盘式永磁电机定子固有频率的研究.doc

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1、技术与应用2015 年第 1 期 75110kV 电缆终端绝缘油老化引起的故障分析李学斌 李会吉（山东晋煤明水化工集团有限公司，济南 250200）摘要 本文对绝缘油老化引起的一起高压电缆终端故障进行了深入的分析，结合可能造成终 端内绝缘油老化的原因，提出了相应的解决办法和一些建议，为高压电缆终端在电力系统中安全、 稳定运行提供依据。 关键词：高压电缆终端；绝缘油；老化；故障Fault Analysis of 110V Cable Termination Caused by Aging of Electric Insulating OilLi Xuebin Li Huiji (Shandong

2、 Jinmei Mingshui Chemical Group Co., Ltd, Jinan 250200)Abstract This paper analyzed the fault of the high voltage cable termination caused by aging of the electric insulating oil deeply. The corresponding solution and some advice was put forward combined with the possible reason, for ensuring the hi

3、gh voltage cable termination running securely and steadily in power system. Keywords：high voltage cable termination; electric insulating oil; aging; fault随着我国城市电网的不断改造，高压电缆终端 已广泛应用于输电线路上。据调查，国内所用电缆 终端大部分都需要在套管与应力锥之间充以聚丁烯、 聚异丁烯或者硅油之类的绝缘油1。可见电缆终端内绝缘油的性能好坏直接关系着电缆线路的安全运 行。通过查阅资料发现：对于绝缘油的研究中，国 内学者主要关注应用在

4、变压器等电力设备的各种特 性，而应用于电缆终端的绝缘油研究较少2-5。本文主要对运行在 110kV 电缆终端内的硅油老化状况 进行研究，指出引起电缆系统故障的问题所在，以 及今后解决的办法和途径，为今后中国高压电缆系 统的安全、稳定运行提供参考依据。其中，由于硅 油具有卓越的耐热性、电绝缘性和较高的抗压缩性 更是广泛被各大生产厂家所亲睐。1 事故现场2011 年 8 月，某企业 110kV 电缆系统发生故 障，此系统在线运行 12 年。故障相电缆终端为瓷 套电缆终端，其应力锥已炸裂。内部的填充绝缘油 为硅油。图 1 给出了事故现场的电缆状况。从图 1 中可以看到：故障电缆绝缘层外侧在浸泡绝缘油

5、情况下出现大量水树，而在未浸泡绝缘油的情况下未 出现水树。（a）电缆故障点 （b）终端内电缆的状况图 1 事故现场电缆状况2 测试结果与讨论表 1 试样说明序号试样说明1#密封放置的硅油2#故障机组的硅油，此硅油已经在线运行 12 年2.1 材料的介电常数、介质损耗 图 2 和图 3 试样的介电常数和损耗角正切值与甘肃省电力公司重点科技项目（2013101003）小一号黑体，占三行，上下各空小一号黑体，占三行，上下各空 0.5 行，数字和英文加粗行，数字和英文加粗四号楷体四号楷体10 磅仿宋体磅仿宋体10 磅仿宋体，行距磅仿宋体，行距 15 磅，字间距加宽磅，字间距加宽 0.2 磅，通栏排，左

6、右各空磅，通栏排，左右各空 2 个字个字10 磅黑体磅黑体四号四号 Times New Roman 加粗加粗10 磅磅 Times New Roman 斜体斜体10 磅磅 Times New Roman10 磅磅 Times New Roman10 磅磅 Times New Roman 加粗加粗正文正文 10 磅宋体，行距磅宋体，行距 15 磅，磅， 字间距加宽字间距加宽 0.2 磅磅 两栏排，中间空两栏排，中间空 2 字字小四号黑体，上下各空小四号黑体，上下各空 0.5 行，行，顶格排顶格排六号宋体六号宋体 10 磅黑体，顶格排磅黑体，顶格排表文六号宋体表文六号宋体表头小五号表头小五号 黑体

7、，居中黑体，居中 排排图文小五号黑图文小五号黑 体，居中排体，居中排技术与应用2015 年第 1 期76温度的变化关系。从图中可以看出， 2#试样的介电 常数和损耗值较大。在温度较高（ 90）时，与 1#相比，2#试样的介电常数和损耗角正切值明显增 大。图 2 试样的介电常数与温度的关系图 3 试样的损耗角正切与温度的关系 材料的介电常数与损耗角正切反映的是材料在 电场作用下的极化过程。材料的介电常数与损耗角 正切越大，其极化过程越强。因此，可以判定， 2# 试样极化程度较大。这一现象可能由以下两方面导 致：其一是 2#中的硅油吸收大量水分子，由于水分 子是极性小分子，在施加电场后较容易发生转

8、向， 从而使极化强度增大。其二可能是由于 2#试样在 电缆终端内运行多年，导致硅油老化裂解，大分子 链分解成小分子链聚合物，从而增大了 2#试样的 介电常数与损耗值。 2.2 材料的电阻率及击穿场强 试样的电阻率随温度的关系如图 4 所示。从图 4 可以看出，2#试样的电阻率明显低于 1#的，相差 约两个数量级。 试样的击穿场强随温度的关系如图 5 所示。由图可见，2#试样的击穿场强也明显低于 1#试样的 击穿场强。其中，与 1#试样相比，2#试样在 30 时的击穿场强下降了 43%，而 90时的击穿场强 也降低了 26.5%。图 4 试样的电阻率与温度的关系图 5 试样的击穿场强与温度的关系

9、 材料的电阻率和击穿场强与材料中的载流子浓 度和数量密切相关。 2#试样的电阻率和击穿场强较 低说明此试样中的载流子（即导电成分）增多，这 也可能是由于试样受潮及材料老化裂解导致。 2.3 微水含量 通过对 2#试样介电性能的分析，可以初步断定 2#试样已经老化。为了进一步确定老化的原因，对 试样进行了微水含量的测试。测试结果见表 2。表 2 试样的微水含量试样试验结果/（g/ml）平均值/（g/ml）38.544.11#43.241.92#144.6141.8技术与应用2015 年第 1 期 77134.9145.8对 2 种试样的微水含量试验结果进行比较可以 得到：2#试样中的微水含量是

10、1#试样的 3.4 倍。根 据文献描述，绝缘油中的水分增多，不止是极性分 子增多，导致介电性能下降，它还能催化绝缘油加 速老化。3 绝缘油受潮的原因分析3.1 安装工艺的影响 电缆终端的安装工艺不 当可能会引起绝缘油受 潮。如一些电缆附件公司在安装附件时没有对附件 抽真空，因此在湿度较高的安装环境下，水分可能凝 结在终端套管内壁并进入绝缘油中，使得绝缘油受潮。（1）3 outp1 2PC A V式中，Pout为风机所捕获的风能功率， Cp为风力发 电机的功率系数，为风力发电机组叶片所扫过的A 面积，为空气密度，为风速。V由上述公式所知，在一定风速的情况下，要改 变所获取风能的输出功率，只有改变

11、风力发电机的 功率系数，见式（2） ；也就是改变叶片角度和叶尖 速比，见式（3） 。（2）p,CF （3）R V式中，为叶尖速比，为风力发电低速轴机械角 速度，为叶片桨距角度，为叶片旋转时所成外R 圆的半径。 电缆终端密封不良也会造成电缆终端内的绝缘 油受潮。电缆终端的密封主要分两部分：即密封圈 和防水带材。金属零件之间的密封主要靠密封圈， 其成份主要是各种橡胶（如丁基橡胶、乙丙橡胶和 丁氰橡胶等） ，密封圈的密封效果主要体现在材料 的弹性，有些密封圈的材料在未老化前的弹性较为 优越，运行一段时间后就会老化，而老化后的弹性 会迅速降低，这就会使金属零部件之间的密封性能 变差。电缆终端的出线杆的

12、密封处理是密封圈进行 密封的，当出线杆不是直着通过密封部位时，由于密封圈受力的不均匀性，会造成局部的密封不严现 象，特别是电缆运行中的呼吸作用增大了该处进潮 的可能性。潮气的进入特别容易在油和瓷件以及油 和电缆绝缘间的界面中聚集，形成通道。这一点可 以在图 1 所示的现场事故照片中清楚地表现出来， 图 1 中电缆绝缘表面的水树正是由于潮气聚集在此， 在高电场的作用下，通过 12 年的运行积累，最终 形成大量的从绝缘表面向内发展的水树，目前水树 的平均长度已达到 1.5mm 的长度。4 结论近几年，110kV 高压电缆系统的实际安装与运 行过程中，由于绝缘油绝缘性能降低引起的高压电 缆终端异常发

13、热甚至击穿爆炸等事故屡屡发生，尽 管电缆终端内绝缘油一般都具有良好的化学稳定性、 电缘性和耐候性，粘度范围广，凝固点低，疏水性 能好等优点，但随着中国电力行业的不断发展，高 压电缆终端的电压等级不断提高，目前国内各个厂 家生产的绝缘油性能是否能满足新环境的要求，这 一点有待于进一步研究；同时，在电缆终端长期运 行时，其安装工艺质量对运行的影响进一步显现出 来。因此，应该对电缆终端内绝缘油的绝缘状况进 行密切关注，增加相关现场非破坏性测量手段，及 时发现问题，才能保证设备的运行安全。也只有生 产单位、施工单位及使用单位共同关注，才能彻底 解决因绝缘油造成的运行事故。参考文献1王伟. 交联聚乙烯绝

14、缘电力电缆技术基础 M. 3 版. 北京: 西北工业大学, 2011.2曹小虎, 曹小龙, 梁晓炎. 电力设备绝缘油的检验 J.机械研究与应用, 2009,2(3): 114-116.3李华春, 周作春. 110kV 及以上高压交联电缆系统故障分析C. 第八次电力电缆运行经验交流会 , 2008: 459-470.4伍小娟, 袁强, 等. 电缆终端异常发热原因分析 J. 广东电力, 2007,20(9): 40-42.5邓显波. 高压电缆终端绝缘油老化分析 C. 全国输变电设备状态检修技术交流研讨会 , 2010: 572-577.作者简介李学斌（1969-） ，男，山东省济南市章丘市人，本科，工程师，主要从事企业高低压配电运行管理工作。10 磅黑体，上下各空磅黑体，上下各空 0.5 行，居中排行，居中排小五号宋体，顶格小五号宋体，顶格 排排六号宋体，顶格排，作者名字用楷六号宋体，顶格排，作者名字用楷 体体六号黑体，顶格排六号黑体，顶格排在在公公式式编编辑辑器器中中定定义义：正文中只有上下角标时，随文排，正文中只有上下角标时，随文排， 尽量不用公式编辑器，正斜体容易尽量不用公式编辑器，正斜体容易 改改