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(tǒng)中的運(yùn)行狀況，以及對(duì)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(zhǎng)期的追蹤觀察情況。運(yùn)行實(shí)踐表明，《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)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(shè)計(jì) 絕緣 運(yùn)行 配電系統(tǒng)

　　供電工程中，10kV交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電纜的應(yīng)用范圍廣，且敷設(shè)量大。除電力系統(tǒng)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(qū)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(tǒng)；10kV XLPE電纜又有6.0/10kV、8.7/10kV、8.7/15kV 3種絕緣電壓的等級(jí)供設(shè)計(jì)人員選用，故在10kV XLPE電纜的絕緣水平設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)嚴(yán)加區(qū)分。我國(guó)應(yīng)用XLPE電纜的初期，一些設(shè)計(jì)人員僅依據(jù)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(shè)計(jì)。忽略了XLPE電纜對(duì)纜芯與絕緣屏蔽層或護(hù)套間的額定電壓U0（相對(duì)地電壓）的特殊規(guī)定，因而所設(shè)計(jì)的XLPE電纜相對(duì)地電壓U0等于系統(tǒng)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(tǒng)出現(xiàn)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(duì)一批在系統(tǒng)額定相電壓值條件下運(yùn)行的6.0/10kV XLPE電纜進(jìn)行了長(zhǎng)期的追蹤觀察。

　　1.故障統(tǒng)計(jì)與分析

　　某工程供電系統(tǒng)于1991年2月并網(wǎng)投運(yùn)，10kV電源為中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，所用電纜為國(guó)內(nèi)早期批量生產(chǎn)的E-T型結(jié)構(gòu)6.0/10kV XLPE電纜，長(zhǎng)約30km.該電纜長(zhǎng)期處于額定相電壓值條件下做無(wú)絕緣裕度運(yùn)行。14年來(lái)，這批電纜承受系統(tǒng)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(xù)時(shí)間累計(jì)超過(guò)7h 15min.其中，因故障線路帶有重要負(fù)荷而不能及時(shí)撤除運(yùn)行，致使接地持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)2h 15min.電纜各種類(lèi)型的損壞累計(jì)達(dá)46次，其中電纜本體絕緣被擊穿30次，占故障總數(shù)的65.22%.

　　在長(zhǎng)年的追蹤觀察中，發(fā)現(xiàn)這批6.0/10kV XLPE電纜因水樹(shù)現(xiàn)象被擊穿、在主絕緣層形成孔洞。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)了早期生產(chǎn)的XLPE電纜因設(shè)備、工藝條件所限，致使電纜主絕緣層出現(xiàn)薄厚不均和同心度差等問(wèn)題�，F(xiàn)將這批電纜在1991～2004年間損壞的次數(shù)統(tǒng)計(jì)整理列于表1.這批電纜運(yùn)行至第7年，供電系統(tǒng)便發(fā)生了罕見(jiàn)的非同相兩點(diǎn)接地短路故障，預(yù)示著該輸配電網(wǎng)的電纜絕緣水平整體下降。表明一旦電網(wǎng)出現(xiàn)單相接地，非故障相已無(wú)法承受相對(duì)地電壓的升高。自1998年7月至2000年5月約660天內(nèi)，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(dá)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(shù)統(tǒng)計(jì)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(yán)重。故障電纜線路約2.30km.搶修后，對(duì)電纜進(jìn)行直流耐壓泄漏電流值測(cè)試，當(dāng)試驗(yàn)電壓升至0.50kV時(shí)，試驗(yàn)裝置保護(hù)動(dòng)作，試驗(yàn)被迫中斷。該電纜絕緣又出現(xiàn)新的擊穿點(diǎn)，如此反復(fù)數(shù)次，新的擊穿點(diǎn)不斷地向電源和負(fù)荷兩側(cè)延伸發(fā)展。種種跡象表明，該電纜線路絕緣已全線劣化，無(wú)修復(fù)價(jià)值。在重新敷設(shè)新電纜線路的同時(shí)，對(duì)報(bào)廢的電纜線路進(jìn)行了分段拆除，在距電源締結(jié)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(hù)套破損是導(dǎo)致絕緣劣化的主要原因之一。

　　GB 50217-1994《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》頒布于1994年11月，于1995年7月實(shí)施。規(guī)范條文說(shuō)明中，對(duì)工程已發(fā)生錯(cuò)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(duì)有的行業(yè)系統(tǒng)采用額定相電壓值后運(yùn)行實(shí)踐尚無(wú)問(wèn)題的情況，可允許區(qū)別對(duì)待”。這種語(yǔ)法值得商榷。對(duì)這部分電纜是繼續(xù)使用還是更換，便成為工程技術(shù)人員和企業(yè)投資爭(zhēng)議的焦點(diǎn)。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在上述條件下運(yùn)行的電纜，絕緣擊穿故障的發(fā)生是離散、隨機(jī)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(dǎo)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，這批電纜正是隨著運(yùn)行年的推移，絕緣擊穿故障年發(fā)生次數(shù)急劇上升。如若按電纜半導(dǎo)電構(gòu)造特征分類(lèi)統(tǒng)計(jì)年事故率，則遠(yuǎn)高于國(guó)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(yù)防性試驗(yàn)工作卻一直未能正常開(kāi)展。

　　2004年9月，為調(diào)研這批電纜的絕緣狀況，對(duì)其中1條長(zhǎng)約1.30km的電纜線路進(jìn)行了直流耐壓泄漏電流值測(cè)定。當(dāng)直流電壓升至2.5U0（即15kV）時(shí)，該電纜A相泄漏電流值達(dá)326μA、B相為60μA、C相為13μA.隨著試驗(yàn)電壓緩慢升高和試驗(yàn)時(shí)間的延長(zhǎng)，電纜泄漏電流值仍有攀升的趨勢(shì)，在此情況便終止了試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，該電纜的絕緣存在著重大缺陷。又改做施加系統(tǒng)的正常運(yùn)行電壓24h通電試驗(yàn)，雖無(wú)異常，但當(dāng)投運(yùn)到39h20min時(shí)，該線路過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作，斷路器跳閘原因不明。電纜再次運(yùn)行117h后絕緣被擊穿。試驗(yàn)結(jié)論：這批6.0/10kV XLPE電纜不應(yīng)繼續(xù)使用。

　　2、絕緣設(shè)計(jì)與使用壽命

　　我國(guó)10kV供電系統(tǒng)應(yīng)用XLPE電纜已近20年，但對(duì)XLPE電纜使用年限的認(rèn)識(shí)尚未統(tǒng)一，有待進(jìn)一步實(shí)踐和總結(jié)。但對(duì)國(guó)內(nèi)早期批量生產(chǎn)的E-T型結(jié)構(gòu)XLPE電纜，且在額定相電壓值運(yùn)行條件下，其使用年限未能超過(guò)7年，已是不爭(zhēng)的事實(shí)。

　　對(duì)于大規(guī)模應(yīng)用10kV XLPE電纜輸電的工程設(shè)計(jì)，除保證建設(shè)項(xiàng)目供電網(wǎng)絡(luò)和電力系統(tǒng)的安全運(yùn)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(gòu)造良好、絕緣水平裕度寬泛適度，則電纜使用的年限就長(zhǎng)。筆者走訪了本地區(qū)一些6kV供電的大、中型企業(yè)，發(fā)現(xiàn)有部分敷設(shè)于20世紀(jì)50年代中期的油浸紙絕緣鉛包鋼帶鎧裝瀝青麻被外護(hù)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(jié)于6kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，其相對(duì)地電壓絕緣設(shè)計(jì)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。反觀國(guó)內(nèi)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(yán)重地影響了電纜絕緣性能與其使用壽命。

　　我國(guó)擬訂用的8.7/10kV XLPE電纜等同于國(guó)外8.7/15kV絕緣電壓等級(jí)的電纜，8.7/10kV XLPE電纜相電壓的設(shè)計(jì)按1.5U0確定，其絕緣等級(jí)雖已高于國(guó)內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的1.33U0，但仍低于IEC 183：1987標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的1.73U0.GB 50217-1994《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》中第3.3.2條：交流系統(tǒng)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(xiàng)指出：“對(duì)于（1）項(xiàng)外的供電系統(tǒng)，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(xù)8h以上，或發(fā)電機(jī)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(guī)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(guī)定與我國(guó)頒發(fā)的SOJ

　　26-1989、DL 401-1991、SD 289-1988行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一致，且與美國(guó)ASTM 470-1981、IEC183標(biāo)準(zhǔn)相似，但沒(méi)有AEICCSS-1982保守。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)真閱讀設(shè)計(jì)規(guī)范的若干規(guī)定和要求，掌握XLPE電纜絕緣設(shè)計(jì)的要點(diǎn)；了解所要締結(jié)電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地制式。除此而外，對(duì)規(guī)程條文說(shuō)明的一些細(xì)節(jié)，也應(yīng)引起工程設(shè)計(jì)人員的關(guān)注。

　　眾所周知，電纜屬于分布參數(shù)元件，運(yùn)行中一些過(guò)電壓波進(jìn)入電纜后將會(huì)產(chǎn)生疊加現(xiàn)象，各種過(guò)電壓對(duì)其絕緣的破壞程度要比對(duì)其他電器設(shè)備嚴(yán)重得多，故必須考慮電纜絕緣耐受系統(tǒng)大氣過(guò)電壓和操作過(guò)電壓的能力，及其附件、相關(guān)設(shè)備絕緣的配合問(wèn)題。如選6.0/10kV、8.7/10kV絕緣電壓等級(jí)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(hào)規(guī)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(xù)建的電纜線路工程設(shè)計(jì)中采用了約16.0km的8.7/15kV E-E型結(jié)構(gòu)的10kV XLPE電纜，投運(yùn)7年來(lái)，未發(fā)生過(guò)一起絕緣擊穿故障，電網(wǎng)安全運(yùn)行情況截然不同。

　　3、結(jié)論

　　鑒于我國(guó)電線電纜標(biāo)準(zhǔn)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 60502-1997接軌，10kVXLPE電纜的出廠例行試驗(yàn)的質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)也已全面提升，對(duì)質(zhì)量控制更加嚴(yán)格。這使《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》中有關(guān)絕緣水平設(shè)計(jì)所參照的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已顯滯后。另外該規(guī)范中有關(guān)高壓電纜絕緣選擇的分類(lèi)及故障電纜持續(xù)運(yùn)行的時(shí)間（引于IEC 183-1984和IEC 183-1965標(biāo)準(zhǔn)）不僅與國(guó)內(nèi)電氣運(yùn)行所執(zhí)行的原水電部電氣事故處理規(guī)程中對(duì)不接地系統(tǒng)允許單相故障接地時(shí)間為2h的規(guī)定不一致，而且與新頒布的GB/T 12706.1～4-2002標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的要求也不一致。該規(guī)定對(duì)絕緣等級(jí)B類(lèi)的描述如下：“可在單相接地故障時(shí)作短時(shí)運(yùn)行，根據(jù)JB/T 8996規(guī)定，接地故障時(shí)間不得超過(guò)1h，對(duì)于本標(biāo)準(zhǔn)包括的電纜允許更長(zhǎng)時(shí)間的帶故障運(yùn)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(duì)GB 50217—1994《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》中有關(guān)電纜絕緣水平規(guī)定的條款進(jìn)行調(diào)整或修正，盡快與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)接軌；對(duì)條文說(shuō)明中的一些不確定提法應(yīng)予刪除，避免在概念上引起混淆。

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