摘　要　同一制造廠分別采用5種不同電纜絕緣料，生產(chǎn)同一絕緣結(jié)構(gòu)的電纜，并制作成90個(gè)電纜試樣。在相同試驗(yàn)條件下，進(jìn)行14天負(fù)荷循環(huán)、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(yàn)，然后對(duì)老化前原始樣和老化后電纜試樣共六種不同老化狀態(tài)的電纜試樣進(jìn)行工頻逐級(jí)擊穿，試驗(yàn)研究XLPE電力電纜工頻擊穿特性。試驗(yàn)結(jié)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(duì)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(jīng)過480天加速老化試驗(yàn)后仍保持較好的工頻擊穿特性，安全運(yùn)行壽命較長(zhǎng)。  
　　關(guān)鍵詞　抗水樹　XLPE電纜　電力電纜　加速老化　工頻擊穿　  絕緣結(jié)構(gòu)  
　　0 引 言  
　　隨著國(guó)內(nèi)外絕緣材料制造水平和電力電纜制造技術(shù)的迅速發(fā)展，電力電纜本體中的微孔、雜質(zhì)的尺寸和含量以及線芯偏心度等關(guān)健技術(shù)指標(biāo)得到了嚴(yán)格控制，產(chǎn)品質(zhì)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(dǎo)致運(yùn)行擊穿故障數(shù)量約占電力電纜運(yùn)行故障總數(shù)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(jì)末，國(guó)內(nèi)外高分子聚合物領(lǐng)域?qū)＜?、學(xué)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(yùn)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(zhì)，連續(xù)生產(chǎn)的普通XLPE絕緣和抗水樹XLPE絕緣電力電纜共90個(gè)電纜試樣為研究對(duì)象，所選取的電纜試樣的電壓等級(jí)、型號(hào)規(guī)格和絞合方式均相同。在相同試驗(yàn)條件下，進(jìn)行14天負(fù)荷循環(huán)、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(yàn)，然后對(duì)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(tài)的電纜試樣進(jìn)行工頻逐級(jí)擊穿，試驗(yàn)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(shè)計(jì)、運(yùn)行維護(hù)等部門根據(jù)電纜線路運(yùn)行條件，合理選取XLPE絕緣電力電纜提供理論依據(jù)。  
　　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(duì)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(jí)、型號(hào)規(guī)格和絞合方式均相同。電纜試樣的線芯加工過程采用連續(xù)生產(chǎn)方式，每段試樣之間有1000 m的過渡長(zhǎng)度以保證多段材料的純凈和試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。電纜試樣的基本情況列入表1中。  
　   2　試驗(yàn)程序  
　　被試的每種電纜試品由18個(gè)試樣組成，五種電纜試品共有90個(gè)試樣，五種電纜按圖1所示流程圖進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)[1,2]。   
      2.1　加速老化試驗(yàn)  
　　將被試電纜置于電纜導(dǎo)管裝置中，在電纜導(dǎo)體中的間隙以及電纜導(dǎo)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(yīng)該使管外導(dǎo)體溫度在通電流8 h期間的后4 h達(dá)到并保持在95℃～100℃范圍內(nèi)，在電纜導(dǎo)體上連續(xù)施加27±1 kV的工頻電壓作為一個(gè)加速老化天。對(duì)每一根電纜的13、14和15號(hào)試樣進(jìn)行120天的加速老化，16、17和18號(hào)試樣進(jìn)行180天的加速老化，19、20和21號(hào)試樣進(jìn)行360天的加速老化，22、23和24號(hào)試樣進(jìn)行480天的加速老化。  
　　2.2 工頻逐級(jí)擊穿試驗(yàn)  
　　為了考核試樣在14天負(fù)荷循環(huán)前后以及經(jīng)過加速老化試驗(yàn)后的電纜試樣的工頻擊穿性能，對(duì)電纜試樣分別進(jìn)行工頻逐級(jí)擊穿試驗(yàn)。試驗(yàn)在室溫下進(jìn)行，將電纜試樣的兩端裝入350 kV水終端中，起始試驗(yàn)電壓值18 kV，保持5 mm，然后試驗(yàn)電壓按7 kV的幅值為一級(jí)，每級(jí)保持5 mm，逐級(jí)升壓，直至電纜試樣擊穿。  
　　3 試驗(yàn)結(jié)果及分析  
　　電纜A和電纜B在經(jīng)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(yàn)，但在129天時(shí)開始出現(xiàn)擊穿，356天時(shí)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(yàn)結(jié)果的直方圖見圖2和圖3。  
      從這五種電纜試樣的工頻逐級(jí)擊穿試驗(yàn)的結(jié)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(chǎng)強(qiáng)為45.1 kV/mm，電纜B的原始平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)為45.2 kV/mm，電纜C的原始平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)為44.5 kV/mm，電纜D的原始平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)為38.8 kV/mm，電纜E的原始平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)強(qiáng)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(yàn)，這說明材料配方對(duì)電力電纜的長(zhǎng)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(dǎo)體屏蔽和絕緣屏蔽均為普通材料，其長(zhǎng)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(xiàn)擊穿現(xiàn)象，356天時(shí)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(chǎng)強(qiáng)為33.1 kV/mm，擊穿強(qiáng)度下降了14.7%，電纜E在480天后的平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)為25.5 kV/mm，擊穿強(qiáng)度下降了34.1%，電纜D和電纜E的長(zhǎng)期可靠性較高，使用壽命較長(zhǎng)，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(chǎn)，生產(chǎn)工序和生產(chǎn)工藝完全一樣，因此可以排除設(shè)備和人為因數(shù)的影響。電纜在加速老化過程中雖然導(dǎo)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(zhì)，從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，普通XLPE電纜料中的微孔尺寸偏大，雜質(zhì)含量偏高，外界遷移進(jìn)入的水份容易在缺陷處凝結(jié)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(zhì)數(shù)量明顯減少，特殊配方使得水分分散、不易凝結(jié)，阻止或減緩水樹枝的形成。絕緣中微孔尺寸偏大，雜質(zhì)含量偏高會(huì)使電纜過早地發(fā)生擊穿，降低電纜的使用壽命，這也同時(shí)證實(shí)了潔凈的電纜絕緣料對(duì)電纜可靠性的重要性。因此，各電纜材料制造商應(yīng)進(jìn)一步研究XLPE電纜料的性能，減少絕緣中的微孔和雜質(zhì)，提高絕緣的擊穿性能.  
　　4　結(jié)論  
　　(1)采用普通XLPE電纜料制造的電纜，由于其雜質(zhì)含量偏高，在加速老化過程中電纜本體會(huì)發(fā)生擊穿，電纜的長(zhǎng)期可靠性不高，使用壽命不長(zhǎng);  
　　(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(yàn)，其電纜的擊穿性能較高，平均擊穿強(qiáng)度比原始平均擊穿強(qiáng)度下降14.7%～34.1%，電纜的長(zhǎng)期可靠性高，使用壽命長(zhǎng);  
　　(3)使用雜質(zhì)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(wǎng)安全可靠地運(yùn)行;  
　　(4)普通XLPE絕緣料的性能需要改進(jìn)，減少絕緣中微孔尺寸和雜質(zhì)含量是重點(diǎn)解決的問題之一。