为了确保电网的安全可靠运行, 及时掌握电缆 绝缘的老化状态是很有必要的。有电树枝发生时,反 映电缆绝缘状态的一些参数显示出怎样的变化是 现在研究的重点。关于绝缘电阻、直流分量电流、介 质损耗因数以及局部放电参数与电树枝生长的关 系等这方面的研究并不多，有些说法还未统一。有 电树枝存在时，XLPE电缆绝缘内局部放电特征参数 的变化规律是现在研究的热点问题。
生命指数：
n=[ln（T2/T1）]/（[ P1-P2）lnq]
（4）
用线形回归方法来计算击穿电压，结果见表1。
表1 4组测试分别的平均击穿电压
测试项目 1 min测试旧电缆 20 min测试旧电缆 1 min测试新电缆 20 min测试新电缆
喻岩珑1，李晟1，孙辉1，岳彩鹏1，吴延坤1，陈广辉1，姚瑾2
（1．华北电力大学 电气与电子工程学院，北京 102206；2. 宝鸡市供电局，陕西 宝鸡 721004）
Test Method for Aging of XLPE Cable Insulation and Remaining Life Assessment
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喻岩珑，等：XLPE电缆绝缘老化与剩余寿命评估的试验方法
Vol.27 No.4
围，分为小于1年、1~10年、大于10年3大类[10]。目前运
行单位对是否更换电缆依据一个定义为年失效数
的参数，大于某值时就更换电缆，而不对剩余寿命做
预测。要对寿命进行预测，就必须了解绝缘材料的老
（3）
式中，T1 为每一步测试的时间（1 min）;T2为每一步测试的 时间（20 min）;P1为测试从开始到升至击穿所需要的步 数（1 min）;P2为测试从开始到升至击穿所需要的步数 （20 min）;t1为测试中最后一步持续的时间（1 min）;t2 为测试中最后一步持续的时间（20 min）。
ABSTRACT：Insulation of the cables put into operation tends to become aged due to electricity, temperature, mechanics, water, and many other factors, therefore affecting the operation reliability and service life of the cables. Currently, analyses of the status of XLPE cables’insulation and assessment of the cable’s remaining life have become hot issues. Relative to the qualitative analysis, quantitative evaluation of the cable’s remaining life is of more practical value. This paper summarized the XLPE cable insulation aging mechanisms, studied several quantitative analysis methods for the remaining life: comparative analysis of breakdown voltage, dielectric loss factor method and DC leakage current method, which provide reference for researchers studying the cable operation condition and its remaining. KEY WORDS: XLPE cable；aging of insulation；remaining life; tree aging 摘要：电缆投入运行后, 绝缘会受到电、热、机械、水分等因 素的作用而发生老化, 影响电缆的运行可靠性和使用寿命。 XLPE电缆的绝缘状态与剩余寿命的评估是目前的热点问 题，相对于定性的分析，对电缆剩余寿命的定量评估更有实 际价值。文章总结了XLPE电缆绝缘老化机理并调研了几种 定量分析电缆剩余寿命的方法：击穿电压对比法,介质损耗 因素法和直流泄漏电流法。可为从事电缆运行情况和寿命研 究的技术人员提供参考。 关键词：XLPE电缆；绝缘老化；剩余寿命;树老化
水树的形成发展理论至今总结大概有下面8种 情况：
1）在水和电场同时存在的条件下发生水树。 2）水树是由直径为数μm的水填满的空隙群所 组成的。 3）即使在比较低的电场下也能发生水树。 4）绝缘中的杂质、半导电层的缺陷、空隙等高场 强处，是引发水树的起点。 5）水 树 在 直 流 电 压 作 用 下 难 以 产 生 ，但 在 交 流 电 压 作 用 下 较 易 产 生 ，高 频 电 压 也 能 促 进 水 树 的发生。 6）在高温水中水树较易发生，而且也容易延伸。 7）水树在形成的过程中，由于放电而观察不到 脉冲现象。 8）发生水树的部位会产生机械变形。 对水树引发和发展机理作为一个统一的理论还 不成熟。水树的引发和发展不但缓慢，而且是微观 现象，统一理论还需要时间研究。 1.1.2 发生水树后电缆特性的变化 水树的发展会影响电缆的电特性： 1） 电缆的绝缘介质损耗角正切值随水树长度 的增加而增大。 2）水树引起绝缘电阻下降。 3）交流电压击穿场强随着电树长度增加而明显 下降。 随着抗水树电缆材料的研发，电缆结构的调整， 水树的影响越来越小。 1.2 电缆绝缘电树老化 水树不是导致电缆失效的直接原因，绝缘严重 水树化的电缆也可能正常运行很长时间而不击穿。 实际上，总是在水树的末端发展出电树，对于高压 和超高压电缆，电树枝是绝缘失效的决定性因素。 对于电缆绝缘来讲，其中的杂质、半导电层凸起、电 压作用下空间电荷的的积累等原因均会造成局部 电场集中，形成局部高场强而诱发电树枝。
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号：1674- 3814（2011）04- 0026- 04
电网与清洁能源 Power System and Clean Energy
中图分类号：TM855
Vol.27 No.4 Apr. 2011
文献标志码：A
XLPE电缆绝缘老化与剩余寿命评估的试验方法
电缆绝缘事故基本上都是水树和电树造成的， 下面主要介绍电缆中水树和电树的老化情况。 1.1 电缆绝缘水树老化
水树就是交联聚乙烯电缆在进水的情况下，由
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第27卷 第4期
电网与清洁能源
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于电场的作用，使绝缘体内形成树枝的现象。几乎 都是电缆在制造、运输、保管、敷设过程中水分侵入 电缆内部所致；或者由于在导体上使用以布带为基 体的半导电层，在毛刺突出处产生水树并延伸而导 致绝缘击穿。 1.1.1 水树的形成和发展
目前, 现场检测XLPE 绝缘老化还没有公认的 可在电力部门推广应用的在线检测技术及相应设 备,因此电缆绝缘老化状态的数据积累较少,缺乏判 别电缆老化的标准, 所以传统的在线检测技术尚难 以对电缆的绝缘状态及其剩余寿命进行非常确切 的推断,还需要有一个较长的数据积累过程。
2 剩余寿命评估的试验方法
电缆残余寿命预测研究,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, 检测技术有非在线式和在线式。非在线式包括残留 电压、反吸收电流、直流泄漏电流、电位衰减法,残留 电荷、直流电压叠加法等。在线式包括直流成分、脉 动法,直流电压叠加法等[9]。
1.2.1 电树的引发和生长 电树枝化无论是在引发阶段还是在生长阶段都
是一种极其复杂的电腐蚀现象，是包括电荷注入—抽 出、局部放电、局部高气压、局部高温、电—机械应 力、物理变形、化学分解等在内的一个非常复杂的 综合过程；绝缘介质种类的不同、状态的不同、微观 结构的差异都增大了电树枝在引发过程中和生长 过程中的随机性[8]。 1.2.2 电树引起交联聚乙烯绝缘老化的诊断
化机理，发展有效的测试技术，下面介绍几种预测
电缆剩余寿命的试验。
2.1 击穿电压对比法
XLPE电缆的寿命方程为
Unt=C
（1）
式中，U是电缆所施加的电压，n为生命时间指数，t
为电缆寿命，C为常数。
试验用18个使用过的电缆样本（运行10年的10 kV带
消弧线圈的三相XLPE电缆），12个新的8.7/10 kV样本。
电力电缆是电力系统输变电的非常重要的设 备，对电力负荷安全，电力可靠传输具有不可或缺 的作用。40 余年的运行及研究表明,水树枝化是导 致交联聚乙烯 (XLPE) 电缆绝缘寿命缩短的主要因 素, 水树枝尖端最终长出的电树枝, 或是在电缆投 运初期由绝缘缺陷处长出的电树枝则是电缆绝缘
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实际上，绝缘老化的原因有两方面，一是电气 方面，二是化学方面。电气方面包括游离放电老化 和树老化。前者是在绝缘层和屏蔽层的空隙产生游 离放电，使绝缘受到侵蚀所造成的绝缘老化现象。 不过正常相电压下一般不会发生，只有在电缆内部 有缺陷时才会成为问题。后者树老化主要有电树、 水树两种。树老化是目前绝缘老化最主要的因素。 化学老化是由敷设环境所引起的，有一种称为硫化 的老化现象，对电缆绝缘影响最大，由于硫化物透 过护套及绝缘层与电缆的铜导体产生化学反应，生 成硫化铜和氧化铜等物质，这些物质在绝缘层的内 导侧向外呈树枝状生长，称为化学树[5-7]。
YU Yan-long1, LI Sheng1, SUN Hui1, YUE Cai-peng1, WU Yan-kun1, CHEN Guang-hui1,YAO Jin2
(1.School of Electrical & Electronic Engineering, North China Electric Power University, Beijing 102206,China； 2.Baoji Power Supply Bureau, Baoji 721004, Shaanxi Province, China)