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1 交聯(lián)電纜絕緣的短時和瞬間擊穿
交聯(lián)電纜運(yùn)行后如發(fā)生短時擊穿，據(jù)國外文獻(xiàn)統(tǒng)計：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)，或幾個月內(nèi)甚至超過一年的時間內(nèi)引發(fā)電樹擊穿，但有些電纜在很低的直流竣工試驗中就擊穿了，對高壓電纜為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時，在較低的直流電壓下?lián)舸Ｔ撾娎|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)時為國內(nèi)最好的生產(chǎn)線），電纜已通過規(guī)定的沖擊和工頻型式試驗，可用上述熱應(yīng)力現(xiàn)象來解釋。首鋼在敷設(shè)安裝電纜時是否拉力過大，彎曲過甚造成了機(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，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中擊穿了，這也可能因安裝場地過小，電纜彎曲過甚產(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：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，電纜絕緣會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，電纜仍會引發(fā)電樹枝使電纜絕緣擊穿。近年來220kV電纜在研制過程中，曾多次發(fā)生擊穿，共有4家電纜廠在研制過程中將絕緣厚約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，主要是交聯(lián)工藝有問題，交聯(lián)溫度過高，時間太快，在絕緣內(nèi)產(chǎn)生了熱應(yīng)力。其中個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)電樹使電纜絕緣擊穿。而電纜的瞬時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，最好不要超過表1的規(guī)定。
表1
| 三芯電纜 | 帶金屬屏蔽層電纜 | 金屬套電纜 |
安裝后電纜彎曲半徑 安裝中電纜彎曲半徑 | 10D 15D | 16D 20D | 15D 22.5D |
2 交聯(lián)電纜在長期運(yùn)行中擊穿
交聯(lián)電纜有著長期的運(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，電纜會在長期運(yùn)行中產(chǎn)生水樹，最后引發(fā)電樹使電纜過早的擊穿，我國的一些大型企業(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，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)水樹的，最終引發(fā)電樹擊穿，現(xiàn)將其擊穿機(jī)理分析如下：
1) 水樹的產(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)，從大量的國內(nèi)外文獻(xiàn)介紹可知：在電場作用下，水分會從低電場沿電場方向向最高的高電場遷移，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，在電場作用下，在充水微孔中形成局部放電的樹狀痕跡，簡稱水樹。金山石化的35kV電纜和現(xiàn)場情況就完全符合形成水樹的條件，直埋電纜會在3～5年內(nèi)形成水樹，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)了水樹和硫化樹等電化學(xué)樹枝，從送檢的樣品中，電纜運(yùn)行已超過10年，三根電纜中均已長滿了水樹枝，但內(nèi)外半導(dǎo)電層附近并未發(fā)現(xiàn)電樹擊穿痕跡，還應(yīng)進(jìn)行大量的樣品檢驗才能找到。同時導(dǎo)體溫度較高時，水分會從導(dǎo)體內(nèi)向外擴(kuò)散，從而減緩電纜的吸水過程，但金山石化電纜的載流量僅為額定值的1/3，導(dǎo)體溫度也達(dá)不到額定溫度(90℃)只有46℃左右，更有助于水樹的形成。
2) 水樹老化直至引發(fā)電樹擊穿：
絕緣充水微孔在電場作用下產(chǎn)生應(yīng)力開裂和氧化降解，破壞了絕緣結(jié)構(gòu)，又稱水樹老化。電纜運(yùn)行到7～10年左右，水樹老化后，水樹密度增加，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)測量，直流泄漏電流為0.1～0.3微安，但這時電纜并不一定就會擊穿，從國內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)介紹：水樹密度達(dá)到了飽和程度后，絕緣擊穿強(qiáng)度仍有15kV/mm，對產(chǎn)品質(zhì)量好的電纜，也不一定會引發(fā)電樹，電纜只有在引發(fā)電樹后才能擊穿，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)力開裂以及由于彎曲等產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力開裂等等均可引發(fā)電樹，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；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，使電纜擊穿和更換了。而我國金山石化的電纜，由于最初采用了一些蒸汽交聯(lián)電纜，已更換了長度約40%的電纜。這說明國產(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。從國外對10～30kV電纜水樹擊穿統(tǒng)計證明水樹老化后，電纜絕緣水平下降了1/3左右，電纜在生產(chǎn)中的一些缺點就完全暴露出來了，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，剩余電纜將會有一段電纜運(yùn)行穩(wěn)定期。我國金山石化電纜的運(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30年的。
3 近些年來發(fā)生的電纜絕緣擊穿
國產(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)，在國內(nèi)已有十多例這種事故。因焊接件松動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，并對每根電纜裝有控制系統(tǒng)，電纜載流量設(shè)計為額定值的80%，也是可以安全運(yùn)行的。
2) 電纜系統(tǒng)接錯，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，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對電纜絕緣并無損害，還可加強(qiáng)絕緣，但對于電纜附件是不允許的，可將電纜放置一定時間，或適當(dāng)加熱就可，千萬不可抽高真空，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，護(hù)套劃破，銅帶劃傷，電纜先空載運(yùn)行后，在加載時擊穿。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。
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