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1 交聯(lián)電纜絕緣的短時(shí)和瞬間擊穿
交聯(lián)電纜運(yùn)行后如發(fā)生短時(shí)擊穿，據(jù)國(guó)外文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)：主要是由于絕緣內(nèi)存在著較大的雜質(zhì)和內(nèi)外屏蔽不良等所引起，已于上述：
存在上述工藝和材料缺陷的電纜可在幾天內(nèi)，或幾個(gè)月內(nèi)甚至超過(guò)一年的時(shí)間內(nèi)引發(fā)電樹(shù)擊穿，但有些電纜在很低的直流竣工試驗(yàn)中就擊穿了，對(duì)高壓電纜為3U0-15分鐘、低壓電纜為4U0-15分鐘。在上世紀(jì)90年代末，首鋼安裝的9根110kV交聯(lián)電纜中，其中有一根電纜在竣工試驗(yàn)時(shí)，在較低的直流電壓下?lián)舸�。該電纜采用進(jìn)口超凈電纜料，在引進(jìn)的生產(chǎn)線上生產(chǎn)（當(dāng)時(shí)為國(guó)內(nèi)最好的生產(chǎn)線），電纜已通過(guò)規(guī)定的沖擊和工頻型式試驗(yàn)，可用上述熱應(yīng)力現(xiàn)象來(lái)解釋。首鋼在敷設(shè)安裝電纜時(shí)是否拉力過(guò)大，彎曲過(guò)甚造成了機(jī)械損傷，這也可能是熱應(yīng)力機(jī)械應(yīng)力兩者兼而有之。首鋼在上述110kV交聯(lián)電纜竣工試驗(yàn)中擊穿后，加裝了一只連接盒，投運(yùn)后不久電纜和連接盒界面接合處擊穿，這種界面擊穿還發(fā)生在武漢供電局進(jìn)口ABB的110kV電纜和Kabedon的連接盒上，前些年上海供電局的110kV電纜連接盒發(fā)生了兩次界面擊穿（在包帶絕緣和連接盒反應(yīng)力錐界面上），合肥供電局的35kV電纜和連接盒上也因電纜收縮和連接盒反應(yīng)力錐分開(kāi)造成絕緣擊穿，其主要原因可歸咎于電纜內(nèi)的熱應(yīng)力。電纜在運(yùn)行中因熱應(yīng)力收縮變形，在界面產(chǎn)生很大的裂縫，結(jié)構(gòu)性能再好的界面和粘接力再高也有可能拉開(kāi)，除應(yīng)增加電纜和連接盒的界面接觸性能外，還應(yīng)消除電纜的熱應(yīng)力，這是最為重要的條件。甚至10kV電纜上也發(fā)生過(guò)這種情況，上海東方明珠電視塔上的10kV電纜包括備用電纜全在直流竣工試驗(yàn)中擊穿了，這也可能因安裝場(chǎng)地過(guò)小，電纜彎曲過(guò)甚產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力造成的。文獻(xiàn)指出交聯(lián)絕緣是一種半結(jié)晶，無(wú)定形絕緣的片狀交叉結(jié)構(gòu)，晶片厚約10-3微米，可用高倍電鏡觀測(cè)：如果結(jié)晶態(tài)增加，可使其密度高達(dá)1g/cm3，有著很高的介電性能。晶體和無(wú)定形界面緊密地結(jié)合在一起，由于熱或機(jī)械應(yīng)力，在晶體本身或晶體與無(wú)定形界面可以在直流電壓下集聚空間電荷。最后在極性變化或反轉(zhuǎn)時(shí)，電纜絕緣會(huì)在很低的直流電壓下?lián)舸�。如果電纜處于運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行溫度可使界面部分愈合，部分地消除了熱和機(jī)械應(yīng)力，從而提高了擊穿強(qiáng)度。但如存在著上述的工藝缺陷，電纜仍會(huì)引發(fā)電樹(shù)枝使電纜絕緣擊穿。近年來(lái)220kV電纜在研制過(guò)程中，曾多次發(fā)生擊穿，共有4家電纜廠在研制過(guò)程中將絕緣厚約26～27mm的電纜研究品，在沖擊電壓僅850～1050kV間電纜就擊穿了。經(jīng)解剖檢驗(yàn)，主要是交聯(lián)工藝有問(wèn)題，交聯(lián)溫度過(guò)高，時(shí)間太快，在絕緣內(nèi)產(chǎn)生了熱應(yīng)力。其中個(gè)別有一家廠還有因電纜結(jié)構(gòu)不圓整，造成沖擊水平的下降。為此，電纜的短時(shí)擊穿則應(yīng)歸咎于電纜絕緣中的雜質(zhì)和生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的內(nèi)外半導(dǎo)電屏蔽不良等重大工藝缺陷，最終引發(fā)電樹(shù)使電纜絕緣擊穿。而電纜的瞬時(shí)擊穿往往是由于電纜工藝和安裝中產(chǎn)生的熱和機(jī)械應(yīng)力，有熱和機(jī)械應(yīng)力的電纜，往往和電纜的彎曲有直接的影響，現(xiàn)將安裝電纜的彎曲倍數(shù)列于表1為安裝用的電纜彎曲半徑為日本四大公司采用。電纜安裝時(shí)，最好不要超過(guò)表1的規(guī)定。

表1

2 交聯(lián)電纜在長(zhǎng)期運(yùn)行中擊穿

交聯(lián)電纜有著長(zhǎng)期的運(yùn)行壽命，但如果用戶使用和選用不當(dāng)或制造廠生產(chǎn)工藝不良，電纜會(huì)在長(zhǎng)期運(yùn)行中產(chǎn)生水樹(shù)，最后引發(fā)電樹(shù)使電纜過(guò)早的擊穿，我國(guó)的一些大型企業(yè)如上海的寶鋼，金山石化和南京的楊子石化等，都有好幾百公里的電纜在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行。以金山石化為例：其35kV電纜網(wǎng)中有500km電纜在運(yùn)行，上世紀(jì)80年代處選用蒸汽交聯(lián)電纜，在1985年后選用干法交聯(lián)電纜，電纜運(yùn)行3～5年后產(chǎn)生水樹(shù)，7～10年間電纜大量擊穿，電纜擊穿后已進(jìn)行更換了。新安裝的電纜使用約10年左右又有擊穿，對(duì)系統(tǒng)的安全送電產(chǎn)生很大的威脅。由于金山石化的運(yùn)行條件很差，電纜敷設(shè)于東海之濱，地下水位較高，水中含有很多的鹽類導(dǎo)電物質(zhì)和硫化物，電纜埋設(shè)于土壤中，電纜載流量為額定值的1/3，這種運(yùn)行條件是很容易引發(fā)水樹(shù)的，最終引發(fā)電樹(shù)擊穿，現(xiàn)將其擊穿機(jī)理分析如下：

1) 水樹(shù)的產(chǎn)生

由于電纜直埋于水位較高的沿海地區(qū)，又未采用阻水電纜結(jié)構(gòu)，從大量的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)介紹可知：在電場(chǎng)作用下，水分會(huì)從低電場(chǎng)沿電場(chǎng)方向向最高的高電場(chǎng)遷移，水分遷移的速度和電解電泳力（即馬克思威爾力）有關(guān)，而電解電泳力又和電場(chǎng)強(qiáng)度和水中離子含量有關(guān)，水分在絕緣的微孔中凝結(jié)成充水微孔，在電場(chǎng)作用下，在充水微孔中形成局部放電的樹(shù)狀痕跡，簡(jiǎn)稱水樹(shù)。金山石化的35kV電纜和現(xiàn)場(chǎng)情況就完全符合形成水樹(shù)的條件，直埋電纜會(huì)在3～5年內(nèi)形成水樹(shù)，在十多年前從金山石化運(yùn)行電纜的樣品中就已發(fā)現(xiàn)了水樹(shù)和硫化樹(shù)等電化學(xué)樹(shù)枝，從送檢的樣品中，電纜運(yùn)行已超過(guò)10年，三根電纜中均已長(zhǎng)滿了水樹(shù)枝，但內(nèi)外半導(dǎo)電層附近并未發(fā)現(xiàn)電樹(shù)擊穿痕跡，還應(yīng)進(jìn)行大量的樣品檢驗(yàn)才能找到。同時(shí)導(dǎo)體溫度較高時(shí)，水分會(huì)從導(dǎo)體內(nèi)向外擴(kuò)散，從而減緩電纜的吸水過(guò)程，但金山石化電纜的載流量?jī)H為額定值的1/3，導(dǎo)體溫度也達(dá)不到額定溫度(90℃)只有46℃左右，更有助于水樹(shù)的形成。
2) 水樹(shù)老化直至引發(fā)電樹(shù)擊穿：
絕緣充水微孔在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生應(yīng)力開(kāi)裂和氧化降解，破壞了絕緣結(jié)構(gòu)，又稱水樹(shù)老化。電纜運(yùn)行到7～10年左右，水樹(shù)老化后，水樹(shù)密度增加，絕緣強(qiáng)度明顯下降，電纜的介質(zhì)損耗升高，直流泄漏電流上升，tgδ上升到0.01～0.05，用直流疊加法(20V)測(cè)量，直流泄漏電流為0.1～0.3微安，但這時(shí)電纜并不一定就會(huì)擊穿，從國(guó)內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)介紹：水樹(shù)密度達(dá)到了飽和程度后，絕緣擊穿強(qiáng)度仍有15kV/mm，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量好的電纜，也不一定會(huì)引發(fā)電樹(shù)，電纜只有在引發(fā)電樹(shù)后才能擊穿，如導(dǎo)電屏蔽不良產(chǎn)生的尖角、露銅、半導(dǎo)電層中的予交聯(lián)凸出物、絕緣中的雜質(zhì)顆粒、交聯(lián)工藝不良產(chǎn)生的熱應(yīng)力開(kāi)裂以及由于彎曲等產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力開(kāi)裂等等均可引發(fā)電樹(shù)，造成電纜擊穿通道，使電纜在運(yùn)行中擊穿。據(jù)荷蘭電力公司統(tǒng)計(jì)；約有23%的10～30kV直埋XLPE電纜，在運(yùn)行10年左右在電纜中引發(fā)了大量電樹(shù)，使電纜擊穿和更換了。而我國(guó)金山石化的電纜，由于最初采用了一些蒸汽交聯(lián)電纜，已更換了長(zhǎng)度約40%的電纜。這說(shuō)明國(guó)產(chǎn)電纜的技術(shù)水平和電纜運(yùn)行條件均不很理想。

3) 電纜預(yù)期壽命：

大量電纜擊穿后，供電可靠性大為降低，運(yùn)行部門甚至考慮到是否要將所有的電纜全部更換。從國(guó)外對(duì)10～30kV電纜水樹(shù)擊穿統(tǒng)計(jì)證明水樹(shù)老化后，電纜絕緣水平下降了1/3左右，電纜在生產(chǎn)中的一些缺點(diǎn)就完全暴露出來(lái)了，這些有潛在缺陷的電纜和附件在擊穿更換后，電纜的運(yùn)行就比較穩(wěn)定了，荷蘭電力公司在10年左右電纜大量擊穿后（已于上述），剩余的電纜就很少擊穿了，剩余電纜將會(huì)有一段電纜運(yùn)行穩(wěn)定期。我國(guó)金山石化電纜的運(yùn)行條件和荷蘭差不多，電纜總的運(yùn)行壽命也在20～30年左右。工藝質(zhì)量好的電纜運(yùn)行壽命是可以超過(guò)30年的。

3 近些年來(lái)發(fā)生的電纜絕緣擊穿

國(guó)產(chǎn)電纜的擊穿除上述兩種因素外，近些年還發(fā)生了下列幾種形式的電纜擊穿：

1) 電纜的并聯(lián)運(yùn)行方式，引起了電纜擊穿。在十幾年前就曾在南鋼發(fā)現(xiàn)，在國(guó)內(nèi)已有十多例這種事故。因焊接件松動(dòng)使一相電纜的電阻大大增加，造成電纜載流量分配不均勻，使電纜發(fā)熱擊穿。但對(duì)于多回路電纜的并聯(lián)運(yùn)行，也是可以考慮的，深圳月亮彎電廠的10kV電纜導(dǎo)體截面為3000mm2采用6根電纜并聯(lián)運(yùn)行，并對(duì)每根電纜裝有控制系統(tǒng)，電纜載流量設(shè)計(jì)為額定值的80%，也是可以安全運(yùn)行的。
2) 電纜系統(tǒng)接錯(cuò)，將最先進(jìn)的小電阻接地系統(tǒng)，加接消弧線圈，造成系統(tǒng)過(guò)電壓，使電纜擊穿，如寶鋼在上世紀(jì)90年代初軋鋼車間發(fā)生的一次10kV電纜故障，又如濟(jì)南水泥廠的10kV電纜，將銅帶接到絕緣變壓器的中點(diǎn)，銅帶電位提高而使電纜擊穿。
3) 電纜放出一些可燃?xì)怏w后，將電纜退回生產(chǎn)廠抽真空加熱后，造成電纜微孔內(nèi)負(fù)壓，使上鋼二廠總長(zhǎng)約20km的35kV電纜在30多天內(nèi)就擊穿了。電纜中的可燃?xì)怏w對(duì)電纜絕緣并無(wú)損害，還可加強(qiáng)絕緣，但對(duì)于電纜附件是不允許的，可將電纜放置一定時(shí)間，或適當(dāng)加熱就可，千萬(wàn)不可抽高真空，以防形成負(fù)壓，上海、廣州、重慶等地均出現(xiàn)過(guò)這種電纜放氣情況，將氣體排除后，電纜就可以正常運(yùn)行了。
4) 還有一種擊穿現(xiàn)象是外護(hù)套和銅帶未很好的接地或劃破，銅帶電位升高，外護(hù)套擊穿后使電纜絕緣擊穿。又如深圳月亮彎電廠的10kV電纜在電纜拖入橋架時(shí)，護(hù)套劃破，銅帶劃傷，電纜先空載運(yùn)行后，在加載時(shí)擊穿。還有廣鋼的35kV電纜因護(hù)套較松回工廠返修，也可能是其他原因使電纜銅帶損壞，電纜運(yùn)行后，絕緣膨脹，銅帶斷裂，在銅帶上產(chǎn)生火花放電，燒毀了電纜護(hù)套，由于電纜是三角形敷設(shè)，電纜絕緣發(fā)生了熱擊穿，形成了相間短路的重大故障。