摘要：介紹了6.0/10kV交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電纜在10kV中性點(diǎn)不接地系統中的運行狀況，以及對電纜頻繁發(fā)生絕緣擊穿故障與絕緣水平整體劣化等問(wèn)題進(jìn)行長(cháng)期的追蹤觀(guān)察情況。運行實(shí)踐表明，《電力工程電纜設計規范》中的有關(guān)電纜絕緣水平的條文說(shuō)明亟待修正。

　　關(guān)鍵詞：交聯(lián)聚乙烯電纜 絕緣設計 絕緣 運行 配電系統

　　供電工程中，10kV交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電纜的應用范圍廣，且敷設量大。除電力系統和工礦企業(yè)的輸配電網(wǎng)使用外，還涉及許多大型建筑物、高層建筑及工業(yè)、生活園區的供電工程。由于10kV供電電源有中性點(diǎn)直接接地及不接地2種系統；10kV XLPE電纜又有6.0/10kV、8.7/10kV、8.7/15kV 3種絕緣電壓的等級供設計人員選用，故在10kV XLPE電纜的絕緣水平設計時(shí)應嚴加區分。我國應用XLPE電纜的初期，一些設計人員僅依據電纜纜芯間的額定電壓不得低于使用回路工作電壓的技術(shù)要求進(jìn)行絕緣水平設計。忽略了XLPE電纜對纜芯與絕緣屏蔽層或護套間的額定電壓U0（相對地電壓）的特殊規定，因而所設計的XLPE電纜相對地電壓U0等于系統額定相電壓值，造成電纜絕緣裕度不足。電纜交付使用后，無(wú)法承受系統出現的過(guò)電壓，屢屢發(fā)生電纜絕緣被擊穿的事故。筆者正是在這一情況下，對一批在系統額定相電壓值條件下運行的6.0/10kV XLPE電纜進(jìn)行了長(cháng)期的追蹤觀(guān)察。

　　1.故障統計與分析

　　某工程供電系統于1991年2月并網(wǎng)投運，10kV電源為中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地系統，所用電纜為國內早期批量生產(chǎn)的E-T型結構6.0/10kV XLPE電纜，長(cháng)約30km.該電纜長(cháng)期處于額定相電壓值條件下做無(wú)絕緣裕度運行。14年來(lái)，這批電纜承受系統單相接地故障期間非故障相電壓升高80余次；接地故障持續時(shí)間累計超過(guò)7h 15min.其中，因故障線(xiàn)路帶有重要負荷而不能及時(shí)撤除運行，致使接地持續時(shí)間長(cháng)達2h 15min.電纜各種類(lèi)型的損壞累計達46次，其中電纜本體絕緣被擊穿30次，占故障總數的65.22%.

　　在長(cháng)年的追蹤觀(guān)察中，發(fā)現這批6.0/10kV XLPE電纜因水樹(shù)現象被擊穿、在主絕緣層形成孔洞。同時(shí)還發(fā)現了早期生產(chǎn)的XLPE電纜因設備、工藝條件所限，致使電纜主絕緣層出現薄厚不均和同心度差等問(wèn)題�，F將這批電纜在1991～2004年間損壞的次數統計整理列于表1.這批電纜運行至第7年，供電系統便發(fā)生了罕見(jiàn)的非同相兩點(diǎn)接地短路故障，預示著(zhù)該輸配電網(wǎng)的電纜絕緣水平整體下降。表明一旦電網(wǎng)出現單相接地，非故障相已無(wú)法承受相對地電壓的升高。自1998年7月至2000年5月約660天內，該輸配電網(wǎng)共發(fā)生非同相兩點(diǎn)接地短路故障4次。1999年，電纜絕緣擊穿故障高達7次，已影響企業(yè)的安全生產(chǎn)。

　　表1 故障發(fā)生的時(shí)段與次數統計表

　　單位：次

　　2000年5月，電網(wǎng)發(fā)生的一起非同相兩點(diǎn)接地短路故障，其后果最為嚴重。故障電纜線(xiàn)路約2.30km.搶修后，對電纜進(jìn)行直流耐壓泄漏電流值測試，當試驗電壓升至0.50kV時(shí)，試驗裝置保護動(dòng)作，試驗被迫中斷。該電纜絕緣又出現新的擊穿點(diǎn)，如此反復數次，新的擊穿點(diǎn)不斷地向電源和負荷兩側延伸發(fā)展。種種跡象表明，該電纜線(xiàn)路絕緣已全線(xiàn)劣化，無(wú)修復價(jià)值。在重新敷設新電纜線(xiàn)路的同時(shí)，對報廢的電纜線(xiàn)路進(jìn)行了分段拆除，在距電源締結點(diǎn)164m處的一開(kāi)斷口竟流淌出積水約300ml.這揭示出該電纜外護套破損是導致絕緣劣化的主要原因之一。

　　GB 50217-1994《電力工程電纜設計規范》頒布于1994年11月，于1995年7月實(shí)施。規范條文說(shuō)明中，對工程已發(fā)生錯用了額定相電壓值的10kV XLPE電纜的處理意見(jiàn)是有所保留的，即“但對有的行業(yè)系統采用額定相電壓值后運行實(shí)踐尚無(wú)問(wèn)題的情況，可允許區別對待”。這種語(yǔ)法值得商榷。對這部分電纜是繼續使用還是更換，便成為工程技術(shù)人員和企業(yè)投資爭議的焦點(diǎn)。運行經(jīng)驗表明，在上述條件下運行的電纜，絕緣擊穿故障的發(fā)生是離散、隨機的，并受多種因素的影響。其絕緣受損經(jīng)一定年限的累積，最終導致輸配電網(wǎng)絕緣水平整體劣化，電纜絕緣故障將會(huì )集中突發(fā)于一個(gè)時(shí)段，往往使企業(yè)的管理與維修部門(mén)措手不及。從圖1可以看出，這批電纜正是隨著(zhù)運行年的推移，絕緣擊穿故障年發(fā)生次數急劇上升。如若按電纜半導電構造特征分類(lèi)統計年事故率，則遠高于國外同類(lèi)產(chǎn)品。然而為維持這批6.0/10kV XLPE電纜的使用，其電氣預防性試驗工作卻一直未能正常開(kāi)展。

　　2004年9月，為調研這批電纜的絕緣狀況，對其中1條長(cháng)約1.30km的電纜線(xiàn)路進(jìn)行了直流耐壓泄漏電流值測定。當直流電壓升至2.5U0（即15kV）時(shí)，該電纜A相泄漏電流值達326μA、B相為60μA、C相為13μA.隨著(zhù)試驗電壓緩慢升高和試驗時(shí)間的延長(cháng)，電纜泄漏電流值仍有攀升的趨勢，在此情況便終止了試驗。試驗結果表明，該電纜的絕緣存在著(zhù)重大缺陷。又改做施加系統的正常運行電壓24h通電試驗，雖無(wú)異常，但當投運到39h20min時(shí)，該線(xiàn)路過(guò)電流保護動(dòng)作，斷路器跳閘原因不明。電纜再次運行117h后絕緣被擊穿。試驗結論：這批6.0/10kV XLPE電纜不應繼續使用。

　　2、絕緣設計與使用壽命

　　我國10kV供電系統應用XLPE電纜已近20年，但對XLPE電纜使用年限的認識尚未統一，有待進(jìn)一步實(shí)踐和總結。但對國內早期批量生產(chǎn)的E-T型結構XLPE電纜，且在額定相電壓值運行條件下，其使用年限未能超過(guò)7年，已是不爭的事實(shí)。

　　對于大規模應用10kV XLPE電纜輸電的工程設計，除保證建設項目供電網(wǎng)絡(luò )和電力系統的安全運行外，不能不考慮電纜使用年限的問(wèn)題。正常情況下，電纜密封構造良好、絕緣水平裕度寬泛適度，則電纜使用的年限就長(cháng)。筆者走訪(fǎng)了本地區一些6kV供電的大、中型企業(yè)，發(fā)現有部分敷設于20世紀50年代中期的油浸紙絕緣鉛包鋼帶鎧裝瀝青麻被外護套銅芯電纜仍在使用，其根本原因是采用這種6.0/10kV絕緣電纜并締結于6kV中性點(diǎn)不接地系統，其相對地電壓絕緣設計為1.73U0，電纜的絕緣裕度寬泛；且依賴(lài)于電纜鉛包具有良好的密封、絕緣油的外溢封堵防潮性能和自愈作用。反觀(guān)國內早期批量生產(chǎn)的E-T型10kV XLPE電纜，其防水、阻水性能較差，加上采用的是“2+1”擠包、水蒸汽交聯(lián)生產(chǎn)工藝，極易在電纜主絕緣層生成水樹(shù)、氣泡和夾雜等問(wèn)題，嚴重地影響了電纜絕緣性能與其使用壽命。

　　我國擬訂用的8.7/10kV XLPE電纜等同于國外8.7/15kV絕緣電壓等級的電纜，8.7/10kV XLPE電纜相電壓的設計按1.5U0確定，其絕緣等級雖已高于國內行業(yè)標準規定的1.33U0，但仍低于IEC 183：1987標準規定的1.73U0.GB 50217-1994《電力工程電纜設計規范》中第3.3.2條：交流系統中電力電纜纜芯與絕緣屏蔽或金屬套之間額定電壓的選擇第（2）項指出：“對于（1）項外的供電系統，不宜低于133%的使用回路工作相電壓；在單相接地故障可能持續8h以上，或發(fā)電機回路等安全性要求較高的情況，宜采取173%的使用回路工作相電壓”。規定了選擇使用133%相電壓和173%相電壓絕緣的界限，并說(shuō)明此規定與我國頒發(fā)的SOJ

　　26-1989、DL 401-1991、SD 289-1988行業(yè)標準一致，且與美國ASTM 470-1981、IEC183標準相似，但沒(méi)有AEICCSS-1982保守。因此，設計人員應當認真閱讀設計規范的若干規定和要求，掌握XLPE電纜絕緣設計的要點(diǎn)；了解所要締結電力系統的中性點(diǎn)接地制式。除此而外，對規程條文說(shuō)明的一些細節，也應引起工程設計人員的關(guān)注。

　　眾所周知，電纜屬于分布參數元件，運行中一些過(guò)電壓波進(jìn)入電纜后將會(huì )產(chǎn)生疊加現象，各種過(guò)電壓對其絕緣的破壞程度要比對其他電器設備嚴重得多，故必須考慮電纜絕緣耐受系統大氣過(guò)電壓和操作過(guò)電壓的能力，及其附件、相關(guān)設備絕緣的配合問(wèn)題。如選6.0/10kV、8.7/10kV絕緣電壓等級電纜的最高工作電壓Um為12kV；選8.7/15kV的Um為18kV.可以說(shuō)選定了電纜型號規格便確定了擬建電網(wǎng)的絕緣水平與電纜使用的年限。該企業(yè)自1997年在續建的電纜線(xiàn)路工程設計中采用了約16.0km的8.7/15kV E-E型結構的10kV XLPE電纜，投運7年來(lái)，未發(fā)生過(guò)一起絕緣擊穿故障，電網(wǎng)安全運行情況截然不同。

　　3、結論

　　鑒于我國電線(xiàn)電纜標準技術(shù)委員會(huì )重新修訂的GB/T 12706.1～4-2002《額定電壓1kV（Um=1.2kV）到35kV（Um=40.5kV）擠包絕緣電力電纜及附件》已與國際標準IEC 60502-1997接軌，10kVXLPE電纜的出廠(chǎng)例行試驗的質(zhì)量技術(shù)指標也已全面提升，對質(zhì)量控制更加嚴格。這使《電力工程電纜設計規范》中有關(guān)絕緣水平設計所參照的行業(yè)標準已顯滯后。另外該規范中有關(guān)高壓電纜絕緣選擇的分類(lèi)及故障電纜持續運行的時(shí)間（引于IEC 183-1984和IEC 183-1965標準）不僅與國內電氣運行所執行的原水電部電氣事故處理規程中對不接地系統允許單相故障接地時(shí)間為2h的規定不一致，而且與新頒布的GB/T 12706.1～4-2002標準中規定的要求也不一致。該規定對絕緣等級B類(lèi)的描述如下：“可在單相接地故障時(shí)作短時(shí)運行，根據JB/T 8996規定，接地故障時(shí)間不得超過(guò)1h，對于本標準包括的電纜允許更長(cháng)時(shí)間的帶故障運行時(shí)間，但在任何情況下，不得超過(guò)8h，每年接地故障不超過(guò)125h”。

　　筆者建議：對GB 50217—1994《電力工程電纜設計規范》中有關(guān)電纜絕緣水平規定的條款進(jìn)行調整或修正，盡快與國際標準和相關(guān)的國家標準接軌；對條文說(shuō)明中的一些不確定提法應予刪除，避免在概念上引起混淆。

　　參考文獻

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