出电缆输 电系统 中运行 1 O年 左右的电缆其击 穿故障率将明显地增 多， 而系统 中剩余 的电 缆即会很 少击穿 ， 进入一个稳 定期 ， 使 用寿命 可超过 3 O年。文中对 国内生产 的交联 电缆 击穿故障的原 因进行 了较详细分析和讨论 ， 并提 出了一 系列的改进方法和措施。 关键词 ： 交联聚 乙烯 绝缘 电力 电缆 ； 击穿故 障； 可靠性统计 ； 分析与评 定 ； 改进与措施 中图分类号 ： T M 2 4 7 ． 1 文献标 识码 ： A 文章编号 ： 1 6 7 2 ． 6 9 0 1 ( 2 0 0 7 ) 0 2 ． 0 0 0 1 ． 0 6 An a l y s i s a n d As s e s s me nt o f t h e Br e ak d o wn Fa u l t o f Home ma d e XLPE Po we r Cab l e s J NG P e i — n a n ‘ ( S h a n g h a i E l e c t r i c C a b l e R e s e a r c h I n s t i t u t e ， S h ang h a i 2 0 0 0 9 3 ，C H n a ) Ab s t r a c t ：r I 1 I i s p a p e r p r e sen ts t h e a s s e s s me n t and a n a l y s i s o f t h e b rea k d o w n f a u l t o f XL P E p o w e r c abl e s ( h e rea f t e r ref e r r e d t o a s X L P E c abl e s ) ． T h e a u th o r i n t r o d u c e s th e re l i abi l i t y s t a t i s ti c s o f the b re akd o wn f a ult r a t e i n X L P E c abl e s H e poi n ts o u t tha t a f t e r c a 1 0 y e a r s o fser v i c e， the c ab l e s y s t e m wi l l h a v e r e ma r k ab l y g r e a t e r b reakd o wn f a ult r a t e； b u t tho s e c abl e s wi tho u t b reak d o wn wi ll s e l d o m b reakd o wn a f t e r tha t a n d e n t e r a p e r i o d o f s t a b i li t y， ha v i n g a s e r v i c e l i f e e x c e e d i n g 3 0 ye a r s ． Th e a u tho r ma d e a d e tai l e d an aly s i s a n d a s s es s me n t o ft h e f a c t o r s r e s pon s i bl e f o r the b reak d o wn f a ult o f h o me ma d e X IPE po we r c ab l e s ， p resen ti n g a ser i e s o f me tho d s f o r i mp r o v e me n t an d c o u n t e r - me a s u r e s Ke y wo r d s：XL PE powe r c ab l e s ；b reak d o wn f a u l t ；reliab i li t y s tati s tic s ；a n aly s i s and a s s e s s me n t ；i mpr o v e me n t and c o u nt e r c o unt er -meas ur e s 0 引 言 近年来， 随着电力负荷的不断增长， 在人口众多 的大城市中， 空间走廊 日益狭小 ， 不得不采用地下电 力电缆送电， 电缆用量大增 ， 可电缆的击穿故障也大 为增加， 使供 电部 门为 电缆的安全送电增加 了很多 困难和烦恼 。有些电缆用户提到 ： “ 由于电缆市场畅 销 ， 供货商感到有利 可图， 大大地增加 了电缆 的产 量 ， 低价倾销 ， 质量下降， 击穿故障频繁” ， 并还提出 了其它的一些问题。应有关电力使用部门和电缆制 造部门之邀 ， 笔者撰写了本文， 供有关人员的参考。 在我国， 有些 电缆供货商和用户对电缆的击穿 故障率的统计分析还不很熟悉， 用户也不大 向供货 商索取这项统计资料 ， 而在国外， 这是一项非常重要 的质量管理文件 ， 在电缆招标时， 电缆厂必须向用户 提供该项资料， 没有电缆击穿故障率的统计资料 ， 电 缆是卖不出去的 ； 而 电力部 门也进行 了电缆的可靠 收稿 日期 ： 2 0 0 6 ． 1 2 ． 0 5 作者简介 ： 蒋 佩南 ( 1 9 3 2一) ， 男 ， 江 苏丹 阳人 ， 教授 级 高 级 工程 师 ． 作者地址 ： 上 海市民治路 1 5弄 2 5 号 5 0 2室 [ 2 0 0 0 9 3 ] ． 性统计， 并经常对 电缆运行 的寿命进行分析。最近 上海浦东国际机场工程招 标， 需要一大批 中压交联 聚乙烯电力电缆 ( 以下简称交联 电缆) ， 由于 目前电 缆的击穿故障较为频繁 为保证电缆的供货质量， 该 工程项 目指挥部 ， 在标书上明确规定供货商一定要 提供电缆击穿故障率的统计资料。实际上电缆企业 是有这方面的资料的， 电缆击穿故障数量和电缆的 产量都存在企业的电脑档案 中。但国内有些企业把 电缆击穿故障作为内部秘密， 不愿公开， 更不能向媒 体披露。而国外的供货商都欢迎用户来查询本企业 电缆的运行情况 ， 并提供 电缆的运行资料 ， 用以显示 本企业产品质量的可靠性。 约在上世纪 9 0年代初 ， 上海宝钢集团公司有一 根 1 0 k V电缆击 穿， 使一个 重要 的生产工序 停产。 在上海 ， 宝钢是一个质量管理中的标兵企业 ， 这将面 临上级机构的处罚， 为此， 宝钢的老总找到了上海电 缆研究所的有关专业人员 ， 要求对这批电缆进行 了 可靠性统计 。宝钢共有 约 4 0 0 k m的 1 0 k V电缆在 运行 ， 电缆运 行时间 已达 8年 ， 电缆击穿故 障率很 小， 只有 0 ． 0 4个／ 年 一1 0 0 k m， 超过了世界上最先进 的可靠性指标 。为此 ， 该上级机构有一位 同志开玩 笑的说： “ 一个人是不可能不死 的， 但在死 了以后才 维普资讯 2 0 0 7 年第 2 期 No． 2 2 O0 r 7 电 线 电 缆 El e c t r i c Wi r e＆ Ca b l e 2 0 o 7 年i 4月 Ap r ． 。 2 0 0 7 知道他是一个老寿星” ， 说明了对电缆进行可靠性统 计是多么的重要。从可靠性统计 中得知， 电缆运行 到 1 0年左右， 也是击穿故障最多的时候 ， 因此， 目前 在上世纪 9 0年代中大量运行和使用 的电缆确 已到 大量击穿的时候了， 本文将在后面详细说 明这一点 ， 其次 ， 对电缆的生产工艺、 原材料的选用和安装运行 中暴露出来的一些问题加以分析和叙述 。 1 交联电 缆击穿故障率的可靠性统计 、 - ． 早在上世纪 6 0年代初 ， 美 国 2 9家电力公 司于 1 9 6 2年起就联合起来对已大量投运 的聚乙烯 和交 联聚乙烯 中压 电力 电缆进行电缆击穿故 障率 的统 计 ， 从而得 出发展交联 聚乙烯 电缆的结论， 详见表 1 o ：’ 表 1 美国中压 电力 电缆运行击穿故障率的统计 电缆运行中累计数量／ k m 电缆运行中累计击穿故障率， ( 个， 年- ： 1 o o t ) 年份 纸力缆 塑力缆 交联电缆 纸力缆 塑力缆 交联龟 缆 l 9 6 2 3 2 5 9 0 1 ． 1 5 0 0 l l l _ l 9 6 6 3 6 3 3 9 3 5 7 8 7 4 6 1． 2 6 0 1 4 0 ● l 9 7 l 2 6 2 9 7 l 3 o 9 6 — — 0． 4 5 ’ 0． 0 8 l 9 7 5 6靶 l 3 8 5 3 0 — — 0． 9 0． 2 4 l 9 7 8 7 6 9 9 9 7 7 01 7 — — 2． 51 0． 3 6 { r r 从表 1 可知， 铅包纸力缆的击穿故障率 已超过 1 ( 个／ 年 一1 0 0 k m) ， 生产数量也逐年下降 ； 在 1 9 7 1 年 后大量 生产了聚乙烯 ( P E) 和聚氯乙烯 ( P V C ) 塑力 缆 ， 但电缆 的击穿故 障率却 已达 2 ． 5 1 ( 个／ 年 一1 0 0 k m) ， 大大地超过 了铅包纸力缆， 而在 1 9 7 8 年运行数 量已达 7 万 k m以上的交联电缆 ， 电缆的击穿故障率 即可稳定在 0 ． 3 6 左右， 目前这一批电缆仍大量的在 系统中运行 ， 运行寿命 已达 4 0年以上的历史。1 9 9 2 年荷兰 N K F电缆公司来上海交流， 带来了荷兰电力 公司对上世纪 8 0年代欧洲交联电缆的运行的统计 资料 ， 见表 2 。 表 2 欧洲交联电缆运行 中击 穿故障率的统计 年 份 1 9 8 0 1 9 8 1 1 9 8 2 1 9 8 3 l 9 8 4 1 9 8 5 l 9 8 6 电缆运行 中累计击穿故 0． 4 0． 4 0． 4 0． 5 5 0． 5 5 0． 4 0． 4 障率／ ( 个／ 年 一1 0 0 k m) 从表 2可知， 在欧洲早期生产的交联 电缆的可 靠性指标约在 0 ． 4左右， 电缆运行达 t 0年左右时 ， 击穿故障率达到最大 ， 可是和美国的统计数据相比， 欧洲的电缆并不比美国的电缆好多少。欧洲是干法 交联( 氮气为交联媒质 ) 工艺 ， 美国为湿法交联( 蒸汽 为交联媒质) 工艺， 当时在国内曾有些人掀起了要生 产蒸汽交联 电缆的浪潮 ， 直到上世纪 9 0年代末 ， 发 现在消除干法交联电缆 的热应力后 ， 干法交联 电缆 产品的质量就更为可靠 。据北欧有一家公 司统计 ， 该企业的电缆运行累计击穿故率 已达 0 ． 0 3 ； 而从欧 洲各 国提供的资料 中报导均达到 0 ． 2的较高水平。 法国标准 C ． 3 3 ． 2 5 3对 1 5 0～ 5 0 0 k V交联电缆的运行 2 条件下规定 ： “ 电缆 运行 累计击穿故 障率 应不大于 0 ． 2 ” ， 意即如果超过该项指标的企业 ， 就不能生产高 压和超高压交联电缆了。 ． 上海 电缆研究所在上世纪 8 0～9 0年代 中， 也开 展了交联电缆的可靠性研究工作 ， 并进行 了电缆 累 计击穿故障率的统计 。这是 由上海电缆研究所电 线电缆报协助组织 ， 广州 、 上海 、 沈阳、 天津 、 北京 、 西 安 、 成都 、 郑州等八大电业局参加 。另外， 上海 的宝 钢集团和金山石化总厂也参加了这项工作 调查结 果见表 3 。 ‘ 、 从表 3可知， 国产交联电缆的电缆累计击穿故 障率的统计数平均为 O ． 5 ， 当时大 部份电缆都在国 产设备上生产 ， 生产工艺落后， 由于没有 双机 头挤 出， 电缆的屏蔽层是采用包带屏蔽 ， 比：国外刚开始生 产电缆时的工艺装备还要落后。为 了把电缆 的可靠 性统计和国内其它 电工产品相 比较， 国家有关可靠 性机构提 出了电工产品统一可靠性指标 ： “ 如 1 0 0台 电工产品在规定时间内有 5台击穿， 则失效率为 F = 5 ％， 可靠性 =1 一F=9 5 ％” ， 可是电缆为一连 续长度 ， 一般取每盘 电缆长为 0 ． 5 k m作 一段 ， 相 当电工产 品的单台数， 如电缆运行 3 0年丽不击穿时 的可靠性 R趋近 1 时 ， 而国产电缆的击穿故障率的 统计数平均为 0 ． 5个／ 年 一1 0 0 k m， 则 3 0年中电缆击 穿一次的统计长度为 ： 1 0 0 ／ 3 00． 5=6． 6 7 k m v 式 中， 1 0 0为 1 0 0 k m电缆 ， 3 0为规定的 3 O年 c I ． 5为 国产电缆击穿故障率 0 ． 5个／ 年 1 0 0 k m， 则 3 0年内 电缆不击穿的可靠性为 ： 维普资讯 2 0 0 7年第 2期 No． 2 2 0 07 电 线 电 缆 El e c t r i c Wi r e＆ Ca bl e 2 0 0 7年 4月 Ap r ．， 2 0 0 7 R=1 一F=1 — 0 ． 5 ／ 6 ． 6 7 =9 2 ． 5 ％ 。 穿 的可靠性 指标 R值 的关 系列 于表 4 。 故可将击穿故障率( 失效率) 与对应的 3 0年内不击 表 3 国内交联电缆运行中击穿故障率的统计 电缆 累计击穿故 障率 1 9 8 5 ～1 9 8 9焦 1 9 9 0年 1 9 9 1 年 说明 ， ( 个， 年 一1 0 0 k m) 1 0 k v： 电缆累计长度／ k m 5 7 2 8 6 4 1 2 1 5 宝钢电缆为 4 0 O k m， 累计击穿次数 ， 次 1 7 2 2 2 2 0 ． 5 8 占统计总数 的 3 3％ 附件击穿次数， 次 2 2 3 3 3 9 3 5 k V： 电缆累计长度／ k m 3 9 7 4 5 6 4 8 4 金山石化 电缆为 3 0 0 k m， 累计击穿次数， 次 9 9 9 0 ． 4 2 占 统计总数的 6 2 ％ 附件击穿次数 ， 次 l 3 1 6 3 1 1 1 0 k V： 电缆 累计长度／ k m 1 O 9 1 4 1 1 8 2 上海电力局 的 1 1 0 k V 累计击穿次数， 次 0 0 0 0 电缆因统计数未 附件击穿次数， 次 0 2 3 最后核 实故未列入 表 4 击 穿故 障率与 足值 的关 系 电缆击穿故障率／ ( 个／ 年 一1 0 0 k m ) 0 0 ． 2 0 ． 5 l 5 R值 1 0 ． 9 7 0 ． 9 2 5 0 ． 8 5 0 ． 2 5 注 ： R值 为 3 0年 内 电缆 不 击 穿 的 司靠 性 指 标值 。 因此， 利用表 4即可将两种不同的指标进行换 算。我 国各种 电工产品由于采用了统一的可靠性指 标 尺后， 就 可作相互 比较。虽然 电缆有长有短， 电 缆盘有 大有小 ， 关 系也不很 大 ， 因各 种 电工产 品也 不 可能是规格完全一致 的， 也是有大有小 的。但在世 界各国的电缆行业则广泛使用电缆的击穿故障率这 项 指标 ， 这一个 指标 是很有 效 的。 2 交联 电缆 在 出厂试 验 中击 穿原 因 的分 析 和讨论 交联电缆的出厂试验中有两项重要的电性能试 验指 标 ： 电缆 的 局部 放 电试 验 和 电压 试 验 。局 部 放 电试验是无损检测， 如该项指标不合格 ， 就表示一个 企业在生产工艺或原材料使用 中存在一定 的缺 陷 了 ； 如果有一 盘 电缆在 电压试 验 中击穿 ， 这时 企业 就 必须 重视生 产质量 问题 了 ， 工 厂 一 定要 在 找 出原 因 后， 该批电缆才能出厂。可是 目前市场 中的低价竞 争非常激烈， 工厂往往等不及找出该生产批电缆缺 陷的原 因 ， 如 果就 按照 国标 规 定 ： “ 通 过 电压试 验 的 电缆是合格品” ， 匆忙出厂 了， 这样 的电缆在运行 中 发生电缆故障击穿的可能性就大为增加了。根据 目 前国内的生产情况 ， 对通不过出厂试验的原 因作如 下 分析 。 2 ． 1 国产 的 绝 缘 料 还 不 适 用 于 3 5 k V 电 缆 的 生 产 【 3 】 主要 原 因如下 ： ( 1 ) 基料供应不统一。 我 国绝缘基料 的供应 点有上海石化， 燕山和大庆等多种供应渠道 ， 基料的 分子量分布范围很广， 制成绝缘料后 ， 各 电缆厂一般 均用同一的挤出工艺生产 ， 造成电缆绝缘塑化不透 现象 ， 从而使 电缆的局部放电指标不合格 ， 今年夏天 就有一家电缆料厂发生过这种错误 ， 造成 了好 几家 电缆厂 的产 品通不 过 出厂试 验 。在 欧 洲各 国 1 0 k V 交联电缆局放电试验值均在 3 p C及以下， 甚至可达 1 p C 及 以下 ， 而 国产 电缆 的水平则 相差 较大 。 ( 2 )国产 的绝缘基料均采用小纸盒包装， 容易 受到污染， 从而使国产交联料的杂质指标偏高； 而国 外均采用槽车和管道输送 ， 基料不见阳光 ， 并用清洁 的气体填充。 ( 3 )国产的绝缘料中的抗氧剂均采用 3 0 0#抗 氧剂 ， 因其熔 点高达 1 6 5 ℃， 且 容易 从绝缘 料 中析 出； 电缆挤出温度 比抗氧剂熔点低 ， 在挤出工艺中抗 氧剂起不到抗氧化作用 ， 容易产生预交联 和焦烧现 象， 同时， 电缆绝缘经交联后 ， 抗氧剂开始熔化分解 ， 形成 了绝缘空隙， 因此 ， 电缆在运行 中容易击穿。 综上所述， 国产交联绝缘料用于 3 5 k V电缆 的 生产是不适当的。最 近上海机场工程招标时， 就规 定 ： “ 3 5 k V交联 电缆 应 采用 进 口料 生 产 ， 出 厂 时的 局部放电指标要求高 于国家标准要求， 达到产品优 等标准( ≤5 p C ) ” ， 当然产品是优质优价 ， 这才能保 证 重大 工程 的安全 。 2 ． 2 国产 的其它 电缆料 中 的问题 电缆除了采用绝缘材料之外 ， 尚采用其他材料 ， 例如半导电材料和护套材料等， 如果半导 电料厂采 用了价格便宜的炭黑 ， 使外半导电料 电阻率太高， 比 3 维普资讯 2 0 0 7年第 2 期 No． 2 2 0 0 7 电 线 电 缆 El e c t ile Wi r e＆ Ca bl e 2 0 0 7年 4 月 Ap r ． ， 2 0 0 7 电缆屏蔽层电阻率 ( 规定值 5 0 0 Q m) 高 出很多倍， 这就起不到半导 电屏蔽作用了， 电缆 的局部放 电会 成倍增加 ， 电缆的出厂试验也不合格了。前年浙江 有一个电缆公司有 5 0 k m 1 0 k V电缆需要报损， 产值 达 1 0 0 万元， 经专家们讨论后 ， 由半导电缆料厂和电 缆厂共同协商解决后， 保证 了电缆在运行中的可靠 性 。今年上半年， 有一个电缆厂在国外招标时中标 ， 由于价格过低， 为保证不 亏损 ， 采 用 了自制的劣质 P V C护套料 ， 在护套料中加了很多填充， 用以降低成 本 ， 电缆在敷设时， 护套大量开裂 ， 幸而发现得较早 ， 及时地将大量尚未敷设 的电缆更换后 ， 这样才保证 出口产品的声誉 。 2 ． 3 生产工 艺和工 艺装 备问题 国产交联生产线的温度控制不精确 ， 主机压力 不够 ， 绝缘料塑化不 良； 绝缘料中有很多未塑化好的 小颗粒集聚在滤 网中， 甚至使滤网破裂 ， 造成一些金 属碎片混入 电缆绝缘中， 电缆在出厂试验 中无疑要 击穿 ； 有些厂就将滤网拆除， 绝缘料中的杂质不经过 过滤 ， 混入电缆绝缘 中， 电缆局放指标大为增加 ； 另 外， 还有生产中不及时清理机头 ， 使内半导电层上含 有很多焦烧粒子 ； 有一些电缆厂甚至对 内半 导电料 也不干燥或导体 内进水等都会使电缆的局部放电水 平下降。如果这些 电缆出厂后， 都会造成电缆在运 行中击穿。为此这 次上海机场招标时提出 ： “ 生产 3 5 k V交联 电缆时 ， 应采用进 口设备， 三层共挤挤 出 装置” ， 以便充分保证电缆的质量。 3 电缆在直流竣 工试验 中击穿H 在上一个世纪末 ， 人们对电缆绝缘内的热应力有 一 定的认识 ， 由于交联绝缘的热膨胀要比铜导体大 2 0 倍左右， 如果 电缆的交联温度太高和生产速度过快 时， 在绝缘内就要形成热应力， 在电缆弯曲时， 电缆绝 缘在机械力作用下会发生应力开裂和分层 ， 并在直流 电压下吸收空间电荷， 会造成电缆绝缘在很低的直流 电压下击穿。早年沈阳电缆厂向首钢提供的 9根 1 1 0 k V交联电缆中， 其中有一根电缆在竣工试验时， 在较 低的直流电压下击穿。除因电缆热应力外 ， 电缆弯曲 过甚造成了机械损伤， 这也是原因之一。首钢在上述 1 1 0 k V交联电缆竣工试验中击穿后， 加装了一只连接 盒， 投运不久后电缆和连接盒界面接合处发生击穿。 这种界面击穿现象还曾发生在武汉和上海供电局的 1 1 0 k V电缆连接盒上( 在包带应力锥和电缆界面上) ， 其主要原因可归咎于电缆内的热应力。电缆在运行 中因热应力收缩变形， 在应力锥和电缆界面上产生很 大的裂缝， 结构性能再好的界面或其粘接力再高， 也 有可能会拉开。因此， 除应增加电缆连接盒的界面接 触性能外， 还应消除电缆 的热应力， 这是最为重要的 条件。现在我 国各电缆厂在高压电缆的生产中均采 用消除热应力的措施， 对于中压电缆应在交联工艺中 注意温度不能过高， 速度不能过快， 同时供 电部 门也 要注意电缆安装时电缆不能弯曲过甚， 其次， 对高压 电缆可采用一些新的竣工试验方法， 如变频试验装置 等新的试验设备。 4 电缆在运行中击穿 电缆在 出厂试验 中如发现问题 ， 应努力找到产 生问题的原因， 并加以改进 ， 否则 ， 如将这批 电缆大 量投入运行 ， 电缆就会在运行中击穿 ， 特别是当电缆 存在内半导电料表面的焦烧、 尖角等屏蔽不 良现象 ， 电缆可能会在运行 中几天之 内击穿 ， 因为这些 电缆 在出厂时的电压试验和竣工试验中都已受到了不同 程度的损伤 ， 电缆就容易在运行 中击穿。最近较多 的 3 5 k V电缆在运行 中击 穿 ， 与是否执行 电缆新国 标有一定关系。新 国标规定 ： “ 3 5 k V电缆在出厂试 验时 可 选 用 2 ． 5 U n ，3 0 m i n ， 也 可 选 用 3 ． 5 U 。 ， 5 m i n ” ， 电缆厂都欢迎选用时间短的试验方法 ， 这样 试验的周转期较短 ， 电缆有可能在较高电压试验 中 受到一定的损伤 ， 如果 电缆厂的生产技术水平和产 品质量较高时， 对电缆影响不大， 如果电缆产品质量 本来就不太好 ， 再加上电缆可能已受到损伤 ， 这就有 可能在运行中发生较早 的击穿。因此 ， 在上海机场 招标时 ， 就明确要求 ： “ 对 3 5 k V交联 电缆应选用电 压较低、 时间较长的 3 0 m i n电压试验” 。现将 电缆 运行中的一些典型的击穿事故介绍如下。 4 ． 1 3 5 k V交联 电缆放 出大 量气体 前几年 ， 上钢三厂购买 了一大批 3 5 k V电缆， 共 约 2 8 ～3 0盘， 运到工地后 ， 发现电缆 中放 出大量可 燃性气体 ， 后将 电缆退 回生产厂处理。电缆厂将电 缆放置于烘房内加热和抽真空 ， 完全将 电缆 内气体 排空 ， 然后将电缆安装并投运 ， 约 l 5天左右 电缆绝 缘发生击穿。因为中压电缆内含有少量气体对电缆 影响不大， 这些气体的电介常数较高 ， 填充在电缆绝 缘的微空 中反而增强了电缆 的绝缘强度 ， 如将 电缆 进行抽真空处理 ， 在电缆的微空 中形成负压 ， 电缆会 在较低的电压下击穿。在高压电缆中如果存在这种 气体， 当然对电缆绝缘也是有利的， 但如果这些气体 流动到电缆封蔽终端和电缆外终端中去 ， 这些终端 就有可能击穿。高压电缆可适 当加热去气 ， 但决不 能 进行真 空处理 。 4 ． 2 3 5 k V大截面电缆安装投运后在几天内击穿 维普资讯 2 0 0 7年第 2 期 No． 2 2 0o 7 电 线 电 缆 El e c t ric Wi r e& Ca bl e 2 0 0 7年 4月 Ap r ． ， 2 0 0 7 这类型的击穿故障近年来几乎年年都有 ， 今年 上半年广钢的一个分公司的 3 0 0 m l l 1 2 Y J V型 3 5 k V 大截面电缆在投运不久就击穿了。因这种型式的电 缆在机械上有一个很薄弱的环节 ， 电缆较重 ， 外面又 没有铠装层保护， 在电缆敷设时要特别小心 ， 如果在 敷设时电缆外护套损坏， 电缆铜带就会断裂 ， 电缆投 运后就会在几天之内击穿。因为我国电网的接地系 统是消弧线圈接地 系统 ， 铜带 一端 接地， 另 一端绝 缘。如铜带断裂后， 在铜带断裂处 ， 铜带间就产生较 高的电位差 ， 形成铜带的尖端放电， 灼热了外半导电 层 ， 外半导电层温度升高 ， 电阻率加大， 外半导电层 就起不到半导电的作用 了， 铜带会继续放电 ， 使电缆 绝缘的温度逐渐升高 ， 最终导致电缆的热击穿。 4 ． 3电缆 在并 联运行 中击穿 有一些大型企业， 需用 8 0 0 m l l 1 2 及以上大截面电 缆， 而有些电缆生产厂又不能生产大截面分割导体电 缆， 就建议采用两根 4 0 0 m 电缆并联运行 ， 电缆运 行若干年后， 如其 中有一根 电缆和母线 压接处松动 时， 接触电阻稍微增加了很少的一点( 如 0 ． 1 Q) ， 而电 缆的导体电阻只有 0 ． 0 4 7 Q， 稍为松动的一根电缆上 的电流大部分都流到另一根电缆上去了， 另一根电缆 将造成发热和击穿。在国内这种击穿的例子是很多 的。有一次我们曾到深圳月亮弯电厂进行调查， 该厂 在母线上挂了 6根 1 0 k V 5 0 0 m 电缆 ， 即有 6根电 缆并联运行， 但这种并联运行方式还是可靠 的， 如果 万一有一根电缆和母线的接触出现松动， 其它 5根电 缆内的负荷增加并不大， 电缆还是可 以安 全运行 的。 当然电缆在运行时也要加强监督， 以防意外的事故发 生。所以电缆 的并联运行要看具体情况进行分析。 还有很多种电缆发热击穿的例子， 如多回电缆安装在 一 个通风不好的电缆沟内而发生电缆的热击穿； 还有 一 种单芯钢丝铠装电缆， 钢丝铠装中有隔磁装置， 如 采用额定载流量送 电时， 经常发生电缆热击穿， 上海 电缆研究所曾进行过试验研究， 其载流量只有额定载 流量的6 o ％， 如果加到电缆的额定载流量 ， 电缆就会 发生热击穿。这一个信息还没有正式披露过 ， 有些人 还不知道这 个情况 。 5 交 联 电缆 在 长 期 运 行 中 的 水 树 老 化 击 】 交联电缆有着长期 的运行寿命， 但如用户使用 不当或制造厂生产工艺不 良， 电缆会在长期运行 中 产生水树 ， 最后引发电树使电缆过早的击穿 ， 金 山石 化共有 5 0 0 k m的3 5 k V电缆在运行 ， 电缆运行 3— 5 年后产生水树 ， 7 1 0年间电缆大量击穿 ， 现将其击 穿机理分析如下 。 5 ． 1 水树 的产 生 由于电缆 直埋于水位较高的沿海地区， 从国内 外文献介绍可知 ： 在电场作用下 ， 水分会从低电场沿 电场方向最高的高电场迁移 ， 水分迁移 的速度 和电 场强度和水中离子含量有关 ， 水分在绝缘的微孔 中 凝结形成充水微孔 ， 在 电场作用下 ， 在充水微孔中形 成局部放电的树状痕迹 ， 简称水树。从金山石化送 检的电缆样品中， 电缆均巳长满了水树枝 ， 但内外半 导电层附近并未发现电树击穿痕迹 ， 如果导体 温度 较高时， 水分会从导体 内向外扩散 ， 从而减缓 电缆的 吸水过程， 但金 山石化电缆 的载流量仅为额定值 的 1 ／ 3 ， 导体温度也达不到额定温度 ( 9 0 ℃) ， 只有 4 6 1 3 左右 ， 更有助于水树的形成。 5 ． 2 水树 老化直 至 引发 电树 击 穿 绝缘充水微孔在电场作用下产生应力开裂和氧 化降解 ， 破坏了绝缘结构 ， 又称水树老化。电缆运行 到 1 0年左右， 水树老化后， 水树密度增加 ， 绝缘强度 明显下降 ， 电缆 的介质损耗升高 ， 直流泄漏 电流上 升， 但这时电缆并不一定就会击穿 ， 从 国内外有关 文献介绍 ， 水树密度达到了饱和程度后， 绝缘击穿强 度仍有 1 5 k V ／ m m， 对产品质量好 的电缆， 也不一定 会引发电树 ， 电缆只有在引发电树后才能击穿 ， 如导 体屏蔽不 良产生的尖角 、 露铜、 半导电层中的预交联 凸出物 、 绝缘中的杂质颗粒等均可引发电树 ， 造成电 缆击穿通道 ， 使 电缆在运行 中击穿。据荷兰电力公 司统计 ， 约有 2 3 ％的 1 0—3 0 k V直埋交联电缆， 在运 行 1 0年左右后， 电缆 中引发了大量 电树 ， 使 电缆击 穿 和更换 。 5 ． 3 电缆的预期寿命 大量电缆击穿后 ， 供电可靠性大为降低， 运行部 门甚至要考虑到是否要将所有的电缆全部更换 。从 国外对 1 0 3 0 k V电缆水树击穿统计证明水树老化 后 ， 电缆绝缘水平下降了约 1 ／ 3左右 ， 电缆在生产中 的一些缺点就完全暴露出来了 ， 这些有潜在缺陷的 电缆击穿更换后 ， 在剩余电缆 中已不存在缺陷 ， 电缆 的运行就比较稳定了， 荷兰电力公司在 1 0年左右电 缆大量击穿后( 已于上述) ， 剩余的电缆就很少击穿 了， 剩余电缆将会有一段 电缆运行稳定期。电缆运 行寿命是可以超过 3 0年的， 如美国的电缆已经有 4 o 年以上的运行历史 了。 6 结束语 ( 1 )今后电缆招标时， 我们不能只看价格便宜 ， ( 下转第 l 2页 J 5 维普资讯 2 0 0 7年第 2期 No． 2 2 0 o 7 电 线 电 缆 El e c t r i e Wi r e＆ Ca b l e 2 0 0 7年 4月 Ap r ． ， 2 0 0 7 要严格按 工艺要 求节距 进行绞 对生 产 ； 另 一方面 ， 应 经常测试绞对线的实际节距 ， 一旦发现节距波动过 大时应及时处理 。需要注意的是 ： 对于高频 电缆而 言， 不仅要注意节距 的平均值 ， 还 要注 意节距 的波 动。对于超五类 以上的电缆 ， 其节距波动应尽量控 制在 1 ％以内。 ( 6 ) 对于退扭式绞对而言 ， 还应控制生产的速 度。速度过快会影响单线的退扭效果 ， 从而影响阻 抗的均匀性， 最终也导致远端串音的增加。 2 ． 3 ． 4 成缆 工序 ( 1 ) 严格控制成缆节距的波动， 尤其是使用不 退扭式成缆机成缆时。通过分析可知 ， 不退扭式成 缆对线对节距起着加扭或“ 减扭” 作用而引起节距的 变化 ， 其波动量与成缆节距的波动量成正比。如对 于超五类数据缆而言 ， 节距波动的控制范围应控制 在 5 m m。 ( 2 ) 严格控制 四对线 的放线张力及其均匀性。 当张力相差过大 时会影响缆芯的对称性 ， 从而影响 串音指标。 ( 3 )对于通过电气控制来设定成缆节距的成缆 机来说， 还应注意成缆节距在机器启、 停时可能出现 的不均匀变化 。 2 ． 3 ． 5 护套挤 制 工序 ( 1 )严格控制放线张力及其波动范围。 ( 2 )最好采用 自动对 中式放线架 ， 以减小对缆 芯结构的破坏。 ( 3 )护套应松 紧合适 ， 过松或过紧均可 能破坏 缆芯结构 ， 引起串音的增加。 3 结束语 综上所述 ， 对绞 电缆的串音不仅与电缆结构密 切相关 ， 而且还与电缆结构的均匀性有关 。因此， 我 们在注重电缆结构设计 的同时， 还应高度重视制造 工艺的控制， 这样才能制造出高质量的对绞电缆。 参 考 文 献 i [ 1 ] 代康 、 周凤岐 ． 对绞 电缆 高频串音特性 的评 价及工 艺控制 [ J ] ． 成 缆信息 ． 1 9 9 6 ， ( 1 ) ： 2 ． 2 5 ． [ 2 ] 邮电部基本建设局． 高频对称电缆平衡[ M] ． 北京 ： 人民邮电出 版社 ， 1 9 7 6 ． [ 3 ] 王春江 ． 电线电缆手册( 第 2版) [ M] ． 北京 ： 机械 工业出版社 ， 2 o o1 ． [ 4 ] 丁丽娟 ． 数值计算方法[ M] ． 北京 ： 北京理工大 学出版社 ， 1 9 9 7 ． [ 5 ] 郑 玉东 ． 通信 电缆[ M] ． 北京 ： 机械工业出版社 ， 1 9 8 5 ． [ 6 ] 万家华 ， 彭开华 ， 肖志军 ．浅议 局域 网六类数据 对称通信 电缆 [ J ] ．电线电缆， 2 0 O 4 ， ( 5 ) ： 3 - 6 ． [ 7 ] 张金环 ， 孟庆林 ． 信息高 速公路最后 一公里接入 网用铜 缆[ J ] ． 电线 电缆 ， 2 0 0 5 ， ( 6 ) ： 2 3 ． 2 7． 1 上 接 第 5页 ) 要重视电缆企业的生产技术水平 ， 在质保体系中， 一 定要企业提供 电缆击穿故障率的可靠性统计资料。 ( 2 )电缆厂在电缆生产中如发现有产品或工艺 缺陷时， 首先要找到存在有关缺陷的原因， 提出改进 的措施后， 电缆才能出厂， 不 能为 了企业盈利， 匆忙 把产品推出去 ， 最终将造成不可挽 回的损失。在 3 5 k v中压电缆招标时最好采用进 口的设备和进 口的 原材料， 产品质量才有保证 ， 在重大工程造标时， 可 参照上海浦东机场的招标技术要求。 ( 3 )为了使 电缆能安全通 过直流竣工试验 ， 电 缆在加工时要注意内外半导 电层的屏蔽质量 ， 不能 有焦烧、 尖角和屏蔽不 良等问题发生 ， 特别要注意在 交联工艺中温度不能过高， 速度不能太快， 不能在电 缆绝缘中留有过大的热应力。在电缆安装敷设中要 注意电缆拉力不能太大， 弯曲不能过甚 。对高压电 缆最好采用变频电压试验代替直流电压试验 。 ( 4 )电缆运行时 ， 在运行监督中不要对运行中 的电缆进行直流耐压试验， 要重视 电缆击穿故障率 的可靠性统计， 积累运行资料 ， 提高电缆运行寿命。 1 2 ( 5 )在我国， 大量交联 电缆的运行已