Page 76 - 电力与能源2024年第四期

470 张斌斌，等：高压 XLPE 电缆缓冲层故障机理与检测技术研究

律求得 ［12-13］ 。

图 1 高压 XLPE 电缆轴向结构示意
通过对缓冲层烧蚀典型故障案例的观察与分
析，发现有如下特征：电缆本体上存在多处烧蚀
点，这些烧蚀点分布在金属铝护套、半导电缓冲层
以及主绝缘外半导电层上；烧蚀部位有大量白色 图 2 电缆同心圆柱体结构示意
阻水粉末析出，呈半环状分布，并且该现象与电缆 当 R 1<r<R 时，
所在的位置无关；烧蚀主要集中在皱纹铝护套内 2πΔu Δu
E 1= =
侧的凸起部位（即波谷位置）；烧蚀程度与皱纹铝 R R
ln ln R 2 ln ln R 2
护套接触程度有一定关联，皱纹铝护套与半导电 2πrε 1 ( R 1 + R ) rε 1 ( R 1 + R )
缓冲带接触越紧密，烧损越严重，与金属护套未紧 ε 1 ε 2 ε 1 ε 2
（2）
贴的圆周面上则鲜有明显烧蚀点。
当 R<r<R 2 时，
基于以上缓冲层烧蚀故障特征 ［10］ ，引发故障
2πΔu Δu
的原因可能是缓冲层无法保持绝缘屏蔽层与金属 E 2= =
R R 2 R R 2
护套之间的良好电气接触，导致在缓冲层内部出 ln ln R ln ln R
2πrε 21 ( R 1 + ) rε 2 ( R 1 + )
现悬浮电位 ［11］ ，而这种悬浮电位会使得缓冲层内 ε 1 ε 2 ε 1 ε 2
部的气隙场强增大，一旦超过空气击穿场强，就会 （3）
引发局部放电。局部放电持续发展，最终会造成 半导电缓冲、阻水带的结构特性如图 3 所示，
电缆绝缘击穿。 它通常由一层半导电无纺布与一层约 1.5 mm 厚
1.2 高压 XLPE 电缆的电场分布特性 度的半导电蓬松棉组成，中间涂一层聚丙烯酸酯
单芯导体结构的高压 XLPE 电缆，其电场分 膨胀粉。

布的理论计算通常使用同心圆柱体结构，如图 2
所示。

假设电缆线芯屏蔽层半径为 R c，绝缘外表面
半径为 R，当电缆承受交流或脉冲电压 U 时，距离
线芯中心任一点 r 处的电场强度为
图 3 半导体缓冲、阻水带的结构示意
E=（U/r）n（R/R c ） （1）
l
对于高压 XLPE 绝缘电缆，交联聚乙烯主绝 虽然半导电蓬松棉具有半导电性质，但疏松
缘与半导电屏蔽层、阻水带的介电性能相差很大， 多孔的结构使其导电性能下降；而聚丙烯酸酯膨
属于不同性质的介质。为了计算 XLPE 电缆多层 胀粉自身不具备导电性，满足阻水要求这些因素

结构中的电场分布，选取任意两层，如图 2 所示的 导致电缆绝缘线芯与金属护套（屏蔽）的接触能力
下降，半导电绝缘屏蔽处于悬浮电位状态。随着
介质 1 与介质 2，其相对介电常数分别为 ε 1 和 ε 2，R 1
为介质 1 的内径，R 2 为介质 2 的外径，R 为介质 1 电缆承受电压的上升，此悬浮电位也越高，进而出
与介质 2 的交界线。 现接触不良类放电，而且放电量随着电压的升高
介质 1 与介质 2 中的电场分布，可根据高斯定 面升高，并且这种影响在金属套与阻水带间隙过