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電纜的應(yīng)用及檢測(cè)的意義-國(guó)浩電氣
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電纜的應(yīng)用及檢測(cè)的意義

發(fā)布時(shí)間:2021-06-24 01:14:26人氣:

當(dāng)今的電網(wǎng)系統(tǒng)中,電力電纜被大量應(yīng)用于主干線路中,其擔(dān)負(fù)著實(shí)現(xiàn)大功率電能的輸送和分配的重要任務(wù)。從1kV到500kV,電力電纜在每一級(jí)電壓等級(jí)中都有應(yīng)用。電纜線路圖如下:

電纜
隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展,城市的地價(jià)也連年攀升,這促使地下電纜的使用量也在不斷增長(zhǎng)。國(guó)家電網(wǎng)公司的電纜使用量顯示,中壓電纜從2007年開始,每年遞增比例都在10%以上,而高壓電纜使用量如下表:
時(shí)間 2007年 2008年 2009年 2010年 2011年后
距離(千米) 4610 5540 6610 7450 超過8000
從歷史來看,經(jīng)濟(jì)社會(huì)在持續(xù)發(fā)展,科技水平在不斷進(jìn)步,線路中采用的電纜也在不斷進(jìn)化。最開始時(shí),線路中采用的為油紙絕緣電纜。后來,逐漸發(fā)展出了PVC電纜。現(xiàn)在,逐漸被交聯(lián)聚乙烯(Cross-linked Polyethylene, XLPE)電纜代替。XLPE電纜電氣、機(jī)械性能非??煽浚蚨谂潆娋W(wǎng)中被越來越廣泛地采用。資料顯示,早在2009年,XLPE電纜在所有絕緣類型的電纜中,所占比例就己超過98%。

不可否認(rèn)的是,由XLPE電纜絕緣問題引起的電網(wǎng)事故也在持續(xù)的增多。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)說明,引發(fā)電網(wǎng)事故的重要原因之一就是電力電纜故障,其影響著電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。在正常情況下,XLPE電纜有大約三十年的可靠運(yùn)行時(shí)間。但電纜安裝后所處運(yùn)行條件復(fù)雜,使其有效使用年限不同程度地降低。盡管XLPE電纜的絕緣性能優(yōu)越,但是在隧道或者地下溝道中運(yùn)行的電纜,一直處于潮濕環(huán)境,條件較為惡劣。電纜難免受到生物化學(xué)腐蝕,使其絕緣性能劣化。并且在制造電纜時(shí)或者現(xiàn)場(chǎng)安裝電纜附件時(shí)可能產(chǎn)生局部缺陷,將導(dǎo)致電纜絕緣內(nèi)生成電樹枝老化。電樹枝老化持續(xù)發(fā)展,最終會(huì)導(dǎo)致電纜故障。電纜在不同運(yùn)行年限表現(xiàn)的故障類型及故障發(fā)生率有所不同,見下表:
故障類型
與架空線路不同,電纜線路鋪設(shè)于地下,由于這樣的特殊性使電纜發(fā)生絕緣故障時(shí),查找工作需要投入大量的物力和人力,排除故障困難重重。故障點(diǎn)的定位和排除如果不能及時(shí)完成,不僅會(huì)導(dǎo)致較長(zhǎng)時(shí)間的線路斷電、嚴(yán)重破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定,而且會(huì)導(dǎo)致極大的國(guó)民經(jīng)濟(jì)損失。例如在2013年,上海市電力公司的兩座變電站間的一條電纜發(fā)生了事故,導(dǎo)致其中一座變電站內(nèi)的兩臺(tái)主變失電,由其供電的三座下級(jí)變電站也因此停電。事故造成上海多個(gè)城區(qū)用戶停電,約有一萬多戶受影響,造成了嚴(yán)重?fù)p失。因此,檢測(cè)電纜的絕緣狀態(tài),用以判斷其運(yùn)行性能,預(yù)防事故的發(fā)生,具有重要的意義。

對(duì)電纜絕緣檢測(cè),有離線和在線兩種方式。離線檢測(cè)包括交、直流耐壓試驗(yàn)等。這些試驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)用歷史較長(zhǎng),對(duì)電力事業(yè)的發(fā)展有重要貢獻(xiàn),但是這些試驗(yàn)方法進(jìn)行時(shí)需要停電,并且這些試驗(yàn)會(huì)對(duì)電纜絕緣在一定程度上造成損傷,加速其老化。因此,為了掌握電纜在運(yùn)行時(shí)的絕緣狀況,需要研究在線帶電檢測(cè)技術(shù),從而在設(shè)備帶電運(yùn)行不受影響的情況下,甄別出絕緣缺陷,從而達(dá)到狀態(tài)檢修的目的。

對(duì)于XLPE電纜,有關(guān)如何判斷其絕緣狀態(tài)的研究工作持續(xù)開展。大量的研究表明:局部放電既是表征電纜絕緣狀態(tài)的重要因素,又是造成絕緣破壞的主要原因。所以,電纜絕緣狀態(tài)與局部放電密切相關(guān)。產(chǎn)生局部放電的原因是,在存在水分、微孔、氣泡等的情況下,電場(chǎng)在絕緣體內(nèi)分布并不完全均勻,有部分位置場(chǎng)強(qiáng)比平均場(chǎng)強(qiáng)低,有部分位置場(chǎng)強(qiáng)比平均場(chǎng)強(qiáng)又高,當(dāng)某部分位置的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到或超過介質(zhì)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)后,局部放電就會(huì)發(fā)生。有局部放電發(fā)生時(shí),絕緣系統(tǒng)依然擁有一定的絕緣能力,但局部放電會(huì)對(duì)其絕緣性能帶來很大的隱患。若局部放電長(zhǎng)期作用,會(huì)有電樹枝的生成,電樹枝不斷生長(zhǎng),會(huì)使絕緣層擊穿。因此,著名國(guó)際電力組織和研究人員,都推薦用局部放電法檢測(cè)XLPE電纜絕緣性能。

目前,局部放電法有很多具體的應(yīng)用形式,分別包括:脈沖電流法、電感耦合法、電容耦合法、振蕩波法、超聲波法等。其中脈沖電流法只能進(jìn)行電纜的離線檢測(cè);電感耦合法只能應(yīng)用在特定型號(hào)的電纜上,局限性強(qiáng);電容耦合法需將傳感器預(yù)先安置在電纜或電纜接頭內(nèi),對(duì)己敷設(shè)的電纜局部放電檢測(cè)不適用;振蕩波法在電纜帶電運(yùn)行時(shí),無法進(jìn)行應(yīng)用;超聲波法容易受到干擾。可見,上述方法在實(shí)際檢測(cè)中都不盡理想,很有必要進(jìn)一步研究。

另一方面,電纜接頭相對(duì)于本體較為脆弱,其發(fā)生絕緣問題的概率遠(yuǎn)大于電纜本體。其需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝,這對(duì)線路敷設(shè)時(shí)的外在環(huán)境條件,和內(nèi)在作業(yè)工藝都提出了很高的要求。無論哪方面的工作沒有進(jìn)行到位,都會(huì)產(chǎn)生電纜線路的安全隱患。所以說電纜接頭是需要重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象,最易發(fā)生絕緣故障。電纜故障發(fā)生類型概率統(tǒng)計(jì)也可說明此問題,如下圖:
故障類型統(tǒng)計(jì)
綜上所述,需針對(duì)電纜接頭進(jìn)行局部放電檢測(cè)的探究。這有利于提早發(fā)現(xiàn)電纜線路隱患,對(duì)電力系統(tǒng)的安全防護(hù)有很大的推動(dòng)作用。

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