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城市配電網(wǎng)的快速發(fā)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(yōu)點(diǎn)。配電網(wǎng)電纜附件作為配電電纜線路的關(guān)鍵部件，其絕緣性能直接關(guān)乎整個線路的安全運(yùn)行。

電纜附件是電纜線路中絕緣最為薄弱的部件，導(dǎo)致電纜接頭故障在電纜運(yùn)行故障部位分布中占有較大比例。據(jù)統(tǒng)計，造成電纜附件運(yùn)行故障的原因較多，主要包括附件密封性差導(dǎo)致絕緣受潮、復(fù)合界面壓力不匹配、復(fù)合界面在安裝過程中殘留固體雜質(zhì)以及操作不當(dāng)產(chǎn)生劃痕等。通常，在電纜附件故障分析中，單純采用試驗(yàn)手段較難復(fù)現(xiàn)故障狀態(tài)，且成本較高。

受到安裝條件、安裝技術(shù)以及運(yùn)行環(huán)境、材料自身性能等因素的影響，在電纜施工過程中容易產(chǎn)生氣泡、雜質(zhì)、劃痕等缺陷，此外在電纜運(yùn)行過程中，水分可能會進(jìn)入電纜接頭的內(nèi)部形成水珠和受潮等缺陷。在電纜的長期運(yùn)行中，上述因素往往是誘發(fā)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(wǎng)電纜附件復(fù)合絕緣界面缺陷的對比研究較少。電纜附件安裝和運(yùn)維過程中，復(fù)合絕緣界面氣泡、水膜、雜質(zhì)等不同缺陷類型會影響部件內(nèi)部電場分布規(guī)律，此外，相同的缺陷在不同位置引起的電場畸變也會發(fā)生改變。但由于電纜附件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在其內(nèi)部準(zhǔn)確設(shè)計氣泡、水膜、雜質(zhì)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(qiáng)絕緣本體或界面其他位置引入新的缺陷，導(dǎo)致局放起始電壓、局部放電量不能準(zhǔn)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(qū)分缺陷位置帶來的影響。因此，通過仿真手段系統(tǒng)開展電纜附件界面缺陷研究對預(yù)防不同類型接頭缺陷引發(fā)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(xué)先進(jìn)電工材料研究院、國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院的研究人員李國倡、梁簫劍、魏艷慧、蘇國強(qiáng)、雷清泉，在2022年第11期《電工技術(shù)學(xué)報》上撰文，圍繞配電網(wǎng)電纜附件復(fù)合絕緣XLPE/SIR界面，模擬電纜附件安裝和運(yùn)行過程中出現(xiàn)的典型缺陷，設(shè)計了界面氣泡、氣隙、水珠、水膜、金屬雜質(zhì)、半導(dǎo)電雜質(zhì)和絕緣雜質(zhì)七種缺陷結(jié)構(gòu)，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(jié)果對于配電網(wǎng)電纜附件故障分析和運(yùn)行維護(hù)具有重要的指導(dǎo)意義。

圖1 電纜附件復(fù)合絕緣界面缺陷示意圖

他們的仿真結(jié)果表明：

1）氣泡缺陷與氣隙缺陷在界面上引起的最大場強(qiáng)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(yuǎn)離應(yīng)力錐的位置，尺寸變化引起的電場強(qiáng)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(xiàn)在XLPE絕緣、SIR絕緣與應(yīng)力錐三結(jié)合點(diǎn)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(dāng)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(yuǎn)離三結(jié)合點(diǎn)，電場畸變明顯減弱，且受尺寸影響變化較小。

3）金屬雜質(zhì)與半導(dǎo)電雜質(zhì)造成的最大畸變電場均出現(xiàn)在距離半導(dǎo)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(xiàn)在應(yīng)力錐根部，約為8.74kV/mm，隨著缺陷遠(yuǎn)離應(yīng)力錐根部，電場畸變呈現(xiàn)明顯的下降趨勢。

本文編自2022年第11期《電工技術(shù)學(xué)報》，論文標(biāo)題為“配電電纜附件復(fù)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(wǎng)山東省電力公司科技項(xiàng)目的支持。