Page 77 - 电力与能源2024年第四期

张斌斌，等：高压 XLPE 电缆缓冲层故障机理与检测技术研究 471

大的情况下更明显。 空气的击穿场强。
为了更清楚地了解这种放电过程，建立了如
图 4 所示的电路模型进行原理分析。

图 6 缓冲层与皱纹铝接触处的电场分布仿真结果

图 4 电缆等效电路模型 3 高压 XLPE 电缆缓冲层故障检测技术
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在放电过程中，U， x，U 1 的变化曲线如图 5 所
3.1 局部放电检测
示。因为电缆主要呈容性，以 C x 表征，从绝缘线
以某缓冲层烧蚀故障电缆实际结构尺寸建立
芯至金属护套之间的部分以小的放电间隙 g 和等
电场仿真模型，如图 7 所示。对线芯施加 128 kV
效电阻 R 的并联电路来代替。当电路中施加的电
电压，模拟故障日最高负荷电流下铝护套感应电
压 U 以及电流 I x 和 U 1 变化时，若在间隙 g 不发生
压 7.802 V，金属护套与金布紧密贴合，仿真结果
击穿的情况下，R 两端的电压 U 1 将按照图 5 中的
如图 8 所示。
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曲线变化；当电压 U 升高时， x 也随之变大，则电
根据仿真结果可知，阻水带与铜丝编织布界
阻两端的电压 U 1=I x×R 也随之变大，当达到间
面处的最大场强为 9.8×10 V·m ，铜丝编织布与
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—1
隙的击穿电压 U g 时，g 即发生击穿。因为击穿电
铝护套界面处最大场强为 9.8×10 V·m ，均大于
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弧通道的电阻较小，所以 U 1 迅速跌落，并降至为
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空气中的击穿场强 3×10 V·m 。考虑到铝护套
电 弧 的 熄 灭 电 压 U d。 电 弧 熄 灭 后 ，电 压 迅 速 回
自身结构、铜丝编织布中铜丝直径小于编织布厚
升。由于此过程反复发生，因此形成反复放电。
度，铝护套与铜丝编织布交界面处可能存在气隙，
以此条件建立仿真模型，电场分布如图 9 所示。气
隙处最大场强为 1.22×10 V·m ，大于空气中的
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—1
6
击穿场强 3×10 V·m ，因此极易发生局部放电现
象。同理，铜丝编织布与缓冲层之间也易发生局部
放电现象。
因此，从局部放电检测的角度来检测缓冲层
状态是理论上可行的方法之一 ［14］ 。
I
图 5 放电过程中 U， x ，U 1 的变化曲线 3.2 电容电流检测
电缆接地电流是电容电流和感应电流的叠
2 高压 XLPE 电缆初步仿真研究
加，二者之间的夹角与负载性质（等效容抗与感抗
通过仿真建模，分析了皱纹铝护套与半导电 水平）等因素有关，其范围在 0°～180°。其中，电
阻水带之间存在空气间隙时，电缆本体各部位的 容电流通过电缆的半导电缓冲层导入金属护套，

电场分布，仿真结果如图 6 所示。 进而接入大地。电容电流的大小主要取决于电缆
当铝护套与阻水带的最小间距为 1 mm 时， 结构，但电缆半导电缓冲层与金属护套之间的电
运行电压等级为 110 kV 的电缆在最小空气间隙 容电流分布，以及两者之间的发热情况，均与半导
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处的场强最大，为 37.59 kV·cm ，此场强已高于 电缓冲层的电阻值和接触电阻有关。根据电缆的