高压电缆缓冲层烧蚀击穿！故障为何发生，又该如何检测？
导读
国内高压XLPE绝缘电缆基本采用皱纹铝套的金属屏蔽结构，半导电缓冲层位于挤包绝缘线芯和金属套之间，经由缓冲带材绕包工艺制成。半导电缓冲层作为电缆内部高电位向低电位过渡、绝缘向金属接地过渡的组成单元，实现绝缘线芯轴向连续有效接地。考虑电缆在某些敷设环境中会受到水分的影响，要求缓冲层具有纵向阻水特性。
常规的皱纹铝套与缓冲层之间呈间隔线状接触，如果缓冲层选材、设计、生产或应用等环节控制不当，会导致绝缘线芯接地不良，严重的情况可表现为缓冲层表面粉状析出、铝套内表面局部腐蚀甚至绝缘屏蔽局部电蚀，直至损伤主绝缘，引发击穿故障，这成为高压电力电缆设计、制造和运行的难点和痛点。
精读
一、高压XLPE电缆缓冲层烧蚀故障原因
（一）缓冲层含水率的影响
高压XLPE电缆缓冲层均具有阻水性能，出现烧蚀现象的电缆其共性特征是，电缆的金属套为皱纹铝套，并且缓冲层中含阻水型半导电缓冲带，多数有受潮的迹象。阻水型半导电缓冲带阻水粉析出和烧蚀现象见图1。
图1 阻水型半导电缓冲带阻水粉析出和烧蚀现象
本工作采用JB/T 10259—2014《电缆和光缆用阻水带》中规定的含水率的测试方法，对上海国网施工中的60个样品的电缆缓冲层含水率进行了检测，结果见表1。结果显示，63%的样品的阻水带含水率大于7%。阻水带缓冲层在电缆的加工和使用过程中都引入了水分，成为了电缆缓冲层烧蚀的隐患。
表1 缓冲层含水率
（二）电缆阻水类型的影响
目前典型的高压电缆结构，无论是皱纹铝套结构、平铝套结构，还是铝塑复合套等结构，都是金属套密封型结构，都具备径向阻水的功能，也就是说，在不遭到破坏的情况下，即使处在有水的环境也不影响电缆的正常使用。
在实际应用中，北京、上海、广州等电网用户根据电缆的使用环境，给出如下结论:
(1)北方地区较为干燥，电缆隧道中大多数情况下是没有水的，隧道电缆线路也不会受到外力破坏，电缆故障率很低，电缆故障后进水的案例极少，国网北京市电力公司近十年来没有发生因为电缆铝套受损导致的进水情况。
(2)上海的高压电缆主要敷设在排管里面，一些排管中会有水，但是电缆铝套内进水的情况很少。抢修时若发现电缆故障处有进水的情况，通常的处理方式是在临近的工井处切断电缆进行检查，并做接头处理。
(3)广东地区电缆浸泡在水中的情况较为常见。相对来讲，电缆接头是该地区防水的薄弱环节，水从接头保护盒处流进电缆铝套内的情况较为常见，一般是从接头保护盒处进水或电缆遭到破坏进水，纵向阻水型电缆虽有一定的阻水功能，但难免有空气中的水分子会进入其中，最终会导致阻水粉析出而造成隐患。
从电缆选型是否需要阻水性能的角度做如下总结和建议:
(1)高压电缆的阻水性能分为径向阻水和纵向阻水两种。应根据实际需求进行选型。一般而言，对于运行环境不是直接浸泡在水中的情况，推荐选择型号为YJLW03或YJLW02的径向阻水型电缆，而无须选择型号为YJLW03-Z或YJLW02-Z的纵向阻水型电缆。
(2)制造企业对径向阻水型电缆和纵向阻水型电缆在缓冲层结构上应有所区分，径向阻水型电缆不选用含阻水粉的带材。另外，绕包带材的层数和厚度对载流量的影响也不容忽视。
(3)即便是选择纵向阻水型电缆，由于电缆导体基本不具备阻水功能，在发生故障时，水很有可能从故障处通过导体流入，从而使金属套内的阻水型半导电缓冲层失去了作用，因此应慎用纵向阻水型电缆。
(4)推进包括铝塑复合套在内的其他金属套类型电缆的设计、研发、标准化等工作，扩大平铝套的推广应用，积累运行经验，力争将来国内有多种形式的电缆金属套结构并存，为用户提供更多的选择。
（三）缓冲层电性能的影响
由于阻水带缓冲层在电缆的加工和使用过程中都有可能引入水分，因此还须考虑环境影响下阻水带是否满足电性能要求。
研究发现，发生烧蚀故障的电缆半导电缓冲层接触电阻率较正常电缆大了近十倍。所以接触电阻率可作为一个检测手段来衡量电缆的质量。
测试方法:取1.5m长电缆成品，进行机械校直，分别设置高压极、屏蔽极和测试极，在样品两端的绝缘屏蔽表面设置高压极，在样品两端的半导电缓冲层表面设置屏蔽极，在样品表面露出铝套的一段设置测试极,半导电缓冲层测试仪与样品连接。电源正极连接高压极，并与样品导体等位连接，电源负极连接屏蔽极，测试端口连接测试极。
二、高压XLPE 电缆缓冲层检测关键技术
在电缆安装或正式使用之前，须对电缆缓冲层进行检测，综合高压XLPE电缆缓冲层烧蚀故障原因分析，需要对阻水带含水率、阻水带体积电阻、阻水带表面电阻和成品电缆缓冲层接触电阻率等进行测试。
目前，阻水带含水率、阻水带体积电阻率和阻水带表面电阻率的检测方法是根据JB/T 10259—2014《电缆和光缆用阻水带》中的规定进行检测。成品电缆缓冲层接触电阻率还没有相关的国家标准、行业标准和团体标准，国家电线电缆质量检验检测中心制定了相关的技术规范《额定电压110kV及以上交联聚乙烯绝缘皱纹铝套电力电缆半导电缓冲层电接触性能评价方法》，可用于成品电缆缓冲层接触电阻率的测试。
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