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交联电缆近期应做的工作 - 无图版
hailiang --- 2007-08-17 14:16:25
1
交联电缆近期应做的工作
1. 应制订较为严格的产品考核标准和试验要求
⑴ 制订较严格的各项试验标准
固态挤包力缆加工工序简单，任何一种电压等级的电缆绝缘，只要经过挤包、有时要交联，绝缘缆芯就加工完成了。可是对怎样简单的加工工序，要求却非常高。一些工艺控制、或对生产环境的控制和绝缘料纯净程度的选择稍有不当，就会在很大程度上影响产品质量，必须有较为严格的标准进行控制。可我国国标GB 12706-91制订时，是代表十年前的产品水平，现在IEC 60502-97国际标准公布已近两年，要赶快修订标准，由于国标修订要有一段时间，企业应先修订企业标准，现将线缆行业搜集到的世界各国交联电缆产品标准化情况列于表１中，供各电缆企业参考。企业可根据自身产品质量控制情况，制订相应的企业标准。 企标的水平是一个企业产品技术水平的标志，制订相应的企标是非常重要的。从表1可见：产品出厂的局部放电水平在原国标中为1.5Uo-20pC，而IEC 60502-97已经提高到1.73Uo-10pC了。实质上产品局部放电并不是最灵敏的方法，但目前还是唯一的方法。表2列出了日本早年[10]提出的绝缘中微孔尺寸和局部放电的关系数据，近年来日本电气协同又提出了微孔尺寸和局部放电的计算公式，经计算列于表3中。从表2中可见：原国标的试验指标可允许电缆绝缘中存在800μm的大气泡，是难以保证产品质量的，为此世界上一些发达国家已将局部放电的指标控制在2Uo-5pC水平。实际上如果一个企业重视产品质量，对中低压交联电缆的局放指标均可稳定在2Uo-3pC及以下，较多的场合下局放仅为1pC及以下。对于出厂时的电压试验标准，IEC 60502-97中规定为3.5 Uo-5分钟（对10kV等级电缆），及IEC 60840－98中规定为2.5Uo-30分钟（对35kV等级电缆）。这项指标已规定得比较高了，应参照执行。但不能对成盘电缆出厂时的电压试验指标规定得太高，否则将会影响电缆的使用寿命，应慎重考虑。对高压交联电缆也均可参照IEC 60840-98标准考核。
⑵ 交联电缆的竣工试验要求
交联电缆在进行直流耐压竣工试验时，往往会在较低电压下很快地击穿，其击穿机理还不完全清楚。最近日本有关杂志报导[10]工艺完善的交联电缆，对施加直流耐压影响不大。不管如何，在竣工试验时进行直流耐压是不确当的，这已为大家所共识。其理由为：直流电压的绝缘击穿机理和交流电压完全不同，在交流系统中绝缘最容易击穿的地点，直流往往不能击穿，反之亦然。同时直流电场分布和交流电场分布也完全不同，故在交流电网系统中进行直流竣工试验是不确当的。上海和广东中试所联合发表文章[11]，提倡在中低压交联电缆上进行交流耐压试验，按IEC 60502-97规定，试验电压为1.73Uo-5分钟。并推荐采用工频串联谐振变压器进行试验，其Ｑ值达到30及以上，即变压器容量可减小1/30, 并建议采用YDX-35/15串联谐振变压器（75kVA,15kV）为10kV电缆的工频试验设备。该设备重量仅88kg。对35kV电缆，可采用容量大一些变压器，设备容量也大不了多少。这一建议是可行的，也就没有必要采用0.1赫的超低频设备，因为该设备耗资巨大，且和上述击穿机理不完全样。对于110kV高压交联电缆，采用上述串联谐振装置就太庞大了，上述作者建议采用振荡波耐压试验方法。该方法是1990年国际大电网会议21-09工作组推荐的，如无上述装置，还是采用IEC 60840-98中建议的交流电压Uo下24小时试验较好。目前西门子公司正推出一种VFSR变频谐振试验装置，不久将可能在高压电缆竣工试验时得到应用。
表 1
标准名称
标称电压
U(kV)
例行试验（耐压、局放）项目＊ ＊＊
耐 压 试 验
局部放电试验
其 它
IEC 60502-97
6～30
3.5Uo-5min
1.73Uo-10pC
IEC 60840-97
35～150
2.5Uo-30min
1.5Uo-10pC
IEC WG 11-97
220～500
220kV:2.5Uo-30min
500kV:1.9Uo-120min
1.5Uo-10pC
日本JEC 208,209
11～77
～2.53Uo-10min
第一步，第三步：
～1.3Uo-10pC(11～33kV)
～1.3Uo-5pC(66～77kV)
第二步
～2.5Uo-30pC(11～77kV)
进行微孔、杂质和凸起检验
美国
AEIC CS 5-86
5～35
8.7/15kV:～4Uo-5min
21/35kV:～3.4Uo-5min
26/35kV:～3.2Uo-5min
1Uo,1.5Uo,2.5Uo,3Uo-5pC
4Uo-10pC
进行微孔、杂质和凸起检验
AEIC CS 7-93
69～138
3Uo-15min后加
2.5Uo-30min
1Uo,1.5Uo, 2Uo-5pC
2Uo-5pC
进行微孔、杂质和凸起检验
德国 DIN 57273-78
VDE 0273-78
10～30
2.5Uo-5min
2Uo-5pC
瑞士 SEV-3437-80
10～30
2.5Uo-20min
2Uo-5pC
英国 BS 6622-85
6.6～33
6.6kV:～2.9Uo-5min
11～33kV:～2.4Uo-5min
～1.5Uo-10pC
瑞典 SS 4241417
12～420
12～170kV:～2.5Uo-5min
420kV:～2Uo-5min
第一步：～2Uo-10pC
第二步：～1.3～1.4Uo-10pC
法国 HN 33-S-51
HN 33-S-52
63～90
～2.2Uo-60min
未见规定
中国 GB 12706-91
GB 11017-89
1～35
110
2.5Uo-5min
2.5Uo-30min
1.5Uo-20pC(6～10kV)
1.5Uo-10pC
110kV电缆型式试验中进行微孔杂质检验
＊Uo=U／ , 对国产电缆Uo=U/ ×1.33。 ＊＊为便于比较，将原采用压数值，均折算成Uo倍数，成～Uo。
表 ２
电缆规格
施加电压
1.2Uo kV
微孔尺寸
μm
放电量
pC
22kV 100mm2
33kV
66kV
77kV
16
24
48
56
260
200
100
84
0.85
0.34
0.046
0.029
22kV 100mm2
33kV
66kV
77kV
16
24
48
56
800
400
190
168
13.0
1.5
0.15
0.10
表 ３
电缆规格
微孔直径
外施电压(kV)下局部放电量pC
1.5Uo
1.73Uo
2Uo
2.5Uo
8.7/10kV
2400mm2
200
300
400
0.4
1.5
3.4
0.5
1.7
4.0
0.6
2.0
4.6
0.7
2.4
5.8
26/35kV
240mm2
200
300
400
0.4
1.2
2.9
0.4
1.4
3.3
0.5
1.6
3.8
0.6
2.0
4.7
2. 进行电缆可靠性研究和数理统计
早在七十年代就对交联电缆进行可靠性研究，并采用威布尔参数评定电缆的老化寿命指数N值，很多专家学者都在这方面取得了较为显著的成果。我国在90年代初，上海电缆研究所曾进行过上述研究工作[3]，因无企业支撑而停止，可靠性研究项目应包括下列内容：
⑴交联电缆的加速老化试验
在2Uo电压下进行上万小时的浸水耐压试验，不断地对各种产品结构作研究；
⑵电缆绝缘的微孔杂质试验
它还包括加速老化试验后电缆样品的水树、电树检测及研究；
⑶交联电缆的电压寿命试验
采用威布尔分布进行数理统计和寿命评定，并进行整根电缆的工频击穿试验，为综合评价电缆寿命提供数据；
⑷交联电缆的长期老化试验
又称予鉴定试验，为CIGRE WG21-03工作组推荐，在1.7Uo下至少试验180个加热冷却循环，电压试加时间为一年；
⑸高压电缆的冲击击穿试验
用以评定高压电缆的冲击击穿水平；
⑹对运行中电缆进行故障击穿统计
将统计结果进行计算机处理，并定期公布某企业电缆的累计击穿故障率，在国外一个企业如没有这项统计，电缆是卖不出去的；
⑺综合评定电缆的寿命指数N值
预计电缆寿命，并在企业样本上公布电缆寿命曲线，供用户参考。
上述试验在日本和欧洲各电缆厂不停地工作着，如日本的N值已提高到12,最近500kV电缆已达到N=15，并及时给用户通报。这些试验希望生产交联电缆企业自身做，或共同出资，由行业协会委托大学与研究机构从事我国交联电缆基本理论工作。没有这些基本理论研究，我国交联电缆很难有飞跃突破。
3. 积极开发交联电缆热机械应力研究
在未来十年内，我国500kV电缆及全套附件定会在电力网中投运，因此必须进交联绝缘的基础研究工作。日本500V交联电缆绝缘厚度原为32mm，后改为27mm，其研究品仅25mm。日本的六大公司都在进行研究工作，并由日本很多电力公司，高等院校和六大制造企业联合组织研究试验，并提出了试验研究报告，发表于“电气协同”中[10]。实质上交联绝缘有着优异的介电性能，已于前述，其固有击穿场强可高达800kV/mm，又称本征击穿场强，但500kV电缆的冲击逐击击穿场强仅为100kV/mm，工频逐级击穿场强仅为50kV/mm，其工频设计电场强度对500kV电缆而言约在15～16kV/mm之间，有着很大的厚度效应。文献[12]提出了下列公式：
E=A·t[1-n]
其中：t为绝缘厚度(mm)，n=0.87，A=60kV/mm(对绝缘厚为13mm模拟电缆)。
如t=25mm时，EAC=40kV/mm；t=35mm时, EAC=38kV/mm。
从上例可知绝缘厚度由t=25mm增加到t=35mm时，即厚度增加了40％，可设计场强的改善只有5％，对500kV电缆增加绝缘厚度并不是一个好的选择。早在十年前日本几个大公司就着手研究绝缘杂质和微孔对交联绝缘的影响，但杂质含量和颗粒大小已下降到50μm及以下，有些绝缘中杂质颗粒只10～20μm及以下，对薄绝缘模拟结构(2mm)电缆可将工频击穿场强提高到64～75kV/mm，但对厚绝缘就看不出杂质颗粒有多大影响。由于采用干法交联，交联电缆微孔尺寸可下降到5～10μm，FZCV和MDCV交联工艺的微孔尺寸已可下降到1μm及以下，但仍解决不了厚绝缘电缆在较低场强下的击穿问题。
在90年代中期，发现在交联绝缘中产生的热机械应力，可使绝缘在较低的电压下击穿，特别是厚绝缘电缆产生的热机械应力更大。在对500kV电缆的研究中看到，经过老化试验后的电缆，其绝缘击穿水平反而比老化前更好，这可用经老化后的电缆，可消除热应力来解释。研究和消除交联厚绝缘的热应力，已是当前最为时新的课题了，可从研究交联工艺和电缆的绝缘屏蔽结构来改善绝缘热机械应力。最近西安交大在研究绝缘介质中的空间电荷分布，以及不均匀介质和空间电荷形成的关系问题，绝缘中产生热应力后，形成应力开裂，就是一个不均匀的介质。同济大学推荐了一种空间电荷的检测方法，用空间电荷的集聚来研究绝缘应力开裂，该方法已在英国获得成功。在今后十年内，交联绝缘热应力问题一定会得到重视和较好地解决。提高厚绝缘电缆的击穿水平是今后交联绝缘能否向更高电压等级前进的关键问题。
1. 应制订较为严格的产品考核标准和试验要求
⑴ 制订较严格的各项试验标准
固态挤包力缆加工工序简单，任何一种电压等级的电缆绝缘，只要经过挤包、有时要交联，绝缘缆芯就加工完成了。可是对怎样简单的加工工序，要求却非常高。一些工艺控制、或对生产环境的控制和绝缘料纯净程度的选择稍有不当，就会在很大程度上影响产品质量，必须有较为严格的标准进行控制。可我国国标GB 12706-91制订时，是代表十年前的产品水平，现在IEC 60502-97国际标准公布已近两年，要赶快修订标准，由于国标修订要有一段时间，企业应先修订企业标准，现将线缆行业搜集到的世界各国交联电缆产品标准化情况列于表１中，供各电缆企业参考。企业可根据自身产品质量控制情况，制订相应的企业标准。 企标的水平是一个企业产品技术水平的标志，制订相应的企标是非常重要的。从表1可见：产品出厂的局部放电水平在原国标中为1.5Uo-20pC，而IEC 60502-97已经提高到1.73Uo-10pC了。实质上产品局部放电并不是最灵敏的方法，但目前还是唯一的方法。表2列出了日本早年[10]提出的绝缘中微孔尺寸和局部放电的关系数据，近年来日本电气协同又提出了微孔尺寸和局部放电的计算公式，经计算列于表3中。从表2中可见：原国标的试验指标可允许电缆绝缘中存在800μm的大气泡，是难以保证产品质量的，为此世界上一些发达国家已将局部放电的指标控制在2Uo-5pC水平。实际上如果一个企业重视产品质量，对中低压交联电缆的局放指标均可稳定在2Uo-3pC及以下，较多的场合下局放仅为1pC及以下。对于出厂时的电压试验标准，IEC 60502-97中规定为3.5 Uo-5分钟（对10kV等级电缆），及IEC 60840－98中规定为2.5Uo-30分钟（对35kV等级电缆）。这项指标已规定得比较高了，应参照执行。但不能对成盘电缆出厂时的电压试验指标规定得太高，否则将会影响电缆的使用寿命，应慎重考虑。对高压交联电缆也均可参照IEC 60840-98标准考核。
⑵ 交联电缆的竣工试验要求
交联电缆在进行直流耐压竣工试验时，往往会在较低电压下很快地击穿，其击穿机理还不完全清楚。最近日本有关杂志报导[10]工艺完善的交联电缆，对施加直流耐压影响不大。不管如何，在竣工试验时进行直流耐压是不确当的，这已为大家所共识。其理由为：直流电压的绝缘击穿机理和交流电压完全不同，在交流系统中绝缘最容易击穿的地点，直流往往不能击穿，反之亦然。同时直流电场分布和交流电场分布也完全不同，故在交流电网系统中进行直流竣工试验是不确当的。上海和广东中试所联合发表文章[11]，提倡在中低压交联电缆上进行交流耐压试验，按IEC 60502-97规定，试验电压为1.73Uo-5分钟。并推荐采用工频串联谐振变压器进行试验，其Ｑ值达到30及以上，即变压器容量可减小1/30, 并建议采用YDX-35/15串联谐振变压器（75kVA,15kV）为10kV电缆的工频试验设备。该设备重量仅88kg。对35kV电缆，可采用容量大一些变压器，设备容量也大不了多少。这一建议是可行的，也就没有必要采用0.1赫的超低频设备，因为该设备耗资巨大，且和上述击穿机理不完全样。对于110kV高压交联电缆，采用上述串联谐振装置就太庞大了，上述作者建议采用振荡波耐压试验方法。该方法是1990年国际大电网会议21-09工作组推荐的，如无上述装置，还是采用IEC 60840-98中建议的交流电压Uo下24小时试验较好。目前西门子公司正推出一种VFSR变频谐振试验装置，不久将可能在高压电缆竣工试验时得到应用。
表 1
标准名称
标称电压
U(kV)
例行试验（耐压、局放）项目＊ ＊＊
耐 压 试 验
局部放电试验
其 它
IEC 60502-97
6～30
3.5Uo-5min
1.73Uo-10pC
IEC 60840-97
35～150
2.5Uo-30min
1.5Uo-10pC
IEC WG 11-97
220～500
220kV:2.5Uo-30min
500kV:1.9Uo-120min
1.5Uo-10pC
日本JEC 208,209
11～77
～2.53Uo-10min
第一步，第三步：
～1.3Uo-10pC(11～33kV)
～1.3Uo-5pC(66～77kV)
第二步
～2.5Uo-30pC(11～77kV)
进行微孔、杂质和凸起检验
美国
AEIC CS 5-86
5～35
8.7/15kV:～4Uo-5min
21/35kV:～3.4Uo-5min
26/35kV:～3.2Uo-5min
1Uo,1.5Uo,2.5Uo,3Uo-5pC
4Uo-10pC
进行微孔、杂质和凸起检验
AEIC CS 7-93
69～138
3Uo-15min后加
2.5Uo-30min
1Uo,1.5Uo, 2Uo-5pC
2Uo-5pC
进行微孔、杂质和凸起检验
德国 DIN 57273-78
VDE 0273-78
10～30
2.5Uo-5min
2Uo-5pC
瑞士 SEV-3437-80
10～30
2.5Uo-20min
2Uo-5pC
英国 BS 6622-85
6.6～33
6.6kV:～2.9Uo-5min
11～33kV:～2.4Uo-5min
～1.5Uo-10pC
瑞典 SS 4241417
12～420
12～170kV:～2.5Uo-5min
420kV:～2Uo-5min
第一步：～2Uo-10pC
第二步：～1.3～1.4Uo-10pC
法国 HN 33-S-51
HN 33-S-52
63～90
～2.2Uo-60min
未见规定
中国 GB 12706-91
GB 11017-89
1～35
110
2.5Uo-5min
2.5Uo-30min
1.5Uo-20pC(6～10kV)
1.5Uo-10pC
110kV电缆型式试验中进行微孔杂质检验
＊Uo=U／ , 对国产电缆Uo=U/ ×1.33。 ＊＊为便于比较，将原采用压数值，均折算成Uo倍数，成～Uo。
表 ２
电缆规格
施加电压
1.2Uo kV
微孔尺寸
μm
放电量
pC
22kV 100mm2
33kV
66kV
77kV
16
24
48
56
260
200
100
84
0.85
0.34
0.046
0.029
22kV 100mm2
33kV
66kV
77kV
16
24
48
56
800
400
190
168
13.0
1.5
0.15
0.10
表 ３
电缆规格
微孔直径
外施电压(kV)下局部放电量pC
1.5Uo
1.73Uo
2Uo
2.5Uo
8.7/10kV
2400mm2
200
300
400
0.4
1.5
3.4
0.5
1.7
4.0
0.6
2.0
4.6
0.7
2.4
5.8
26/35kV
240mm2
200
300
400
0.4
1.2
2.9
0.4
1.4
3.3
0.5
1.6
3.8
0.6
2.0
4.7
2. 进行电缆可靠性研究和数理统计
早在七十年代就对交联电缆进行可靠性研究，并采用威布尔参数评定电缆的老化寿命指数N值，很多专家学者都在这方面取得了较为显著的成果。我国在90年代初，上海电缆研究所曾进行过上述研究工作[3]，因无企业支撑而停止，可靠性研究项目应包括下列内容：
⑴交联电缆的加速老化试验
在2Uo电压下进行上万小时的浸水耐压试验，不断地对各种产品结构作研究；
⑵电缆绝缘的微孔杂质试验
它还包括加速老化试验后电缆样品的水树、电树检测及研究；
⑶交联电缆的电压寿命试验
采用威布尔分布进行数理统计和寿命评定，并进行整根电缆的工频击穿试验，为综合评价电缆寿命提供数据；
⑷交联电缆的长期老化试验
又称予鉴定试验，为CIGRE WG21-03工作组推荐，在1.7Uo下至少试验180个加热冷却循环，电压试加时间为一年；
⑸高压电缆的冲击击穿试验
用以评定高压电缆的冲击击穿水平；
⑹对运行中电缆进行故障击穿统计
将统计结果进行计算机处理，并定期公布某企业电缆的累计击穿故障率，在国外一个企业如没有这项统计，电缆是卖不出去的；
⑺综合评定电缆的寿命指数N值
预计电缆寿命，并在企业样本上公布电缆寿命曲线，供用户参考。
上述试验在日本和欧洲各电缆厂不停地工作着，如日本的N值已提高到12,最近500kV电缆已达到N=15，并及时给用户通报。这些试验希望生产交联电缆企业自身做，或共同出资，由行业协会委托大学与研究机构从事我国交联电缆基本理论工作。没有这些基本理论研究，我国交联电缆很难有飞跃突破。
3. 积极开发交联电缆热机械应力研究
在未来十年内，我国500kV电缆及全套附件定会在电力网中投运，因此必须进交联绝缘的基础研究工作。日本500V交联电缆绝缘厚度原为32mm，后改为27mm，其研究品仅25mm。日本的六大公司都在进行研究工作，并由日本很多电力公司，高等院校和六大制造企业联合组织研究试验，并提出了试验研究报告，发表于“电气协同”中[10]。实质上交联绝缘有着优异的介电性能，已于前述，其固有击穿场强可高达800kV/mm，又称本征击穿场强，但500kV电缆的冲击逐击击穿场强仅为100kV/mm，工频逐级击穿场强仅为50kV/mm，其工频设计电场强度对500kV电缆而言约在15～16kV/mm之间，有着很大的厚度效应。文献[12]提出了下列公式：
E=A·t[1-n]
其中：t为绝缘厚度(mm)，n=0.87，A=60kV/mm(对绝缘厚为13mm模拟电缆)。
如t=25mm时，EAC=40kV/mm；t=35mm时, EAC=38kV/mm。
从上例可知绝缘厚度由t=25mm增加到t=35mm时，即厚度增加了40％，可设计场强的改善只有5％，对500kV电缆增加绝缘厚度并不是一个好的选择。早在十年前日本几个大公司就着手研究绝缘杂质和微孔对交联绝缘的影响，但杂质含量和颗粒大小已下降到50μm及以下，有些绝缘中杂质颗粒只10～20μm及以下，对薄绝缘模拟结构(2mm)电缆可将工频击穿场强提高到64～75kV/mm，但对厚绝缘就看不出杂质颗粒有多大影响。由于采用干法交联，交联电缆微孔尺寸可下降到5～10μm，FZCV和MDCV交联工艺的微孔尺寸已可下降到1μm及以下，但仍解决不了厚绝缘电缆在较低场强下的击穿问题。
在90年代中期，发现在交联绝缘中产生的热机械应力，可使绝缘在较低的电压下击穿，特别是厚绝缘电缆产生的热机械应力更大。在对500kV电缆的研究中看到，经过老化试验后的电缆，其绝缘击穿水平反而比老化前更好，这可用经老化后的电缆，可消除热应力来解释。研究和消除交联厚绝缘的热应力，已是当前最为时新的课题了，可从研究交联工艺和电缆的绝缘屏蔽结构来改善绝缘热机械应力。最近西安交大在研究绝缘介质中的空间电荷分布，以及不均匀介质和空间电荷形成的关系问题，绝缘中产生热应力后，形成应力开裂，就是一个不均匀的介质。同济大学推荐了一种空间电荷的检测方法，用空间电荷的集聚来研究绝缘应力开裂，该方法已在英国获得成功。在今后十年内，交联绝缘热应力问题一定会得到重视和较好地解决。提高厚绝缘电缆的击穿水平是今后交联绝缘能否向更高电压等级前进的关键问题。
yxc194900 --- 2013-03-06 23:21:50
2
很好呀