史济康1 曹家1 袁检1 罗俊华2 胡文康3
1.上海市东供电局，上海200250；2.国家电力公司武汉高压研究所，武汉430074；3.湖北省超高压局，武汉430050
0 引言
XLPE电力电缆中间接头均为多层固体复合介质绝缘结构。对近十年来全国XLPE电力电缆运行故障类型和数量的统计分析表明，电缆中间接头击穿故障的比例约占电缆运行故障总数的31%。其中因多层固体复合介质沿面放电原因导致接头击穿故障约占电缆接头故障总数的97%以上[1]。预制型硅橡胶电缆中间接头(主流产品)复合介质受潮后的沿面放电见图1～2。
本文将分析和探讨预制型硅橡胶电缆中间接头多层固体复合介质绝缘结构沿面放电机理，并针对多层绝缘结构中的电场分布及轴向防水问题提出预防电力电缆发生运行故障的实用解决方案。
1 试验研究
电缆中间接头多层固体复合介质绝缘结构沿面放电机理试验研究路线是基于多层固体复合介质界面状态及多层固体复合介质绝缘结构电场分布进行设计，并通过工频击穿试验来验证。
1.1 试品结构
试品模拟电缆中间接头多层固体复合介质绝缘结构在施工和运行中的绝缘品质缺陷(缺陷类型见表1)，其结构见图3。
1.2 试验
每种试品各制备3只试样，分别编号为S1a、S1b、S1c、S2a、S2b、S2c、……S5a、S5b、S5c等，共15只。对同一编号试品的3只试样分别进行工频电压下的放电试验，设计XLPE绝缘体和硅橡胶绝缘体具有足够的绝缘强度，以保证工频电压试验均为对界面A的沿面放电试验，最终取3只试品工频电压沿面放电电压的平均值。
1.3 试验结果
工频电压沿面放电试验结果见表2。
2 分析与讨论
由表2可见，试品的工频沿面放电电压值与界面状况密切相关。在一定的压强(p≈50 kPa)下，界面A可以近似地认为是由XLPE—硅橡胶形成的固—固界面，两种介质的介电常数差别较小，复合介质中工频电压按介电常数分布[2]，界面电场分布比较均匀，宏观表现出界面沿面放电电压值较高。
当界面被极性导电物质(w(NaCl)=0.5 %)湿润后，界面电场分布严重畸变，界面表面电阻下降，产生大量的导电粒子，激发界面沿面放电，界面沿面放电电压值大幅降低。
在界面上施加较大压强(p≈150 kPa)和涂抹硅脂后，一方面，压力使得界面接触紧密，限制导电粒子激发界面沿面放电；另一方面，硅脂分子在极性物质分子中起到壁垒作用，阻碍导电粒子激发界面沿面放电，界面沿面放电电压值大幅提高。
提高预制型硅橡胶电缆中间接头多层固体复合介质绝缘结构沿面放电电压的方法包括：(1)加强密封防潮措施，防止接头复合界面受潮；(2)严格控制预制型硅橡胶中间接头的过盈量，保证预制件足够的握紧力；(3)预制件本体的界面粘合良好，预制件与电缆主绝缘之间界面应涂抹适量硅脂。实际应用工作中，后两者比较容易实现，而前者存在问题较多。特别是电缆中间接头安装施工过程中，轴向防水措施必须引起高度重视。
3 电缆中间接头轴向防水新措施
XLPE电力电缆在运行过程中，预制型硅橡胶中间接头与电缆XLPE绝缘层之间界面随着负荷的变化而发生热胀冷缩所形成的呼吸效应将潮气吸进界面；土壤中的水分子也在电场的作用下作定向迁移运动进入中间接头界面。潮气和迁移水分在中间接头界面凝结成介电常数很高的水珠，使界面表面电阻急剧下降而形成沿面放电，最终导致中间接头绝缘闪络击穿。作者提出了以下电缆中间接头轴向防水新措施。
1)对3相统包电缆分相处采用塑性的热熔胶填满电缆分相处的间隙，并用热缩分支手套进行轴向防水，如图4。
2)在分相电缆预制型硅橡胶中间接头的两端口处绕包半导体带，既能使预制型硅橡胶中间接头外半导体层与XLPE电缆外半导体层良好接触，又能起到轴向防水作用。
3)用镀锡铜编织网复合热熔胶取代电缆铜屏蔽层进行电缆的轴向防水处理，以防止电缆外护套意外破损时水分沿铜屏蔽层内侧进入中间接头界面，如图5。
采取上述防水处理措施安装了26套预制型硅橡胶中间接头，其中部分接头长期浸泡在水中运行。近4年来其运行状况良好。
4 结论
a.复合介质界面沿面放电电压值与界面状况密切相关。界面干燥、接触紧密以及涂抹硅脂可大幅提高界面沿面放电电压值。
b.采用镀锡铜编织网复合热熔胶取代电缆铜屏蔽层作电缆本体和中间接头轴向防水处理，可以有效防止电缆中间接头呼吸效应或电缆外护套意外破损时水分沿铜屏蔽层内侧进入中间接头界面，保障中间接头安全运行。
参考文献
1 全国电缆运行工作网1996—2001年全国电力系统电力电缆运行故障统计资料.武汉：武汉高压研究所，2000
2 陈季丹，刘子玉.电介质物理学.北京：机械工业出版社，1982
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