XLPE电缆绝缘水树枝非线性特性建模仿真分析

熊 博

（武汉供电设计院有限公司，湖北 武汉 430033）

交联聚乙烯（XLPE）电力电缆电气性能和耐热、耐腐蚀性能好，传输容量大，安装敷设方便，不受高度落差的限制，不影响城市美观，而且能够较好地解决线路路径难等问题，在城市电网中广泛地应用［1］.然而，水树枝老化是影响交联聚乙烯电力电缆寿命和绝缘故障最主要的因素［2－3］.

水树枝独特的物理化学结构构成了其独特的介电响应，含水树枝XLPE电缆的绝缘电阻具有非线性特性，必然导致其漏导响应电流的波形畸变，产生有别于完好电缆的非线性漏导电流波形.漏导响应电流的畸变程度是判别XLPE电缆绝缘水树老化程度的标志之一.

文献［4］指出，水树老化的XLPE电缆漏导电流谐波成分主要是3次谐波，3次谐波幅值与相位变化能够很好地反映XLPE中水树枝生长情况以及绝缘的劣化程度.

根据水树枝的非线性特性，建立XLPE电缆水树非线性模型，通过与实验数据对比，验证电缆绝缘水树模型的正确性；对漏导电流的谐波成分进行仿真分析和比较，发现含有水树枝的XLPE电缆漏导电流谐波成分的差异，可以据此来获知XLPE电缆水树老化状态.

1 水树模型的建立与仿真分析

1.1 水树模型的建立

在强工频工作电场下，含有水树枝的交联聚乙烯绝缘电缆具有整流效应；在较弱直流电场下具有极性效应.前者被认为是由水树枝尖端在交变电场正负半周向绝缘层注入的自由电子不等导致；后者被认为是水树枝尖端……