本書主要闡述皺紋鋁護套電力電纜緩沖層缺陷機理、檢測技術、修復技術、預防技術等，匯集了作者團隊在電纜緩沖層故障機理，缺陷檢測與消除方面的多年研究成果以及最ZZ新研究進展。全書主要內容包括：皺紋鋁護套電力電纜緩沖層基礎知識，緩沖層缺陷特征、形成及影響機理，局部放電檢測方法、氣體檢測方法、寬頻阻抗檢測方法、分布式光纖檢測方法等幾種緩沖層缺陷檢測方法，緩沖層缺陷修復技術，以及預防緩沖層缺陷的平滑鋁套電力電纜、研究成果的應用案例等多個方面的研究成果。這是我國第D一部系統(tǒng)闡述電力電纜緩沖層缺陷機理、檢測方法、修復技術研究的著作，體現(xiàn)了研究成果和工程實踐的結合。
本書可供從事電力電纜研究基礎研究和應用研究的相關工程技術人員參考使用。
序
能源電力是經(jīng)濟社會發(fā)展的重要物質基礎和動力源泉。電力系統(tǒng)作為現(xiàn)代工業(yè)體系的基礎，其發(fā)展攸關國計民生和國家安全。在習近平總書記提出的四個革命、一個合作能源安全新戰(zhàn)略指引下，我國碳達峰、碳中和戰(zhàn)略積極穩(wěn)步推進，能源電力系統(tǒng)結構快速轉型。能源安全新戰(zhàn)略提出以來，我國能源電力基礎設施建設取得了重大成就，建設了全球規(guī)模最ZZ大、電壓等級最ZZ高的電力系統(tǒng)；在大力發(fā)展新能源的背景下，正在發(fā)展和構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。
在新型電力系統(tǒng)構建快速發(fā)展的同時，支撐新型電力系統(tǒng)構建的電力關鍵核心技術裝備存在一系列亟待攻關突破的問題，其中作為關鍵輸電設備的電力電纜近年來逐步成為研究熱點，學術界、工業(yè)界基于電纜運行經(jīng)驗與發(fā)展趨勢，聚焦于電纜新型材料、結構設計以及缺陷檢測技術等基礎問題。
電力電纜基礎研究和應用研究得到國家、地方、行業(yè)、企業(yè)以及全社會的廣泛關注和支持，國家科技部在該領域設立了多個973863項目以及科技支撐計劃，行業(yè)中諸多企業(yè)也開展了大量研究和實踐，取得了豐碩成果，有力地促進了電力電纜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。華南理工大學作為以工見長、理工結合的教J育Y部直屬綜合性研究型大學，在電力電纜領域主持和參與了多項國家973863項目以及科技支撐計劃，與南方電網(wǎng)公司合作開展了大量生產(chǎn)實踐相關的針對性研究。華南理工大學的研究工作主要涉及電纜載流量仿真計算、剩余壽命評估等方法研究，絕緣空間電荷行為、介電特性等理論研究，檢測裝備研制、前沿檢測方法等技術開發(fā)。這些研究所形成的科研成果與現(xiàn)場應用，在推動我國電力電纜產(chǎn)業(yè)高質量發(fā)展中起到了重要作用。
華南理工大學電力學院的老師和專業(yè)團隊在電力電纜緩沖層領域的探索、實踐以及大量現(xiàn)場應用基礎上，總結撰寫了《皺紋鋁套電力電纜緩沖層缺陷檢測與修復》一書。本書內容主要包括：皺紋鋁套電力電纜緩沖層缺陷機理、局部放電檢測方法、氣體檢測方法、寬頻阻抗檢測方法、分布式光纖檢測方法、缺陷修復技術，以及預防緩沖層缺陷的新型電力電纜、研究成果的應用案例等。這是我國第D一部系統(tǒng)闡述電力電纜緩沖層缺陷機理、檢測方法、修復技術的著作，體現(xiàn)了科學研究和工程實踐的結合。
希望本書的出版，能夠為從事電力電纜領域技術人員提供參考，為進一步開展電力電纜可靠性研究及應用發(fā)揮作用，為我國電力事業(yè)發(fā)展作出貢獻。
中國工程院院士
華南理工大學電力學院名譽院長
李立浧
隨著城市電網(wǎng)負荷日益增長及供電可靠性要求不斷提高，城市輸電系統(tǒng)中電力電纜占比逐年升高。交聯(lián)聚乙烯（XLPE）絕緣電纜憑借電氣性能與機械性能優(yōu)異、傳輸容量大、制造工藝簡單、安裝與維護方便等優(yōu)點，逐漸成為地下輸電系統(tǒng)的核心輸電設備之一。XLPE 絕緣電纜線路多位于城市核心地段，一旦發(fā)生故障，故障定位難、修復難度大、檢修耗時長，造成的損失遠大于架空線路，對社會造成的負面影響較大。 近年來國內外發(fā)生了多起110kV 及以上XLPE 絕緣電纜本體擊穿故障，故障并非電纜本體絕緣缺陷原因導致，而是由電纜鋁套和絕緣屏蔽層之間的緩沖層缺陷引起。該類型缺陷主要表現(xiàn)為鋁套、緩沖層、絕緣屏蔽層上出現(xiàn)白色粉末斑點及大面積的燒蝕性放電痕跡，部分燒蝕位置已損傷電纜主絕緣。截至2023 年4 月，國內已報道的緩沖層缺陷、故障電纜案例已近50 起。緩沖層燒蝕故障誘發(fā)原因目前已相對清晰，主要因國內高壓電纜采用皺紋鋁套結構，這種結構特點可導致絕緣屏蔽層與鋁護套間電氣接觸不良，但燒蝕缺陷形成與發(fā)生過程機理尚不明確。此外，緩沖層缺陷形成周期長，缺陷潛伏期特征表現(xiàn)不明顯，常規(guī)技術手段難以有效檢測，導致大面積停電風險始終存在，給電網(wǎng)可靠運行帶來安全隱患。因此，需要準確掌握緩沖層缺陷發(fā)展機理，在故障發(fā)生前對缺陷及時檢測識別、修復，提高電纜線路運行可靠性。 目前國內未見有關皺紋鋁套電力電纜緩沖層缺陷檢測與修復方面的專業(yè)書籍出版，缺乏展現(xiàn)這一領域最新科技成果和發(fā)展動態(tài)的學術成果。針對以上問題，作者團隊開展了一系列研究工作，并組織編寫了本書。本書匯集了作者團隊在電纜緩沖層故障機理、缺陷檢測與修復方面的最新研究進展。全書共10 章，從內容劃分上可歸為6 個部分。第1 章介紹了皺紋鋁套電力電纜緩沖層基礎知識，結合相關標準概述了皺紋鋁套電力電纜組成，以及緩沖層性能、材料與結構。第2～3 章介紹了緩沖層缺陷特征、形成及影響機理，結合緩沖層缺陷模擬試驗方法、有限元模型與等值電路模型分析，為缺陷檢測與修復提供理論參考。第4～7 章介紹了幾種緩沖層缺陷檢測方法，主要包括局部放電檢測、氣體檢測、寬頻阻抗檢測、分布式光纖檢測等方法，并結合理論分析與試驗驗證討論了檢測方法的有效性與應用價值。第8 章介紹了緩沖層缺陷修復技術，并給出了修復效果予以驗證，使缺陷被檢出后得到有效處理。第9 章介紹了新型結構電纜，結合試驗與有限元仿真探究了平滑鋁套電纜等的結構設計以及熱、機械、電氣性能，討論了抑制緩沖層缺陷，以平滑鋁套替代皺紋鋁套的可行性。第10 章介紹了緩沖層缺陷研究成果應用案例，這一章有助于國內外讀者直觀了解本書價值。作者期待以本書為起點，吸引更多學者對本領域給予關注和研究，形成系列專著性科技叢書。 本書是作者團隊在皺紋鋁套電纜緩沖層缺陷檢測與修復領域多年研究成果的集中體現(xiàn)。參加本書資料整理的有博士研究生成延庭、周文青、張鵬、肖啟昊，碩士研究生陳林昊、田萬興、王志毅。全書由上海電纜研究所有限公司徐曉峰博士審定，由華南理工大學朱寧西副教授校對。 本書成果得到了國家自然科學基金委員會-國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)聯(lián)合基金重點項目（編號：U1766220）、中國南方電網(wǎng)有限責任公司科技項目（編號：080045KK52190021 和GDKJXM20220062）的資助。在此感謝參與這些項目并為本書成果作出貢獻的研究生們，他們是陳云、劉順滿、賴慶波、吳智恒、趙鵬、李啟舜、譚皓天、賴林樺、尹釅洋等。在研究工作的初始階段，西安交通大學屠德民教授在研究方向上給予了指導。在研究過程中，還得到了華南理工大學李立浧院士、陽林副教授，南方電網(wǎng)科學研究院有限責任公司惠寶軍高級工程師、朱聞博高級工程師，廣東電網(wǎng)有限責任公司廣州供電局黃嘉盛教授級高級工程師，廣東電網(wǎng)有限責任公司東莞供電局吳勛高級工程師、黎灼佳高級工程師，廣東電網(wǎng)有限責任公司電力科學研究院余欣教授級高級工程師，廣東電網(wǎng)有限責任公司汕頭供電局曾挺高級工程師，國網(wǎng)江蘇省電力有限公司電力科學研究院陳杰高級工程師、胡麗斌高級工程師、曹京滎高級工程師的指導和幫助，在此一并表示感謝！還要感謝廣州南洋電纜集團有限公司對本書中試驗研究提供的樣品、場地、設備支持和幫助！感謝華南理工大學電力學院創(chuàng)造的卓越教育與研究氛圍，這為本書的課題研究提供了豐富條件，使作者得以深入探索并順利完成研究工作。 本書由多位學者共同完成，力求全面、詳細、科學地闡述皺紋鋁套電纜緩沖層缺陷、檢測及修復相關的研究內容，各部分寫作風格不盡相同。限于編者的水平和學識，書中難免有疏漏和不妥之處，懇請讀者和同行專家予以批評指正。郝艷捧、劉剛2025 年1 月于廣州
郝艷捧，華南理工大學電力學院副院長，教授，博導。劉剛，華南理工大學電力學院系副主任，教授，博導。
序
前言
第1 章 皺紋鋁套結構的電力電纜緩沖層 1
1.1 皺紋鋁套電力電纜結構 2
1.2 電力電纜緩沖層性能 6
1.3 電力電纜緩沖層半導電帶類型 11
1.4 電力電纜緩沖層半導電帶材料研究 12
1.5 電力電纜緩沖層結構 14
1.6 小結 14
本章參考文獻 15
第2 章 皺紋鋁套電力電纜阻水緩沖層水分作用劣化研究 18
2.1 受潮緩沖層的電氣性能分析研究 19
2.1.1 緩沖層阻水帶受潮試驗 19
2.1.2 受潮緩沖層阻水帶的含水量變化規(guī)律 19
2.1.3 受潮緩沖層阻水帶的體積電阻率測量 20
2.1.4 受潮緩沖層阻水帶體積電阻率變化原因 21
2.2 緩沖層白斑成分分析研究 24
2.2.1 電氣性能 24
2.2.2 物理形態(tài) 25
2.2.3 化學元素組分 27
2.3 緩沖層白斑形成機理研究 27
2.3.1 白斑形成影響因素研究 27
2.3.2 考慮阻水帶含水量的白斑重現(xiàn)試驗研究 31
2.3.3 白斑物質組分的形成機理 32
2.4 緩沖層白斑電熱影響研究 34
2.4.1 白斑阻水帶電熱參量測量 34
2.4.2 白斑阻水帶體積電阻率、導熱系數(shù)變化原因 36
2.4.3 白斑對電纜緩沖層電場和溫度場影響的仿真研究 37
2.4.4 白斑阻水帶體積電阻率、介電常數(shù)對電纜緩沖層電場的影響 39
2.4.5 白斑阻水帶導熱系數(shù)對電纜緩沖層溫度場的影響 41
2.5 小結 42
本章參考文獻 43
第3 章 皺紋鋁套電力電纜緩沖層缺陷機理研究 45
3.1 緩沖層缺陷電路模型 46
3.1.1 緩沖層和鋁套之間的接觸狀態(tài)分析 46
3.1.2 高壓XLPE 電纜緩沖層等效電路模型 47
3.1.3 緩沖層等效電路模型的參數(shù)計算 49
3.1.4 緩沖層等效電路模型的影響因素分析 51
3.2 緩沖層缺陷等效電路模型仿真分析研究 53
3.2.1 仿真對象及設置 53
3.2.2 影響因素的仿真分析 55
3.3 緩沖層缺陷放電模擬實驗研究 63
3.3.1 緩沖層缺陷放電模擬實驗 63
3.3.2 缺陷電纜樣品相關測試 65
3.4 小結 68
本章參考文獻 69
第4 章 皺紋鋁套電力電纜緩沖層缺陷放電檢測方法 70
4.1 測試系統(tǒng) 71
4.2 緩沖層缺陷電纜制備方法研究 71
4.3 脈沖電流法檢測研究 74
4.3.1 測試方法 74
4.3.2 各類緩沖層缺陷電纜的放電 75
4.3.3 主絕緣受損缺陷電纜的放電 76
4.3.4 絕緣屏蔽層受損缺陷電纜的放電 77
4.4 高頻電流法檢測研究 77
4.4.1 測試方法 78
4.4.2 主絕緣受損缺陷電纜的放電 78
4.4.3 各類緩沖層缺陷電纜的放電 83
4.5 小結 86
本章參考文獻 87
第5 章 皺紋鋁套電力電纜緩沖層缺陷產(chǎn)出氣體檢測方法 89
5.1 緩沖層缺陷產(chǎn)氣機理研究 90
5.1.1 白斑生成階段 90
5.1.2 緩沖帶燒蝕階段 93
5.1.3 外屏蔽層燒蝕階段 94
5.2 電力電纜緩沖層缺陷氣體擴散研究 95
5.3 電力電纜緩沖層缺陷產(chǎn)出氣體采集方法研究 98
5.4 電力電纜緩沖層缺陷產(chǎn)出氣體成分檢測研究 100
5.5 小結 102
本章參考文獻 103
第6 章 皺紋鋁套電力電纜緩沖層缺陷寬頻阻抗評價方法 105
6.1 緩沖層缺陷電纜阻抗建模 106
6.1.1 皺紋鋁套與緩沖層的接觸段和非接觸段阻抗模型 106
6.1.2 單節(jié)距阻抗模型 107
6.1.3 仿真模型的緩沖層缺陷實測參數(shù) 108
6.1.4 緩沖層缺陷阻抗仿真結果 109
6.2 電力電纜寬頻阻抗檢測原理 111
6.3 電力電纜緩沖層寬頻阻抗檢測方法研究 113
6.3.1 檢測系統(tǒng) 113
6.3.2 接線方式研究 115
6.3.3 電極周向相對位置研究 119
6.3.4 電纜長度影響 120
6.4 電纜緩沖層缺陷類型識別寬頻阻抗檢測法研究 121
6.4.1 受潮 121
6.4.2 白斑 122
6.4.3 大間隙 122
6.4.4 燒蝕 123
6.5 小結 124
本章參考文獻 125
第7 章 皺紋鋁套電力電纜緩沖層缺陷的分布式光纖檢測
方法研究 126
7.1 光纖布里淵散射原理 127
7.1.1 光纖散射原理 127
7.1.2 布里淵光時域反射BOTDR 技術 128
7.2 光纖斷點的BOTDR 檢測方法研究 129
7.2.1 檢測方法和判據(jù) 129
7.2.2 BOTDR 和光時域反射OTDR 對比試驗 130
7.2.3 結果與分析 132
7.3 電力電纜內置光纖的頻移溫度靈敏度測量方法研究 135
7.3.1 測量方法 136
7.3.2 測試系統(tǒng)和試樣 138
7.3.3 光纖頻移溫度靈敏度試驗 139
7.3.4 結果與分析 140
7.4 緩沖層受潮的光纖BOTDR 檢測研究 146
7.4.1 電纜內置光纖斷點檢測試驗 146
7.4.2 阻水帶受潮臨界長度、受潮程度的光信號頻移規(guī)律 149
7.4.3 阻水帶受潮干燥過程 153
7.5 電力電纜損耗、局部放電的光纖BOTDR 檢測研究 154
7.5.1 測試系統(tǒng) 154
7.5.2 測試方法 155
7.5.3 電纜內置光纖斷點檢測試驗 156
7.5.4 六種緩沖層缺陷電纜光纖BOTDR 檢測試驗 157
7.5.5 緩沖層缺陷電纜損耗光纖BOTDR 檢測試驗 160
7.5.6 主絕緣受損電纜局部放電光纖BOTDR 檢測試驗 162
7.5.7 絕緣屏蔽層受損電纜局部放電光纖BOTDR 檢測試驗 164
7.6 小結 165
本章參考文獻 166
第8 章 皺紋鋁套電力電纜緩沖層缺陷修復技術研究 168
8.1 電力電纜緩沖層缺陷修復原理 169
8.1.1 含修復液高壓電纜等效阻抗模型 169
8.1.2 含修復液高壓電纜阻抗模型仿真分析 171
8.1.3 電纜修復影響因素三維仿真分析 174
8.2 電力電纜緩沖層缺陷修復材料研究 181
8.2.1 材料配方和制備方法 181
8.2.2 材料電氣性能測試 183
8.2.3 材料固化性能測試 186
8.2.4 材料相容性能測試 188
8.3 電力電纜緩沖層缺陷修復工藝研究 194
8.4 高壓電纜緩沖層缺陷修復方法的試驗驗證 195
8.4.1 緩沖層電氣性能恢復效果驗證實驗 195
8.4.2 人工可控缺陷電纜的設計及制作 198
8.4.3 高壓電纜緩沖層修復方法有效性驗證 202
8.5 小結 207
本章參考文獻 208
第9 章 平滑鋁套電力電纜研究 210
9.1 結構設計研究 211
9.1.1 考慮絕緣熱膨脹的緩沖層間隙設計研究 211
9.1.2 電纜電場強度、溫度、熱應力仿真研究 214
9.1.3 機械應力仿真研究 219
9.2 不同敷設環(huán)境下高壓電纜載流量對比研究 222
9.2.1 等效熱阻法 223
9.2.2 載流量對比試驗 226
9.3 彎曲試驗、耐壓和局部放電試驗研究 230
9.3.1 平滑鋁套電纜試樣 230
9.3.2 試驗方法 231
9.3.3 結果與分析 232
9.4 小結 234
本章參考文獻 234
第10 章 皺紋鋁套電力電纜緩沖層缺陷研究成果的應用案例 236
10.1 電力電纜緩沖層材料、結構及工藝管控 237
10.2 電力電纜緩沖層運行與維護 239
10.3 電力電纜緩沖層修復 244
10.4 平滑鋁套電纜 248
10.5 小結 251
本章參考文獻 251
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