王重岩，罗晓辉
西安咸阳国际机场能源动力公司，陕西省西安市712035)摘要：介绍了6.0/10kV交联聚乙烯(XLPE)电缆在10kV中性点不接地系统中的运行状况，以及对电缆频繁发生绝缘击穿故障与绝缘水平整体劣化等问题进行长达14年的追踪观察情况。运行实践表明，《电力工程电缆设计规范》中的有关电缆绝缘水平的条文说明亟待修正。关键词：交联聚乙烯电缆；绝缘设计；绝缘；运行；配电系统　　供电工程中，10kV交联聚乙烯(XLPE)电缆的应用范围广，且敷设量大。除电力系统和工矿企业的输配电网使用外，还涉及许多大型建筑物、高层建筑及工业、生活园区的供电工程。由于10kV供电电源有中性点直接接地及不接地2种系统；10kV
XLPE电缆又有6.0/10kV、8.7/10kV、8.7/15kV3种绝缘电压的等级供设计人员选用，故在10kVXLPE电缆的绝缘水平设计时应严加区分。我国应用XLPE电缆的初期，一些设计人员仅依据电缆缆芯间的额定电压不得低于使用回路工作电压的技术要求进行绝缘水平设计。忽略了XLPE电缆对缆芯与绝缘屏蔽层或护套间的额定电压U0(相对地电压)的特殊规定，因而所设计的XLPE电缆相对地电压U0等于系统额定相电压值，造成电缆绝缘裕度不足。电缆交付使用后，无法承受系统出现的过电压，屡屡发生电缆绝缘被击穿的事故。笔者正是在这一情况下，对一批在系统额定相电压值条件下运行的6.0/10kV
XLPE电缆进行了长达14年的追踪观察。　　
1故障统计与分析
　　某工程供电系统于1991年2月并网投运，10kV电源为中性点经消弧线圈接地系统，所用电缆为国内早期批量生产的E-T型结构6.0/10kVXLPE电缆，长约30km。该电缆长期处于额定相电压值条件下做无绝缘裕度运行。14年来，这批电缆承受系统单相接地故障期间非故障相电压升高80余次；接地故障持续时间累计超过7h
15min。其中，因故障线路带有重要负荷而不能及时撤除运行，致使接地持续时间长达2h15min。电缆各种类型的损坏累计达46次，其中电缆本体绝缘被击穿30次，占故障总数的65.22。

　　在长年的追踪观察中，笔者收集到这批6.0/10kVXLPE电缆因水树现象被击穿、在主绝缘层形成孔洞的样品，以及在现场拍摄的电缆绝缘被击穿和损坏的照片。同时还发现了早期生产的XLPE电缆因设备、工艺条件所限，致使电缆主绝缘层出现薄厚不均和同心度差等问题。现将这批电缆在1991～2004年间损坏的次数统计整理列于表1。图1为电缆本体绝缘被击穿的情况。这批电缆运行至第7年，供电系统便发生了罕见的非同相两点接地短路故障，预示着该输配电网的电缆绝缘水平整体下降。表明一旦电网出现单相接地，非故障相已无法承受相对地电压的升高。自1998年7月至2000年5月约660天内，该输配电网共发生非同相两点接地短路故障4次。1998年，电缆绝缘击穿故障高达7次，已影响企业的安全生产。

表1故障发生的时段与次数统计表　　　　　　　　　　次


年份
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
累积
比例/

附件质量及安装质量问题
4
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
5
10.87

电缆本体绝缘被击穿
2
0
1
2
1
1
0
7
5
2
1
6
0
2
30
65.22

电缆遭受外力破坏
2
0
0
2
0
0
0
0
0
1
1
4
1
0
11
23.91

合计
8
0
1
4
1
1
0
8
5
3
2
10
1
2
46
100





图1电缆本体绝缘被击穿的次数柱状图


　　2000年5月，电网发生的一起非同相两点接地短路故障，其后果最为严重。故障电缆线路约2.30km。抢修后，对电缆进行直流耐压泄漏电流值测试，当试验电压升至0.50
kV时，试验装置保护动作，试验被迫中断。该电缆绝缘又出现新的击穿点，如此反复数次，新的击穿点不断地向电源和负荷两侧延伸发展。种种迹象表明，该电缆线路绝缘已全线劣化，无修复价值。在重新敷设新电缆线路的同时，对报废的电缆线路进行了分段拆除，在距电源缔结点164m处的一开断口竟流淌出积水约300ml。这揭示出该电缆外护套破损是导致绝缘劣化的主要原因之一。

　　GB50217—1994《电力工程电缆设计规范》颁布于1994年11月，于1995年7月实施。规范条文说明中，对工程已发生错用了额定相电压值的10kV
XLPE电缆的处理意见是有所保留的，即“但对有的行业系统采用额定相电压值后运行实践尚无问题的情况，可允许区别对待”。这种语法值得商榷。对这部分电缆是继续使用还是更换，便成为工程技术人员和企业投资争议的焦点。运行经验表明，在上述条件下运行的电缆，绝缘击穿故障的发生是离散、随机的，并受多种因素的影响。其绝缘受损经一定年限的累积，最终导致输配电网绝缘水平整体劣化，电缆绝缘故障将会集中突发于一个时段，往往使企业的管理与维修部门措手不及。从图1可以看出，这批电缆正是随着运行年的推移，绝缘击穿故障年发生次数急剧上升。如若按电缆半导电构造特征分类统计年事故率，则远高于国外同类产品。然而为维持这批6.0/10kV
XLPE电缆的使用，其电气预防性试验工作却一直未能正常开展。

　　2004年9月，为调研这批电缆的绝缘状况，对其中1条长约1．30km的电缆线路进行了直流耐压泄漏电流值测定。当直流电压升至2.5U₀（即15kV）时，该电缆A相泄漏电流值达326μA、B相为60μA、C相为13μA。随着试验电压缓慢升高和试验时间的延长，电缆泄漏电流值仍有攀升的趋势，在此情况便终止了试验。试验结果表明，该电缆的绝缘存在着重大缺陷。又改做施加系统的正常运行电压24h通电试验，虽无异常，但当投运到39h20min时，该线路过电流保护动作，
断路器跳闸原因不明。电缆再次运行117h后绝缘被击穿。试验结论：这批6.0/10kVXLPE电缆不应继续使用。

2绝缘设计与使用寿命
　　我国10kV供电系统应用XLPE电缆已近20年，但对XLPE电缆使用年限的认识尚未统一，有待进一步实践和总结。但对国内早期批量生产的E-T型结构XLPE电缆，且在额定相电压值运行条件下，其使用年限未能超过7年，已是不争的事实。

　　对于大规模应用10kVXLPE电缆输电的工程设计，除保证建设项目供电网络和电力系统的安全运行外，不能不考虑电缆使用年限的问题。正常情况下，电缆密封构造良好、绝缘水平裕度宽泛适度，则电缆使用的年限就长。笔者走访了本地区一些6kV供电的大、中型企业，发现有部分敷设于20世纪50年代中期的油浸纸绝缘铅包钢带铠装沥青麻被外护套铜芯电缆仍在使用，其根本原因是采用这种6.0/10kV绝缘电缆并缔结于6kV中性点不接地系统，其相对地电压绝缘设计为1.73U₀，电缆的绝缘裕度宽泛；且依赖于电缆铅包具有良好的密封、绝缘油的外溢封堵防潮性能和自愈作用。反观国内早期批量生产的E-T型10kV
XLPE电缆，其防水、阻水性能较差，加上采用的是“2 1”挤包、水蒸汽交联生产工艺，极易在电缆主绝缘层生成水树、气泡和夹杂等问题，严重地影响了电缆绝缘性能与其使用寿命。

　　我国拟订用的8.7/10kVXLPE电缆等同于国外8.7/15kV绝缘电压等级的电缆，8.7/10kVXLPE电缆相电压的设计按1.5U₀确定，其绝缘等级虽已高于国内行业标准规定的1.33U₀，但仍低于IEC
183：1987标准规定的1.73U₀。GB50217—1994《电力工程电缆设计规范》中第3.3.2条：交流系统中电力电缆缆芯与绝缘屏蔽或金属套之间额定电压的选择第（2）项指出：“对于（1）项外的[1][2]下一页