電力電纜的絕緣性能會(huì)隨著時(shí)間的流逝而惡化，并且在使用壽命的某個(gè)階段，電纜將無法滿足性能要求，并且會(huì)反復(fù)發(fā)生故障。

使用壽命（EOL）會(huì)隨電纜類型，安裝和操作電纜的條件而變化，并且會(huì)因安裝而異。在大多數(shù)情況下，電纜壽命可以延長(zhǎng)，具體取決于電纜的狀況。

電源電纜的壽命取決于其在額定電壓下安全承載額定電流而不會(huì)造成過多損耗或故障的能力。電纜故障是導(dǎo)體周圍絕緣層的擊穿以及隨后電流泄漏到大地或?qū)w之間。可能會(huì)完全絕緣擊穿，從而導(dǎo)致高故障電流，從而導(dǎo)致泄漏電流。

狀態(tài)監(jiān)視和測(cè)試使EOL可以相當(dāng)準(zhǔn)確地估算出來。延長(zhǎng)電纜的使用壽命是更換電纜的一種選擇，并且視情況而定，可能會(huì)大大延長(zhǎng)電纜的更換時(shí)間。成功延長(zhǎng)壽命的關(guān)鍵是狀態(tài)監(jiān)視，這將使您可以決定何時(shí)應(yīng)延長(zhǎng)壽命以及是否可以成功延長(zhǎng)壽命。

電纜故障機(jī)制

絕緣擊穿可能由多種機(jī)制引起。

中壓電纜由于稱為水樹的現(xiàn)象而發(fā)生故障。水樹可以從電纜的內(nèi)部向外生長(zhǎng)，也可以從電纜的外部向外生長(zhǎng)，也可以從絕緣內(nèi)部的缺陷中生長(zhǎng)出來。隨著它們的生長(zhǎng)，它們看起來像樹木或灌木叢。水樹長(zhǎng)大，直到它們不再承受電壓應(yīng)力并形成電樹為止。一旦形成電氣樹，電纜通常會(huì)在兩周內(nèi)失效[1]。

具有交聯(lián)聚乙烯（XLPE）絕緣的地下電纜以前是使用蒸汽固化工藝制造的。這種方法將水和離子雜質(zhì)引入絕緣層，導(dǎo)致絕緣性能在電纜的使用壽命內(nèi)發(fā)生電化學(xué)降解。

失效機(jī)制

• 制造缺陷：雖然并非絕對(duì)需要水生樹木生長(zhǎng)，但它們肯定會(huì)加速水生樹木的生長(zhǎng)和繁殖，因此電纜任何部分中最長(zhǎng)的水生樹木很可能會(huì)出現(xiàn)一些瑕疵。

• AC應(yīng)力，離子和水：這是水生樹木生長(zhǎng)的三個(gè)要求。通常，減少這三個(gè)元素中的任何一個(gè)都會(huì)阻礙水樹的生長(zhǎng)。

• 局部高密度空間電荷和電場(chǎng)：這些是大型水樹的必然結(jié)果，瞬態(tài)過電壓事件（如開關(guān)，故障，雷電和離線電纜測(cè)試）會(huì)加劇這種情況。

• 紫外線發(fā)射：這是空間電荷返回其基態(tài)的結(jié)果。發(fā)出紫外線光子，紫外線光子具有足夠的能量來破壞聚乙烯鍵并產(chǎn)生破壞性的自由基。

• 熱電子加速：這是在某些介電缺陷（包括空間電荷）周圍產(chǎn)生非常高的局部電場(chǎng)的結(jié)果。熱電子會(huì)破壞聚乙烯鍵并產(chǎn)生自由基。

• 熱機(jī)械應(yīng)力：這會(huì)導(dǎo)致暴露于水和24小時(shí)溫度循環(huán)的大多數(shù)老化電纜中可見光環(huán)。隨著電纜變暖，水在聚乙烯中的溶解度大大增加，更多的水從周圍的土壤擴(kuò)散到電纜中。隨著電纜溫度的下降，水的溶解度降低，水不能足夠快地滲透出電纜，從而避免過飽和。在熱動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)下，過飽和水尋找其液態(tài)并凝結(jié)到光環(huán)的微孔中。

• 空隙形成：主要由水樹過程產(chǎn)生的紫外線和熱機(jī)械應(yīng)力引起。

• 局部放電（PD）：這些現(xiàn)象表現(xiàn)在空隙中，空隙足夠大，足以使空隙中的氣體被電場(chǎng)電離。PD起始電壓大于消光電壓，因?yàn)橐坏┛障吨械臍怏w離子化，PD就會(huì)更容易維持。

失敗的結(jié)果是局部放電侵蝕了發(fā)生放電的空隙壁。空隙中每個(gè)放電的侵蝕會(huì)增加空隙的大小，因此會(huì)降低該空隙的部分放電起始電壓和消光電壓。這種自加速意味著在工作電壓下出現(xiàn)的任何PD都可能導(dǎo)致快速故障。

監(jiān)控與測(cè)試

監(jiān)視和測(cè)試對(duì)于確定電源線的預(yù)期壽命至關(guān)重要。測(cè)試電纜絕緣狀況的兩種最常見的方法是局部放電（PD）和tanδ（TD）測(cè)試。在中壓和高壓電纜系統(tǒng)中的空隙，間隙和類似缺陷處可能會(huì)發(fā)生局部放電。如果繼續(xù)進(jìn)行，局部放電會(huì)腐蝕絕緣層，通常會(huì)形成樹狀的劣化圖案（電氣樹），并最終導(dǎo)致電纜或附件完全損壞和故障。TD測(cè)試可以揭示電纜中是否存在PD路徑。

通過PD和TD測(cè)試和監(jiān)視獲得的數(shù)據(jù)可以提供有關(guān)絕緣質(zhì)量及其對(duì)電纜系統(tǒng)健康影響的重要信息。通過檢測(cè)PD和TD并對(duì)其趨勢(shì)進(jìn)行分析，可以觀察其隨時(shí)間的發(fā)展，以協(xié)助進(jìn)行有關(guān)電纜維修或更換的戰(zhàn)略決策。

局部放電測(cè)試

PD測(cè)試使用聲學(xué)，電容或電感耦合傳感器來確定PD位置的大小和位置。PD測(cè)試可以離線或在線（通電）模式進(jìn)行。脫機(jī)PD測(cè)試提供了優(yōu)于其他技術(shù)的顯著優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗哂袦y(cè)量電纜系統(tǒng)對(duì)特定應(yīng)力水平的響應(yīng)并預(yù)測(cè)其未來性能而不會(huì)產(chǎn)生故障的能力。脫機(jī)測(cè)試還可以精確定位現(xiàn)場(chǎng)老化電纜上的缺陷位置，從而使資產(chǎn)管理者能夠準(zhǔn)確地計(jì)劃維護(hù)和/或維修計(jì)劃。離線測(cè)試通常也用于對(duì)新安裝的設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)收測(cè)試。

對(duì)于已經(jīng)投入使用的系統(tǒng)，挑戰(zhàn)在于必須停止使用設(shè)備才能進(jìn)行測(cè)試。當(dāng)可能斷電時(shí)，離線測(cè)試可以成為預(yù)測(cè)性維護(hù)計(jì)劃的一部分。在線測(cè)試可以包括在負(fù)載條件下進(jìn)行測(cè)試以及對(duì)電纜進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控。在線測(cè)試?yán)孟到y(tǒng)電壓生成PD條件，因此可用于評(píng)估實(shí)際條件下的電纜。

棕褐色三角洲測(cè)試

損耗角正切（tanδ）或耗散因數(shù)測(cè)試是評(píng)估電纜狀態(tài)的常用方法，并利用電纜的反應(yīng)特性。多芯電纜在芯之間以及芯與外部金屬護(hù)套之間具有電容。單芯電纜在芯線和外部金屬護(hù)套之間具有電容。

在開路狀態(tài)下，電纜充當(dāng)電容器，如果在導(dǎo)體和護(hù)套之間施加測(cè)試信號(hào)，則會(huì)流過電容性電流。如果電纜是理想的電容器，即電纜的絕緣層沒有缺陷，則電纜接近理想電容器的特性，并且電流將與電壓異相90°。由于絕緣電阻的緣故，存在同相電阻電流，并且健康電纜中的相角略小于90°。

如果絕緣條件惡化，電阻會(huì)降低，導(dǎo)致電阻電流增加，并且電流將與電壓異相小于90°。相移偏離90°表示絕緣惡化的程度，并因此指示電纜的健康狀況。測(cè)量并分析該“損失角”。

該測(cè)試通常是通過在電纜上施加一個(gè)非常低的頻率信號(hào)（例如0,02 – 0,1 Hz）并測(cè)量電壓和電流之間的相角來進(jìn)行的。絕緣不良的行為可能取決于電壓，因此可以在不同的電壓等級(jí)（直到電纜的工作電壓）下重復(fù)測(cè)試，或者在某些情況下可以在更高的電壓等級(jí)下重復(fù)測(cè)試。

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