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摘要：20世纪70年代以来，我国在交联聚乙烯（XLPE）电力电缆的生产和应用方面得到了快速的发展。随着电缆数量的增多及运行时间的延长，XLPE电缆的老化故障频繁，存在重大安全隐患，甚至造成停电事故，给生产和人民生活带来诸多不便，并造成重大的经济损失。因此，开展XLPE电力电缆的寿命预测研究，判断电缆何时进行更换，保证电网的安全稳定运行有着重要的安全意义与经济价值。
关键词：XLPE电缆;寿命预测;可靠性
一、引言
伴隨我国经济的快速发展，电力电缆作为输送电能的重要设备，发展速度极快， XLPE 绝缘电缆与传统充油电缆和油浸纸电缆相比，具有质量轻、制造工艺简单、安装敷设容易、电气性能和耐热性能良好、运行维护方便等优点而被广泛应用于输电网中。电缆投入运行后，绝缘层会受到电、热、机械、水分等因素的作用而发生绝缘老化，影响电缆的安全稳定运行和使用寿命。早期投运的电缆已接近使用寿命期。 开展电缆寿命的研究，判断在电缆寿命接近使用期限前何时进行更换，避免因电缆绝缘老化引发事故而给 电网带来安全隐患，对于保证电网的安全稳定运行以及可靠供电有着重要的理论意义。
二、XLPE电缆绝缘寿命评估技术现状
电缆寿命预测研究，国内开展较晚，国外20世纪60年代就开始了关于XLPE 电缆绝缘弱点检出和老化检测技术的研究，至今仍在不断发展。日本是开展 XLPE 电缆绝缘老化检测技术研究较早的国家，对于6kV 级XLPE电缆，检测技术有非在线式和在线式两种检测技术。对于 22kV 级，仅采用非在线式。其部分与 6kV 级相同，但不再用反吸收电流、直流成分、 脉动法等，另增加与6kV 级不同的方法。 而 66kV及以上高压级电缆，由于水树枝老化检出有效方法尚无实际验证，唯有局部放电检出查明绝缘健全性被确认，故而现只强调采用局部放电检测法。
三、XLPE电缆绝缘老化分析研究
XLPE电缆在敷设运行后，会受到电、热、机械应力以及环境因素的综合影响，导致绝缘老化，降低电缆寿命，严重时会造成击穿事故。1958年，通过对高压聚乙烯电缆的切片研究，首次发现了电树枝放电通道的存在，之后又报道了在潜水电机中的低压聚乙烯生长出水树枝的现象。之后经过不断的研究发现，无论是水树枝还是电树枝，这些树枝状的缺陷在诱发后会不断生长，直到贯穿绝缘层，导致绝缘击穿，成为影响XLPE电缆正常运行的重要原因。
（一）电缆绝缘热老化
XLPE电缆在实际运行中，由于工作电流造成导体局部发热，电缆绝缘长期工作在高温条件下存在热老化，使得交联聚乙烯绝缘发生各种复杂物理化学变化。而且，热应力和其它应力共同作用会使得电缆绝缘材料的老化加速。因为温度可以提高化学反应速率，因此热老化中降解速率与温度之间的关系和化学反应速率方程结构形式相似而且，敷设在桥梁上的电缆线路由于负荷电流及环境温度的改变，电力电缆存在热胀冷缩情况，其中由于电缆线芯的热胀冷缩而产生很大热应力，如果电缆线芯截面越大，热应力就越大。电缆由于热应力影响将重复发生弯曲变形现象，使电缆金属护套存在形变，缩短了电缆的使用寿命。热伸缩现象对电力电缆运行形成很大的威胁，会形成运行电缆产生位移、滑落，甚至损坏电缆及其附件。
（三）电缆绝缘水树老化
电树枝是一种由于杂质、气泡等缺陷造成电缆局部电场集中，进而形成树枝状放电破坏通道的电腐蚀现象。与水树枝相比，电树枝的发展速度更快。电缆材料介质及其微观 结构差异是导致电树枝形成随机性的重要原因。在电力电缆生产和敷设运行中不可避免的弯 曲、 拉伸等外力作用产生应力，使半导电屏蔽层与交联聚乙烯电缆的界面产生气隙和细微裂纹。在高电场作用下，电极发射的电子由于隧道效应注入交联聚乙烯绝缘，电子在注入路径中获得足够的动能，使电子不断与交联聚乙烯绝缘碰撞引起破坏，导致树枝的产生。电树枝容易沿含有微孔和杂质的晶界弱区网络发展，形成细小的通道。树枝通道内充气的程度、气化的能量由放电决定，放电后气体体积增加，将导致放电通道迅速发展，最后导致电缆击穿。
四、电老化的老化寿命预测模型
XLPE绝缘电缆在实际运行中会遭受到多种应力的影响，最明显的就是电应力。在电场作用下，绝缘内的缺陷处会引发水树枝或电树枝的生长，形成局部高电场，从而激发局部放电，造成绝缘损伤。反映电老化的一般规律的电老化定律，表明电老化是不同电压各自作用时间的一个累积过程，最终造成绝缘的老化击穿，据此可以设计电缆的逐级升压加速老化试验。
V-t特性曲线反应电压与到绝缘击穿的时间的关系。其中t1往往少于1小时，而t2则在好几年之后。文献中集中讨论了区域III，指出了这两个区域与XLPE电缆寿命有很大的相关性，并与描述电老化的n次幂定律，具有良好的一致性。
其中，C和n是常数，取决于电缆绝缘材料以及其它因素的影响，可以通过试验来确定。寿命模型描述电缆绝缘系统在电场作用下的老化过程。并不需要知道发生的老化的具体类型，例如局部放电是否存在等。模型也不依赖于绝缘系统结构，例如特定的电极配置等。
五、结语
本篇文章研究了交联聚乙烯（XLPE）绝缘电缆的老化特性。介绍了造成XLPE绝缘电缆老化的因素有热老化，电树枝，水树枝几个因素。也介绍了XLPE绝缘电缆的老化因素和电树枝寿命模型的构成。对电老化的寿命模型进行了分析研究。也指出了在恒定温度下关键参数的求取方法。
参考文献：
[1]江娜，马小强，汪旭旭. XLPE绝缘电缆寿命研究的现状与趋势分析[J]. 电气开关. 2013（04）
[2]吴明祥，欧阳本红，李文杰. 交联电缆常见故障及原因分析[J]. 中国电力. 2013（05）
[3]程博. XLPE绝缘电缆可靠性与寿命预测算法研究[D]. 华南理工大学.2014
[4]王乐，孙颖，汪辉平，曹晓珑.绝缘材料水树产生及发展机理的研究现状[J].电线电缆. 2006（06）
[5]Bajbor，徐勇.一种电缆寿命值的实用计算方法[J]. 电线电缆. 1989（02）
关键词：XLPE电缆;寿命预测;可靠性
一、引言
伴隨我国经济的快速发展，电力电缆作为输送电能的重要设备，发展速度极快， XLPE 绝缘电缆与传统充油电缆和油浸纸电缆相比，具有质量轻、制造工艺简单、安装敷设容易、电气性能和耐热性能良好、运行维护方便等优点而被广泛应用于输电网中。电缆投入运行后，绝缘层会受到电、热、机械、水分等因素的作用而发生绝缘老化，影响电缆的安全稳定运行和使用寿命。早期投运的电缆已接近使用寿命期。 开展电缆寿命的研究，判断在电缆寿命接近使用期限前何时进行更换，避免因电缆绝缘老化引发事故而给 电网带来安全隐患，对于保证电网的安全稳定运行以及可靠供电有着重要的理论意义。
二、XLPE电缆绝缘寿命评估技术现状
电缆寿命预测研究，国内开展较晚，国外20世纪60年代就开始了关于XLPE 电缆绝缘弱点检出和老化检测技术的研究，至今仍在不断发展。日本是开展 XLPE 电缆绝缘老化检测技术研究较早的国家，对于6kV 级XLPE电缆，检测技术有非在线式和在线式两种检测技术。对于 22kV 级，仅采用非在线式。其部分与 6kV 级相同，但不再用反吸收电流、直流成分、 脉动法等，另增加与6kV 级不同的方法。 而 66kV及以上高压级电缆，由于水树枝老化检出有效方法尚无实际验证，唯有局部放电检出查明绝缘健全性被确认，故而现只强调采用局部放电检测法。
三、XLPE电缆绝缘老化分析研究
XLPE电缆在敷设运行后，会受到电、热、机械应力以及环境因素的综合影响，导致绝缘老化，降低电缆寿命，严重时会造成击穿事故。1958年，通过对高压聚乙烯电缆的切片研究，首次发现了电树枝放电通道的存在，之后又报道了在潜水电机中的低压聚乙烯生长出水树枝的现象。之后经过不断的研究发现，无论是水树枝还是电树枝，这些树枝状的缺陷在诱发后会不断生长，直到贯穿绝缘层，导致绝缘击穿，成为影响XLPE电缆正常运行的重要原因。
（一）电缆绝缘热老化
XLPE电缆在实际运行中，由于工作电流造成导体局部发热，电缆绝缘长期工作在高温条件下存在热老化，使得交联聚乙烯绝缘发生各种复杂物理化学变化。而且，热应力和其它应力共同作用会使得电缆绝缘材料的老化加速。因为温度可以提高化学反应速率，因此热老化中降解速率与温度之间的关系和化学反应速率方程结构形式相似而且，敷设在桥梁上的电缆线路由于负荷电流及环境温度的改变，电力电缆存在热胀冷缩情况，其中由于电缆线芯的热胀冷缩而产生很大热应力，如果电缆线芯截面越大，热应力就越大。电缆由于热应力影响将重复发生弯曲变形现象，使电缆金属护套存在形变，缩短了电缆的使用寿命。热伸缩现象对电力电缆运行形成很大的威胁，会形成运行电缆产生位移、滑落，甚至损坏电缆及其附件。
（三）电缆绝缘水树老化
电树枝是一种由于杂质、气泡等缺陷造成电缆局部电场集中，进而形成树枝状放电破坏通道的电腐蚀现象。与水树枝相比，电树枝的发展速度更快。电缆材料介质及其微观 结构差异是导致电树枝形成随机性的重要原因。在电力电缆生产和敷设运行中不可避免的弯 曲、 拉伸等外力作用产生应力，使半导电屏蔽层与交联聚乙烯电缆的界面产生气隙和细微裂纹。在高电场作用下，电极发射的电子由于隧道效应注入交联聚乙烯绝缘，电子在注入路径中获得足够的动能，使电子不断与交联聚乙烯绝缘碰撞引起破坏，导致树枝的产生。电树枝容易沿含有微孔和杂质的晶界弱区网络发展，形成细小的通道。树枝通道内充气的程度、气化的能量由放电决定，放电后气体体积增加，将导致放电通道迅速发展，最后导致电缆击穿。
四、电老化的老化寿命预测模型
XLPE绝缘电缆在实际运行中会遭受到多种应力的影响，最明显的就是电应力。在电场作用下，绝缘内的缺陷处会引发水树枝或电树枝的生长，形成局部高电场，从而激发局部放电，造成绝缘损伤。反映电老化的一般规律的电老化定律，表明电老化是不同电压各自作用时间的一个累积过程，最终造成绝缘的老化击穿，据此可以设计电缆的逐级升压加速老化试验。
V-t特性曲线反应电压与到绝缘击穿的时间的关系。其中t1往往少于1小时，而t2则在好几年之后。文献中集中讨论了区域III，指出了这两个区域与XLPE电缆寿命有很大的相关性，并与描述电老化的n次幂定律，具有良好的一致性。
其中，C和n是常数，取决于电缆绝缘材料以及其它因素的影响，可以通过试验来确定。寿命模型描述电缆绝缘系统在电场作用下的老化过程。并不需要知道发生的老化的具体类型，例如局部放电是否存在等。模型也不依赖于绝缘系统结构，例如特定的电极配置等。
五、结语
本篇文章研究了交联聚乙烯（XLPE）绝缘电缆的老化特性。介绍了造成XLPE绝缘电缆老化的因素有热老化，电树枝，水树枝几个因素。也介绍了XLPE绝缘电缆的老化因素和电树枝寿命模型的构成。对电老化的寿命模型进行了分析研究。也指出了在恒定温度下关键参数的求取方法。
参考文献：
[1]江娜，马小强，汪旭旭. XLPE绝缘电缆寿命研究的现状与趋势分析[J]. 电气开关. 2013（04）
[2]吴明祥，欧阳本红，李文杰. 交联电缆常见故障及原因分析[J]. 中国电力. 2013（05）
[3]程博. XLPE绝缘电缆可靠性与寿命预测算法研究[D]. 华南理工大学.2014
[4]王乐，孙颖，汪辉平，曹晓珑.绝缘材料水树产生及发展机理的研究现状[J].电线电缆. 2006（06）
[5]Bajbor，徐勇.一种电缆寿命值的实用计算方法[J]. 电线电缆. 1989（02）