Page 60 - 电力与能源2024年第五期

592 沈位军：面向中压配电电缆的多维状态评价体系研究

枝，然后在多种因素作用下，电树枝不断发展直至 行温度决定。另一方面，随着时间的推移，大多数
形成贯通通道，最终击穿绝缘。 物理特性变化的累积效应都会在温度上有所体
电缆中独特的老化形态，如水树枝、电树枝等 现。运行经验表明，电缆故障确实也常伴有局部
现象的出现，常常伴随着局部放电，因此局部放电 温度异常。因此，温度可以作为表征电缆状态的
量可以表征电缆的老化形态。以下是对电树枝和 特征量之一。此外，当电缆长期工作在高温环境

水树枝的概念以及局部放电如何表征两种现象的 中时，易出现过热或短路情况，进而引起火灾，所
进一步阐述。 以温度也应当作为电缆状态的监测量之一。
（1）电树枝。在 XLPE 电缆的局部区域，不可 结合实际情况考虑，配电电缆线路敷设路径
避免地会存在微孔、杂质等缺陷，这些缺陷在高场 分布广，本文认为应当选择某些特定位置或是薄弱
强时会引起电场集中，进而导致局部击穿，形成形 环节的温度作为指标。在实际运行中，电缆接头由

似树枝的放电通道，即电树枝。电树枝的诱发及发 于径向尺寸较大，散热不利，因此发热严重，温度相
展过程非常复杂，涉及多种影响因素，如电压强度、 较于电缆其他位置更高。因此，电缆接头是电缆热
频率、麦克斯韦应力、温度、外部环境、材料质量以 性能的瓶颈，并且接头处的隐患通常需要经过长期
及水树枝转化等。因此，关于电树枝的形成原因及 的积累、加剧才会发生故障，在此期间一般伴随着
发展，学者们总结了不同的观点，如离子碰撞说、本 电缆接头处的温度不断爬升，加速电缆绝缘材料老
征破坏说、龟裂发生说、机械破坏说等，但普遍认同 化，并使得泄漏电流日益增加，累积达到一定程度
电树枝的出现及发展可以看作是电腐蚀的过程。 后将会发生绝缘击穿甚至接头爆炸。因此，本文选

电树枝产生的起始阶段，通常会出现通道直 择接头温度作为电缆状态的特征量之一。此外，电
径约为 0.1 μm 的树枝状裂纹，此时局部放电脉冲 缆接头位置相较于其他处的温度更易获取。
暂不能被检测出；随着电树枝进一步发展，直至通 3.3 载流量
道直径达到 10 μm 左右时，便可以识别出局部放电 本文将电缆的载流量也作为评估其状态的特

脉冲，此阶段的视在放电量在区间 0.05～0.10 pC 征量之一。研究表明，载流量大小对电缆绝缘的寿
内，并伴随着发光现象；此后，电树枝在多种因素影 命有显著影响，过大的负荷会加剧电缆绝缘的老
响下进一步发展。 化，使其寿命缩短至正常电缆寿命的 38% 左右。
（2）水 树 枝 。 实 际 运 行 经 验 表 明 ，中 低 压 具体来说，载流量的大小将会影响电缆的运行温度
XLPE 电缆老化失效的主要原因是水树枝的发生 和电场分布等情况，载流量过大时可能造成局部放
与加剧。在制造、安装与投运过程中，电缆都可能 电现象，长期过负荷运行状况可能会进一步导致绝
受到水分的侵入，此种情况下发生局部放电所需 缘击穿甚至接头爆炸等事故。因此，电缆的载流量
的电场强度比诱发电树枝所需的电场强度低。当 大小也可以作为其状态评价的特征量之一。

水树枝逐步发展时，头部电场愈加集中，进一步导 3.4 直流电流
致尖端产生电树枝现象。尽管水树枝的发展本身 通常来说，直流成分法、低频法和在线介质损
是一个漫长的过程，一旦诱发形成电树枝，极可能 耗法等均适用于诊断水树枝老化明显的中压电
造成电缆绝缘在瞬间被击穿，导致事故发生。因 缆。当 XLPE 电缆绝缘中发生水树枝放电时，由
此，尽管水树枝的起始场强低于电树枝的起始场 于水树枝和大地之间存在类似于针-板电极的整

强，最终也可能以电树枝的形式击穿绝缘。 流作用，所以在工作电压下流过电缆护套接地线
3.2 接头温度 的电流中会有微弱的直流分量。树枝放电越严
一方面，XLPE 等有机绝缘材料的老化速度 重，数量增加或长度增长，电流中的直流分量也越
与日常运行温度紧密相关，在无外力破坏的情况 大，所以可以用直流电流值来反映电缆的绝缘状
下，XLPE 电缆的绝缘性能很大程度上由实际运 态。试验表明，当电缆绝缘处于良好状态时，直流