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摘　要　同一制造廠分別采用5種不同電纜絕緣料，生產同一絕緣結構的電纜，并制作成90個電纜試樣。在相同試驗條件下，進行14天負荷循環、120天加速老化、180天加速老化、360天加速老化和480天加速老化試驗，然后對老化前原始樣和老化后電纜試樣共六種不同老化狀態的電纜試樣進行工頻逐級擊穿，試驗研究XLPE電力電纜工頻擊穿特性。試驗結果表明：普通電纜絕緣料制造的XLPE電力電纜工頻擊穿特性相對抗水樹電纜絕緣料制造的XLPE電力電纜工頻擊穿特性存在明顯差異，抗水樹XLPE電力電纜經過480天加速老化試驗后仍保持較好的工頻擊穿特性，安全運行壽命較長。

　　關鍵詞　抗水樹　XLPE電纜　電力電纜　加速老化　工頻擊穿　  絕緣結構

　　0 引 言
　　隨著國內外絕緣材料制造水平和電力電纜制造技術的迅速發展，電力電纜本體中的微孔、雜質的尺寸和含量以及線芯偏心度等關健技術指標得到了嚴格控制，產品質量顯著提高。35 kV以及下XLPE絕緣電力電纜由于外界因素如外力破壞、水分侵入形成水樹枝等而導致運行擊穿故障數量約占電力電纜運行故障總數的90%以上[1-4]。

　　為了有效改善XLPE絕緣材料抗水樹性能，自上世紀末，國內外高分子聚合物領域專家、學者就開始研制抗水樹XLPE電力電纜絕緣材料，旨在提高XLPE絕緣電力電纜的老化擊穿性能，減少電纜本體運行故障率，有效提高供電可靠性[5-7]。

　　本文選取同一制造廠家，分別采用五種不同配方的介質，連續生產的普通XLPE絕緣和抗水樹XLPE絕緣電力電纜共90個電纜試樣為研究對象，所選取的電纜試樣的電壓等級、型號規格和絞合方式均相同。在相同試驗條件下，進行14天負荷循環、120天加速老化、180天加速老化、360天加速老化和480天加速老化試驗，然后對老化前原始電纜試樣和老化后電纜試樣共六種不同老化狀態的電纜試樣進行工頻逐級擊穿，試驗研究不同配方的XLPE電力電纜工頻擊穿特性，為電力電纜線路設計、運行維護等部門根據電纜線路運行條件，合理選取XLPE絕緣電力電纜提供理論依據。

　　1　電纜試樣的選取與制備
　　選取5種不同配方的普通XLPE絕緣和抗水樹XLPE絕緣電力電纜，每種配方電力電纜制作18段電纜試樣，共制作90段電纜試樣為研究對象。該5種配方的XLPE絕緣電力電纜均由同一家電纜廠制造，其電壓等級、型號規格和絞合方式均相同。電纜試樣的線芯加工過程采用連續生產方式，每段試樣之間有1000 m的過渡長度以保證多段材料的純凈和試驗結果的可靠性。電纜試樣的基本情況列入表1中。
 
　   2　試驗程序
　　被試的每種電纜試品由18個試樣組成，五種電纜試品共有90個試樣，五種電纜按圖1所示流程圖進行相應的試驗[1,2]。
 
      2.1　加速老化試驗
　　將被試電纜置于電纜導管裝置中，在電纜導體中的間隙以及電纜導管裝置中注滿自來水，然后施加電流加熱，每天加熱8h，冷卻16h，電流應該使管外導體溫度在通電流8 h期間的后4 h達到并保持在95℃～100℃范圍內，在電纜導體上連續施加27±1 kV的工頻電壓作為一個加速老化天。對每一根電纜的13、14和15號試樣進行120天的加速老化，16、17和18號試樣進行180天的加速老化，19、20和21號試樣進行360天的加速老化，22、23和24號試樣進行480天的加速老化。

　　2.2 工頻逐級擊穿試驗
　　為了考核試樣在14天負荷循環前后以及經過加速老化試驗后的電纜試樣的工頻擊穿性能，對電纜試樣分別進行工頻逐級擊穿試驗。試驗在室溫下進行，將電纜試樣的兩端裝入350 kV水終端中，起始試驗電壓值18 kV，保持5 mm，然后試驗電壓按7 kV的幅值為一級，每級保持5 mm，逐級升壓，直至電纜試樣擊穿。

　　3 試驗結果及分析
　　電纜A和電纜B在經過58天～170天的加速老化期間全部擊穿，電纜C通過了120天的加速老化試驗，但在129天時開始出現擊穿，356天時全部擊穿，電纜D和電纜E的所有樣品全部通過了480天的加速老化。試驗結果的直方圖見圖2和圖3。

      從這五種電纜試樣的工頻逐級擊穿試驗的結果可以明顯地看出這些電纜的性能差異。電纜A的原始平均擊穿場強為45.1 kV/mm，電纜B的原始平均擊穿場強為45.2 kV/mm，電纜C的原始平均擊穿場強為44.5 kV/mm，電纜D的原始平均擊穿場強為38.8 kV/mm，電纜E的原始平均擊穿場強為38.7 kV/mm，電纜A和B采用的是普通XLPE絕緣材料，雖然原始擊穿場強最高，但其老化后的擊穿性能最差，沒有通過120天的加速老化試驗，這說明材料配方對電力電纜的長期可靠性和使用壽命影響較大;電纜C雖然使用了抗水樹電纜料，但導體屏蔽和絕緣屏蔽均為普通材料，其長期可靠性略好一些，通過了120天的加速老化，但在120天之后開始出現擊穿現象，356天時全部擊穿;電纜D和電纜E均使用了性能較好的抗水樹配方材料，電纜D在480天后的平均擊穿場強為33.1 kV/mm，擊穿強度下降了14.7%，電纜E在480天后的平均擊穿場強為25.5 kV/mm，擊穿強度下降了34.1%，電纜D和電纜E的長期可靠性較高，使用壽命較長，電纜D比電纜E的性能好一些。

　　由于這五種電纜均由同一制造廠生產，生產工序和生產工藝完全一樣，因此可以排除設備和人為因數的影響。電纜在加速老化過程中雖然導致電纜擊穿的原因很多，但主要原因是絕緣中的微孔和雜質，從試驗數據可以看出，普通XLPE電纜料中的微孔尺寸偏大，雜質含量偏高，外界遷移進入的水份容易在缺陷處凝結而形成樹枝狀早期劣化，而抗水樹配方電纜料中的微孔和雜質數量明顯減少，特殊配方使得水分分散、不易凝結，阻止或減緩水樹枝的形成。絕緣中微孔尺寸偏大，雜質含量偏高會使電纜過早地發生擊穿，降低電纜的使用壽命，這也同時證實了潔凈的電纜絕緣料對電纜可靠性的重要性。因此，各電纜材料制造商應進一步研究XLPE電纜料的性能，減少絕緣中的微孔和雜質，提高絕緣的擊穿性能.

　　4　結論
　　(1)采用普通XLPE電纜料制造的電纜，由于其雜質含量偏高，在加速老化過程中電纜本體會發生擊穿，電纜的長期可靠性不高，使用壽命不長;

　　(2)使用抗水樹配方電纜料制造的電纜可以通過480天的加速老化試驗，其電纜的擊穿性能較高，平均擊穿強度比原始平均擊穿強度下降14.7%～34.1%，電纜的長期可靠性高，使用壽命長;

　　(3)使用雜質含量較少的特殊抗水樹配方材料，可以極大地提高電纜的使用壽命，從而保證電網安全可靠地運行;

　　(4)普通XLPE絕緣料的性能需要改進，減少絕緣中微孔尺寸和雜質含量是重點解決的問題之一。