- 頭條青島科技大學學者提出典型缺陷下配電電纜附件內部電場的畸變規律2022-11-11 作者：李國倡、梁簫劍 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語青島科技大學先進電工材料研究院、國網山東省電力公司電力科學研究院的研究人員李國倡、梁簫劍、魏艷慧、蘇國強、雷清泉，在2022年第11期《電工技術學報》上撰文，圍繞配電網電纜附件復合絕緣XLPE/SIR界面，模擬電纜附件安裝和運行過程中出現的典型缺陷，設計了界面氣泡、氣隙、水珠、水膜、金屬雜質、半導電雜質和絕緣雜質七種缺陷結構，通過建立配電電纜附件界面缺陷電場仿真模型，研究了缺陷類型、大小和位置對電場分布的影響。他們的研究結果對于配電網電纜附件故障分析和運行維護具有重要的指導意義。
城市配電網的快速發展對電纜線路的需求日益增多，相比架空線路而言，電纜線路具有安全性好、可靠性高、受惡劣氣象條件影響小等優點。配電網電纜附件作為配電電纜線路的關鍵部件，其絕緣性能直接關乎整個線路的安全運行。
電纜附件是電纜線路中絕緣最為薄弱的部件，導致電纜接頭故障在電纜運行故障部位分布中占有較大比例。據統計，造成電纜附件運行故障的原因較多，主要包括附件密封性差導致絕緣受潮、復合界面壓力不匹配、復合界面在安裝過程中殘留固體雜質以及操作不當產生劃痕等。通常，在電纜附件故障分析中，單純采用試驗手段較難復現故障狀態，且成本較高。
受到安裝條件、安裝技術以及運行環境、材料自身性能等因素的影響，在電纜施工過程中容易產生氣泡、雜質、劃痕等缺陷，此外在電纜運行過程中，水分可能會進入電纜接頭的內部形成水珠和受潮等缺陷。在電纜的長期運行中，上述因素往往是誘發電纜附件故障最直接的原因，開展仿真計算有助于全面掌握缺陷帶來的影響。
目前，針對配電網電纜附件復合絕緣界面缺陷的對比研究較少。電纜附件安裝和運維過程中，復合絕緣界面氣泡、水膜、雜質等不同缺陷類型會影響部件內部電場分布規律，此外，相同的缺陷在不同位置引起的電場畸變也會發生改變。但由于電纜附件結構復雜，在其內部準確設計氣泡、水膜、雜質等缺陷較為困難。
在缺陷引入過程中，不可避免地容易在電纜絕緣本體、附件增強絕緣本體或界面其他位置引入新的缺陷，導致局放起始電壓、局部放電量不能準確反映某一缺陷類型；此外，不同位置的缺陷引起的局放特征量相似，較難區分缺陷位置帶來的影響。因此，通過仿真手段系統開展電纜附件界面缺陷研究對預防不同類型接頭缺陷引發的絕緣故障以及事后故障分析具有重要意義。
青島科技大學先進電工材料研究院、國網山東省電力公司電力科學研究院的研究人員李國倡、梁簫劍、魏艷慧、蘇國強、雷清泉，在2022年第11期《電工技術學報》上撰文，圍繞配電網電纜附件復合絕緣XLPE/SIR界面，模擬電纜附件安裝和運行過程中出現的典型缺陷，設計了界面氣泡、氣隙、水珠、水膜、金屬雜質、半導電雜質和絕緣雜質七種缺陷結構，通過建立配電電纜附件界面缺陷電場仿真模型，研究了缺陷類型、大小和位置對電場分布的影響。他們的研究結果對于配電網電纜附件故障分析和運行維護具有重要的指導意義。
圖1 電纜附件復合絕緣界面缺陷示意圖
他們的仿真結果表明：
1）氣泡缺陷與氣隙缺陷在界面上引起的最大場強畸變分別為13kV/mm和4.58kV/mm，均超過空氣擊穿閾值，相比良好絕緣附件而言，最大畸變電場分別增加了6.19倍和2.48倍。隨著氣泡缺陷尺寸的增加，電場畸變呈小幅增大趨勢；遠離應力錐的位置，尺寸變化引起的電場強度變化較小。
2）水珠缺陷和水膜缺陷引起的最大畸變電場均出現在XLPE絕緣、SIR絕緣與應力錐三結合點附近，分別為2.94kV/mm和3.74kV/mm。隨著缺陷尺寸的增大，電場畸變明顯加劇，當尺寸增大為兩倍時，水珠和水膜引起的最大畸變電場分別提高了18.7%和16%；隨著水珠缺陷遠離三結合點，電場畸變明顯減弱，且受尺寸影響變化較小。
3）金屬雜質與半導電雜質造成的最大畸變電場均出現在距離半導電斷層約22mm處，約為3.67kV/mm；相比而言，絕緣缺陷引起的最大電場畸變出現在應力錐根部，約為8.74kV/mm，隨著缺陷遠離應力錐根部，電場畸變呈現明顯的下降趨勢。
本文編自2022年第11期《電工技術學報》，論文標題為“配電電纜附件復合絕緣界面缺陷類型和位置對電場分布的影響研究”。本課題得到了國網山東省電力公司科技項目的支持。
