6-11-基于XLPE电缆绝缘老化诊断的

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1、基于XLPE电缆绝缘老化诊断的资产设备管理和寿命评估王立1　，李华春1　霍振星2　高宇2　杜伯学2（1.北京市电力公司电缆公司，　北京　100027）（2.天津大学电力系统仿真控制教育部重点实验室，　天津　300072）摘　要：　XLPE电缆被广泛应用于城市电网中，电力电缆设备在逐年增加。由XLPE电缆水树枝老化所引起的绝缘故障已成为研究人员首要关心的问题。本文主要以残留电荷和泄漏电流诊断方法为例，叙述了基于XLPE电缆老化诊断的资产设备管理和寿命评估技术。关键词：　XLPE电缆；　残留电荷法；　泄漏电流

2、法；　经济性评价；　寿命评估状态评估与在线监测1　引言自XLPE电缆问世以来，因其与OF电缆相比，具有不需要供油设备、阻燃性能好、安装维护方便和机械电气性能好等优点[1]，在世界范围内得到广泛应用，目前我国正在或者将敷设的电缆绝大多数为XLPE电缆。早期的交联电缆采用蒸汽交联和温水交联方法生产，绝缘中含水量高达几千个PPM，XLPE电缆在运行超过一定年限后，会发生水树等绝缘老化现象。目前，研究水树老化现象的文献较多，已开发出很多在线和离线诊断方法，运用这些方法对水树进行诊断、检测和评估，从经济性角度考察诊

3、断方法和电缆剩余寿命，是一项紧迫的任务。随着电力市场自由化的发展，一种优化的资产管理方法需要同时考虑供电安全可靠性和成本降低两方面的因素，找到两者的平衡点。XLPE电缆的设计寿命大约是30年，在运行过程中，对其进行必要的维护和诊断，可以较小的花费，达到延长其寿命的目的。另外，在绝缘老化诊断的基础上，对XLPE电缆进行寿命评估[2-3]，充分利用其剩余寿命，预防事故发生，具有重大的经济价值。22　水树老化诊断技术目前，研究人员对水树的形成机理进行了研究，提出了水树模型，并根据水树的特性，开发出各种诊断方法，

4、其中，基于直流电压的泄漏电流法和残留电荷法得到广泛应用和认可。2.11　水树老化机理7状态评估与在线监测XLPE电缆绝缘中的水分存在两种引入方式：一是绝缘中固有的，二是在电缆运行中由外界环境侵入。其中，外界环境的水分侵入占主导作用，是一个扩散过程或者由电场加速的扩散过程，后者在电场作用下，发生电泳现象，导致水分聚集，随后形成水树[4]。水树形成会受到电场、残存应力和热作用等综合因素的影响。XLPE电缆的残存应力分为三种：制造过程中的残存应力，安装过程中的残存应力和运行过程中的残存应力，水树从残存应力最大的

5、地方开始生长。XLPE绝缘层中存在不规则的充满水的微孔，在介质热或焦耳热的作用下，微孔内的水分膨胀使微孔改变为球面状，这样，在不规则微孔的短半径方向会产生压缩力，在长半径方向产生拉伸力，在受到拉伸力的区域会产生细小微孔，一系列的细小微孔聚合在一起形成一个微孔，该过程的重复进行就会形成同电力线方向平行的一系列微孔和微裂纹组成的水树[4]。2.22　XLPE电缆诊断技术经过多年的研究，研究人员依据水树的整流和非线性等特性提出了以水树为诊断对象的各种诊断技术和方法，主要有泄漏电流法、直流分量法、直流叠加法和交流

6、叠加法、损耗电流法和残留电荷法等，其中泄漏电流法和残留电荷法以水树的非线性特性为基础，其可靠性高，是非常有潜力的检测方法。随着电场的增强，水分从微孔进入微裂纹，水树导通，造成水树部分的绝缘电阻随电压增加而下降，当电压增加到某一值时，绝缘电阻发生突变，产生如图1所示的非线性曲线。泄漏电流法以贯穿型水树为检测对象，通过在电缆导体上施加直流电压，在电缆护套处串联的电阻上检测电流，根据电压-电流特性判断电缆绝缘中是否含有水树。若绘出的电压-电流曲线从刚开始的线性区域变化到施加电压较高时的非线性区域，即可认为电缆绝

7、缘中长有水树[5]。该方法缺点是对于未贯穿型水树的检测较为困难。残留电荷法以未贯穿型水树为检测对象，采用直流电压对XLPE电缆进行充电，根据含水树电缆的非线性特性，通过施加交流电压，检测残留电荷的释放量，判断电缆的水树老化程度[6]。该方法具有可靠性高，残留电荷量与交流破坏电压相关性好等优点，缺点是没有统一的判断标准，只能对各种电缆进行比较。图11　水树的非线性曲线2.33　诊断技术及其经济性评价XLPE电缆绝缘老化诊断以预防事故发生和延长电缆寿命为目的，但随着国际市场上能源价格、电力设备价格的上升和电力

8、公司运营成本的增高，考察诊断技术的经济性，降低各种诊断和维护成本，显得非常重要。7状态评估与在线监测文献[7]基于TBM（time-basedmaintenance）方法，在不同的诊断费用、诊断周期和更换标准下，考察了泄漏电流法和残留电荷法引入后的经济性。在电缆运行寿命中，电缆的维护和诊断费用定义为寿命周期成本，随诊断费用、诊断周期和更换标准的不同而变化。通过设定相同的故障损失、更换费用和诊断费用，作出寿命周期成本在不同的诊断