電纜和附件型式試驗(yàn)的分析和探討

顧　斌（挪威船級社（中國）有限公司，上海200336）

電纜和附件型式試驗(yàn)的分析和探討

顧斌
（挪威船級社（中國）有限公司，上海200336）

DNV GL-Energy，KEMA實(shí)驗(yàn)室的中國檢查團(tuán)隊(duì)近6年在國內(nèi)進(jìn)行中壓和（超）高壓交聯(lián)聚乙烯絕緣電

力電纜及附件型式試驗(yàn)，對見證的結(jié)果進(jìn)行了分析和探討，證實(shí)了型式試驗(yàn)的重要性。

電纜；電纜附件；型式試驗(yàn)；中壓；（超）高壓；試驗(yàn)失敗率

0　引 言

當(dāng)今輸配電網(wǎng)的趨勢是進(jìn)行長距離和大功率的電能傳輸，電纜及附件的質(zhì)量控制顯得格外重要。一旦電纜或附件發(fā)生故障，除了會引起停電之外，還會造成設(shè)備中斷和系統(tǒng)失靈，損失巨大。

為了確保電纜和附件的質(zhì)量，需要通過型式試驗(yàn)來進(jìn)行驗(yàn)證。對于中壓和（超）高壓電纜及附件產(chǎn)品，全世界現(xiàn)存很多標(biāo)準(zhǔn)，如IEC、CENELEC和相對應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)。電力公司、電纜和附件制造商可以選擇不同的標(biāo)準(zhǔn)，對電纜系統(tǒng)或是單獨(dú)對電纜和附件進(jìn)行試驗(yàn)。

DNV GL-Energy，KEMA實(shí)驗(yàn)室的中國檢查團(tuán)隊(duì)自2010年就開始與國家電線電纜質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心和中國電科院武漢分院開展合作，進(jìn)行中壓和（超）高壓交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜及附件型式試驗(yàn)的見證服務(wù)。本文對與IEC標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的型式試驗(yàn)見證結(jié)果進(jìn)行分析和探討。

圖1為典型的500 kV超高壓電纜及附件的型式試驗(yàn)回路布局圖。電纜與兩個(gè)戶外終端、兩個(gè)GIS終端、一個(gè)直通接頭和一個(gè)絕緣接頭相連。

圖2為典型的20 kV中壓電纜型式試驗(yàn)回路布局圖。

圖1　超高壓電纜系統(tǒng)型式試驗(yàn)回路布局圖

圖2　中壓電纜型式試驗(yàn)回路布局圖

1　IEC標(biāo)準(zhǔn)要求

1.1 IEC 60502

IEC 60502-2：2014［1］和IEC 60502-4：2010［2］分別適用于額定電壓6 kV到30 kV的擠包絕緣電力電纜和附件，對單芯或三芯電纜及附件的結(jié)構(gòu)和試驗(yàn)要求進(jìn)行了一定的說明。除熱循環(huán)試驗(yàn)外，IEC60502-2：2014中規(guī)定的電纜電氣型式試驗(yàn)項(xiàng)目和IEC 60840：2011中規(guī)定的基本一致。IEC 60502-2：2014特別要求在沖擊試驗(yàn)之后增加4 h的工頻耐壓試驗(yàn)。

1.2 IEC 60840

IEC 60840：2011［3］適用于額定電壓30 kV到150 kV的擠包絕緣電力電纜和附件。新版的IEC 60840：2011中提到的電氣型式試驗(yàn)項(xiàng)目基本與新版的IEC 62067：2011保持一致。舊版的IEC 62067：2001中提到的一些電氣試驗(yàn)項(xiàng)目已經(jīng)引入到了新版的IEC 60840：2011中。例如，對于高場強(qiáng)的電纜及附件要求進(jìn)行系統(tǒng)的型式試驗(yàn)。在導(dǎo)體屏蔽上的計(jì)算電場強(qiáng)度不大于8 kV/mm和絕緣屏蔽上的計(jì)算電場強(qiáng)度不大于4 kV/mm的情況下，可單獨(dú)對電纜或附件進(jìn)行型式試驗(yàn)。

1.3 IEC 62067

IEC 62067：2011［4］適用于額定電壓150 kV到500 kV的擠包絕緣電力電纜和附件，要求對高電場強(qiáng)度的電纜及附件一同進(jìn)行型式試驗(yàn)。除了對最高設(shè)備電壓≥300 kV的電纜及附件要求進(jìn)行沖擊試驗(yàn)外，IEC 62067：2011規(guī)定的電氣型式試驗(yàn)項(xiàng)目已與IEC 60840：2011保持一致。

2　數(shù)據(jù)分析

2.1 數(shù)據(jù)概覽

我們將依據(jù)IEC 60502、IEC 60840和IEC 62067標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)的產(chǎn)品歸為“中壓”和“高壓”產(chǎn)品。“中壓終端”包括戶內(nèi)和戶外終端，“高壓終端”包括戶外終端和GIS終端，“高壓接頭”包括直通接頭和絕緣接頭。

自2010至2015年間，依據(jù)IEC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，DNV GL-Energy，KEMA實(shí)驗(yàn)室的中國檢查團(tuán)隊(duì)在國家電線電纜質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心和中國電科院武漢分院對大約210個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行了型式試驗(yàn)的見證。

圖3為不同產(chǎn)品進(jìn)行型式試驗(yàn)的比例?？梢园l(fā)現(xiàn)，大約15%是中壓產(chǎn)品，85%是高壓產(chǎn)品。終端產(chǎn)品占多數(shù)，電纜和接頭試品數(shù)量差不多。

圖4是依據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)對進(jìn)行型式試驗(yàn)的產(chǎn)品數(shù)量的統(tǒng)計(jì)?？梢园l(fā)現(xiàn)，近6年的型式試驗(yàn)大部分是依據(jù)IEC 62067進(jìn)行的。

2.2 電纜數(shù)據(jù)分析

圖5是對參與型式試驗(yàn)的電纜數(shù)量的統(tǒng)計(jì)。可以發(fā)現(xiàn)，近6年，平均每年要對5根高壓和3根中壓電纜進(jìn)行型式試驗(yàn)的見證。其中，高壓電纜占多數(shù)，這主要是因?yàn)槿蚴袌鲂枰邏弘娎|來加強(qiáng)主干電網(wǎng)的建設(shè)。

圖3　不同產(chǎn)品進(jìn)行型式試驗(yàn)的比例

圖4　依據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行型式試驗(yàn)的產(chǎn)品數(shù)量

圖5　統(tǒng)計(jì)進(jìn)行型式試驗(yàn)的電纜數(shù)量

2.3 電纜附件數(shù)據(jù)分析

圖6是對參與型式試驗(yàn)的電纜附件數(shù)量的統(tǒng)計(jì)?？梢园l(fā)現(xiàn)，近6年，平均每年要對20多個(gè)電纜附件進(jìn)行型式試驗(yàn)的見證。典型的高壓回路包括電纜、兩個(gè)戶外終端（瓷式和/或復(fù)合式），兩個(gè)背對背的GIS終端，一個(gè)直通接頭和一個(gè)絕緣接頭。這就使得參與型式試驗(yàn)的高壓電纜附件占多數(shù)。由于中壓電纜附件制造商較少，所以進(jìn)行型式試驗(yàn)的中壓電纜附件較少。

2.4 試驗(yàn)失敗率分析

圖7是不同產(chǎn)品型式試驗(yàn)失敗率的統(tǒng)計(jì)?？梢园l(fā)現(xiàn)，電纜附件的試驗(yàn)失敗率較高。

高壓接頭的試驗(yàn)失敗率（24%）要比高壓終端（13%）高很多。如果接頭運(yùn)行時(shí)處于潮濕環(huán)境，需要進(jìn)行IEC 62067：2011和IEC 60840：2011附錄G的“接頭外保護(hù)試驗(yàn)”。此試驗(yàn)既適用于絕緣接頭，也適用于直通接頭，只是進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)目不同。據(jù)統(tǒng)計(jì)，大約有40%到50%的接頭未能一次性通過“接頭外保護(hù)試驗(yàn)”。這是高壓接頭試驗(yàn)失敗率偏高的主要原因。

與中壓接頭（14%）相比，中壓終端的試驗(yàn)失敗率（20%）偏高。主要原因是一些中壓終端產(chǎn)品未能通過模擬實(shí)際運(yùn)行環(huán)境的試驗(yàn)，比如鹽霧試驗(yàn)和潮濕試驗(yàn)。

與中壓終端（20%）相比，高壓終端的試驗(yàn)失敗率（13%）較低。主要原因是高壓終端制造商已經(jīng)通過設(shè)計(jì)改進(jìn)并研究出一定措施來處理高場強(qiáng)問題，可將高壓終端的試驗(yàn)失敗率降到最低。

由于對中壓接頭進(jìn)行的試驗(yàn)較少，無法和高壓接頭進(jìn)行有效的對比。

圖6　統(tǒng)計(jì)進(jìn)行型式試驗(yàn)的電纜附件數(shù)量

圖7　不同產(chǎn)品型式試驗(yàn)失敗率

3　結(jié)束語

由圖7可知，有5%～25%的電纜和附件未能一次性通過型式試驗(yàn)。不良安裝、材料和制造工藝存在缺陷、電纜和附件的界面場強(qiáng)配合差引起擊穿是試驗(yàn)失敗的主要原因。

即使在材料和制造工藝上做了很小的改進(jìn)，也需要考慮重新進(jìn)行型式試驗(yàn)。

電纜和附件的界面場強(qiáng)配合問題強(qiáng)調(diào)了對電纜和附件一同進(jìn)行型式試驗(yàn)的重要性。就算將已通過型式試驗(yàn)的電纜和附件裝配在一起再次進(jìn)行型式試驗(yàn)，也很難確保該電纜系統(tǒng)就能一次性通過型式試驗(yàn)。

為了確保系統(tǒng)可靠運(yùn)行，在安裝敷設(shè)前，建議將電纜和附件配合成系統(tǒng)后進(jìn)行型式試驗(yàn)。

［1］ IEC 60502-2：2014 Power cab1es with extruded insu1ation and their accessories for rated vo1tages from 1 kV（Um=1.2 kV）uP to 30 kV（Um=36 kV）-Part2：Cab1es for rated vo1tages from 6 kV（Um=7.2 kV）uP to 30 kV（Um=36 kV）［S］.

［2］ IEC 60502-4：2010 Power cab1es with extruded insu1ation and their accessories for rated vo1tages from 1 kV（Um=1.2 kV）uP to 30 kV（Um=36 kV）-Part4：Test requirements on accessories for cab1es with rated vo1tages from 6 kV（Um=7.2 kV）uP to 30 kV（Um=36 kV）［S］.

［3］ IEC 60840：2011 Power cab1es with extruded insu1ation and their accessories for rated vo1tagesabove30 kV（Um=36 kV）uP to 150 kV（Um=170 kV）-Testmethods and requirements［S］.

［4］ IEC 62067：2011 Power cab1es with extruded insu1ation and their accessories for rated vo1tages above150 kV（Um=170 kV）uP to 500 kV（Um=550 kV）-Test methods and requirements［S］

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Analysis and Discussion of TyPe Tests on Power Cables and Accessories

GU Bin
（DET NORSKE VERITAS（China）Co.，Ltd.，Shanghai200336，China）

The resu1ts of 6 years of tyPe testswitnessing on XPLE insu1ated MV，（E）HV Power cab1es and accessories were ana1yzed and discussed.The resu1ts Proved tyPe tests on cab1es and accessories are crucia1.The tyPe tests were witnessed by the insPection grouP from China，a Part of the DNV GL-Energy，KEMA 1aboratories.

cab1es；cab1e accessories；tyPe tests；medium vo1tage；（u1tra）high vo1tage；fai1ures rate

TM206

A

1672-6901（2016）03-0039-03

2015-08-19

顧 斌（1985-），男，學(xué)士.

作者地址：上海市長寧區(qū)虹橋路1591號虹橋迎賓館9號樓［200336］.