维普资讯 http://www.cqvip.com 第３１卷第２期 ２００５年 ２月 高电压技术 ＶｏＩ．３１ ＮＯ．２ Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｆｅｂ． ２００５ ·２７· ＸＬＰＥ电缆线路局部放电量指标的分析 杨荣凯 （武汉高压研究所，武汉４３００７４） 摘要：结合检测经验，分析了局部放电量的检测和相关标准规定指标的意义，提出了局部放电量与ＸＬＰＥ绝缘 电缆线路其它主要性能相关性的论据，特别指出现有ＸＬＰＥ绝缘电缆线路局部放电量检测指标的规定只是对检测 系统的要求，完全受检测仪器技术的局限，只能保证ＸＬＰＥ电缆的最基本要求。为保证其长期性能（安全运行＞３Ｏ 年），在现有局部放电量检测指标下应无可分辨的局部放电。 关键词：交联聚乙烯绝缘电缆线路；局部放电指标分析；检测技术局限性 中图分类号：ＴＭ２４７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３—６５２０（２ｏｏ５）ｏ２—００２７－０２ Ａｎａｌｙｓｉｓ ０ｆ ＰＤ Ｌｅｖｅｌ ｏｆ ＸＬＰＥ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ Ｃａｂｌｅ ＹＡＮＧ Ｒｏｎｇｋａｉ （Ｗｕｈａｎ Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｗｕｈａｎ ４３００７４，Ｃｈｉｎａ） Ａｈｓｌｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａ ｖｉｅｗｐｏｉｎｔ ｔｈａｔ ａｔ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｔｉｍｅ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｐａｒｔｉａｌ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｏｎ ＸＬＰＥ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｃａｂｌｅ ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｏｆ ｐａｒｔｉａｌ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｔｅｓｔ。ｔｈｅ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｐａｒｔｉｌ ｄａｉｓｃｈａｒｇｅ ｉｎ ｄｅ— ｔ￣ｔｆｉｎｇ ＸＬＰＥ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｃａｂｌｅ ｓｙｓｔｅｍｓ，ｉｓ ｏｎｌｙ ａ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｏｆ ｐａｒｔｉｌ ｄａｉｓｃｈａｒｇｅ ｏｎ ａｃｃｏＬｌｎｔ ｏｆ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅ— ｔｅｃｔｉｎｇ ｔｃｈｎｉｑｕｅ．Ｉｅｎ ｆａｃｔ，ｔｈｅｒｅ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｒｉｏ ｄｅｔｅｃｔａｂｌｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｗｈｉｃｈ ｅｘｃｅｅｄ ｔｈｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｏｆ ｐａｒｔｉｌ ｄｉａｓ— ｃｈａｒｇｅ ｔｈｅｎ ｔｈｅ ＸＬＰＥ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｃａｂｌｅ ｓｙｓｔｅｍｓ ｃｏｕｌｄ ｈａｖｅ ｓａｔｉｓｆａｃｔｉｏｎ ｌｏｎｇ ｔｅｒｍ ｑｕａｌｉｔｙ． Ｋｅｙ ｗ ：ＸＬＰＥ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｃａｂｌｅ ｓｙｓｔｅｍｓ；ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｐａｒｔｉｌ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ；ｌａｉｍｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｔｅｃｔｉｇ ｔｅｎｃｈｎｉｑｕｅ ０引 言 也就是说，如按原标准１．５Ｕ。下局部放电量为２０ ｐＣ的出厂试验指标考核，就可能将含７００ ｍ微孔 的电缆作为合格品出厂。目前最先进的电缆线路局 放检测系统的灵敏度只能达到０．５ ｐＣ级（武高所超 目前公认局部放电测试为较好反映电气设备绝 缘长期电气性能的重要指标之一。但实践中，特别 是对于电缆线路局部放电量指标的意义尚存在一些 片面认识。本文根据理论、技术标准导向及试验经 验分析了局部放电量指标的意义，以期引起交联电 缆线路监测技术研究和运行维护人员的关注。 １ ＸＬＰＥ绝缘电缆线路局部放电量的测量原理 高压电缆实验室），况且该指标也只是视在放电量。 可见，现有局放检测指标对检Ｎ＜２ｏｏ ｍ的微孔已 不够灵敏。而包含数十及数百 ｍ微孔的绝缘品质 不能满足高压及超高压电缆线路的可靠性要求。现 场多次报道运行几年至十几年含有数十及数百 ｍ 的杂质或水树（一种特殊的“微孔”或杂质）的各种电 压等级电缆线路发生击穿故障。 根据巴申定律：如果微孔尺寸＜１ ｍ，因路径 太短不可能局部放电。目前实际电缆制造水平可达 ＸＩ ＰＥ绝缘电缆本体或附件绝缘中存在一点或 多点缺陷（微孔、杂质、半导电电极表面突起或凹陷 等），使该点局部场强增加，当其超过所处绝缘介质 的耐电强度时会局部放电，所产生的放电脉冲电流 会在电缆线路回路中传播。如果线路中有检测传感 元件可测到这一局部放电量即所谓视在局部放电 量，与放电点的真实放电量相关，但差异很大，线路 很长或复杂时尤其如此。一般用已知的标准放电量 脉冲注入在线路一端，标定局放检测仪的示值尺度 ５～２０ ｍ。故局放还可能存在，只是局放量很小 ， 按现有检测技术和标准已无法测到。为更准确地检 测交联电缆，新版的交联电缆产品标准改变很大。 各电压等级交联电缆的ＩＥＣ标准最新版本和相应 国家标准修改后的局放性能指标更严格口 ］：①中 低压电缆：出厂试验由原来的１．５Ｕｏ下局放量＜２０ ｐＣ，改为１．７３Ｕｏ下＜１０ ｐＣ；型式试验由１．５Ｕｏ下 局放量＜２０ ｐＣ，改为１．７３Ｕｏ下＜５ ｐＣ；②高压电 后读取电缆线路中产生的视在局部放电量数值。 ２局放量与电缆线路其它主要性能相关性分析 缆：出厂、型式试验不变；③超高压电缆：出厂试验规 定１．５Ｕｏ下，在１０ ｐＣ或更低背景噪声灵敏度下无 可分辨的局放；型式试验规定１．５Ｕｏ下，在５ ｐＣ或 更低背景噪声灵敏度下无可分辨的局放；一些先进 国家（德国、瑞士）的局放试验指标达到２ 下＜５ ２．１ 局放量与ＸＩ ＰＥ绝缘电缆缺陷尺寸的相关性 据日本的研究报道，８．７／１０电缆在１．５ｕｏ（运 行相电压）下的局部放电量，微孔尺寸２００ ｍ时为 ０．４ ｐＣ，４００／ｚｍ时为３．４ ｐＣ，７００ ｍ时为２Ｏ ｐＣ。 维普资讯 http://www.cqvip.com Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏ１．３１ Ｎｏ．２ ｐＣ，美国达到３ 下＜５ ｐＣ，４Ｕｏ下＜１０ ｐＣ等。 上述新规定与其说是对电缆绝缘品质的要求， 不如说是对检测系统的要求，因对同一种电缆的绝 缘品质，不应给出１Ｏ和５ ｐＣ两种局放量要求。这 是受检测仪器技术的局限，也只能保证交联电缆品 质的最基本要求。为保证其长期性能，在该检测指 标下应无可分辨的局放。根据大量检测结果，好品 质交联绝缘电缆在１．５Ｕ。甚至２．５Ｕｏ时，在上述灵 敏度下均无可分辨的局放。通常给出的试验数据往 往是测试系统的背景噪声水平。 据悉，最新的ＩＥＣ６０８４０：２００４版已将高压电缆 出厂和型式试验的局放量测试指标修改为与超高压 电缆相同。品质差的电缆局放量一般为数十ｐＣ甚 至更大。没测到不一定没有局放，只是相对较小；但 旦测到局放，电缆及附件的绝缘品质肯定有问题。 如某厂送检的１０ ｋＶ电缆附件，６个样品在２ ｐＣ灵 敏度的测量系统下，１．７３Ｕｏ下均未测到局放，按标 准合格。但在４ ｈ，４Ｕ。试验过程中，发现３个样品 在耐压１～３ ｈ期间陆续击穿。经解剖试品发现，该 电缆附件界面性能良好、气隙很小，在规定的测试电 压及所处灵敏度下未能有效地检测出局放；但其应 力锥却明显不符合设计要求（几乎无应力锥），在 ４ 试验时电压已高到可使其在半导电应力锥端头 产生局放了，结果一定时间后发生了从半导电应力 锥端头开始穿过电缆本体至电缆线芯的击穿。因 此，关键是如何提高局放检测系统的灵敏度，以及如 何准确判断所测局放信号的性质，即是电缆本身放 电还是检测系统中其它部位放电。 ２．２典型缺陷与电缆耐电强度的相关性 据日本有关研究报道（见表１），２２ ｋＶ交联电缆的 微孔尺寸＞１Ｏ／＊ｍ时，工频击穿电压 开始下降，＞ １００ ｐ－ｍ时 下降一半以上；另外，半导电层表面的突 起对 下降的影响比微孔杂质更大（见图１）。 表１ 工频击穿场强与杂质尺寸的相关性 Ｔａｂ．１ Ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｐｏｗｅｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｂｒｅａｋｄｏｗｎ ｆｉｅＩｄ ａｎｄ ｉｍｐｕｒｉｔｙ ｓｉｚｅ 杂质尺寸／ ｍ １０ ２０ ３０ １０ ５０ 工频击穿场强／（ｋＶ·ｎ３Ｆｎ １） ７５ ６４ ５８ ５２ ５０ 为此，新标准对绝缘缺陷的检测更严格 。 虽然ＩＥＣ标准未要求，但我国参照美国ＡＥＩＣ标准 作为型式试验项目列入了国家标准，而美国等先进 国家的标准还将这些检测项目列作出厂试验项目。 新版ＡＥＩＣ标准及相应的国家标准修订稿提高了对 绝缘缺陷的尺寸要求。如１１０ ｋＶ级电缆由无＞７６ ｍ的微孔提高为无＞５０ ｍ的微孔，其它指标也都 相应提高，因交联电缆产品（本体及附件）的质量特 导电层突起 尺、ｊ／Ｌｌ 图１ 典型缺陷与电缆击穿电压的相关性 Ｐｉｇ．１ Ｒｅｌａｔｉｖｉｔｙ ｂｅｔｗｅｎ ｓｏｍｅ ｔｙｐｉｃａｌ ｆａｕｌｔｓ ａｎｄ ｂｒｅａｋｄｏｗｎ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｆｃａｂｌｅｓ 别其长期性能，本质上是由绝缘缺陷的尺寸决定。 另外，耐压试验指标也更加严格，中低压电缆出厂试 验由原来的２．５Ｕ。改为３．５Ｕ。，型式试验由原来的 ３Ｕ０，４ ｈ，改为４Ｕ。，４ ｈ。超高压电缆出厂试验中工 频耐压试验用延长时间来提高要求；抽样试验中增 加了雷电冲击试验；型式试验中仍保留了传统的试 验项目；但最重要的是为考核超高压电缆系统长期 性能，专门增加了一个预鉴定试验项目即高场强热 循环试验，其主要内容是：在１年内连续施加１．７倍 的额定运行电压，同时对电缆线路进行＞８ ｈ的加 热和１６ ｈ冷却的循环，加热时使导体温度达到运行 温度９０－－９５。Ｃ＞２ ｈ，循环数＞１８０，然后整个试验 电缆线路进行雷电冲击耐压试验。最后检查全部试 品有无潮气侵入、泄漏、腐蚀等。上述试验全合格才 算通过预鉴定，其后方可投入商业运行。 ３结语与建议 提高ＸＩ ＰＥ绝缘电缆线路绝缘品质和长期可 靠的运行性能，必须有高品质的电缆原材料和先进 的生产设备及工艺；同时，优良的质量检测设备与技 术也很重要。其中，局放量的检测仍是目前最灵敏 和最具发展前途的技术手段之一。但要正确认识这 指标的现阶段实际意义和局限性；在现有检测技 术下还不能定量给出局部放电量与击穿场强的相关 性。故还须提高现有的局放检测水平以满足ＸＩ ＰＥ 绝缘电缆线路的性能监测需要。 参考文献 ［１２ ＩＥＣ６０５０２．额定电压ｌ ｋＶ（Ｌ ＝１．２ ｋＶ）至３０ ｋＶ（ ＝３６ ｋＶ）挤包绝 缘电力电缆及附件［ｓ３．１９９７． ［２］ＩＥ（二６０８４０．额定电压３６ ｋＶ（Ｌｋ＝３６ ｋＶ）以上至１５Ｏ ｋＶ（ 一１７０ ｋＶ） 挤包绝缘电力电缆及附件试验方法和要求［Ｓ］．Ｉ ９９９． ［３］ＩＥＣ６２０６７．额定电压１５０ ｋＶ（Ｕｍ＝１７０ ｋＶ）以上至５００ ｋＶ（Ｕｍ一５５０ ｋＶ）挤包绝缘电力电缆及附件试验方法和要求［ ．２００１． Ｌ４ ＧＢ／Ｔ１２７０６．额定电压ｌ ｋＶ（ ＝１．２ ｋＶ）到３５ ｋＶ（Ｕ ＝４０．５ ｋＶ）挤 包绝缘电力电缆及附件Ｉｓ］．２００２。 ［５］ＧＢ／Ｔ１１０１７．额定电压ｌｌ０ ｋＶ交联聚乙烯绝缘电力电缆及其附件［ｓ］．２００２． ［６］ＧＢ／Ｚ１８８９０．额定电压２２０ ｋＶ（Ｌ ＝２５２ ｋＶ）交联聚乙烯绝缘电力电缆 及其附件［ ．２００２． （收稿日期２００４—０５ ２８） 杨荣凯１９５９年生，硕士，高工，从事电力电缆科研、质量检测和标准化等技 术工作。电话：（０２７）８７４４５００１
