张延，唐平，曾文珺，丁辛遥
中国能源建设集团湖南省电力设计院，湖南 长沙 410011
摘要: 文章针对南方潮湿环境下控制电缆头易发生绝缘异常的问题，分析电缆绝缘异常的原因，提出低温潮湿环境下变电站控制电缆选型建议。
关键词：控制电缆；交联聚乙烯电缆；聚氯乙烯绝缘电缆，电缆选型
Research on Selection and Application of Control Cables in
Substations in Humid Environment
ZHNG Yan，TANG Ping，ZENG Wenjun，DING Xinyao
(Hunan Electric Power Design Institute，Changsha 410011，China)
Abstract：Aiming at the problem of abnormal insulation of the control cable head in the humid environment in the south, the reasons for the abnormal insulation of the cable are analyzed, and the selection of the control cable of the substation in the low temperature and humid environment is proposed.
Keywords: control cables; XLPE cable; PVC insulated cables, cable selection
0 引言
某南方地区接连发生多起断路器偷跳事件，经有关专家对事故原因调查分析发现，电缆在电缆头包扎处芯线容易破损，在破损点发生绝缘异常是跳闸的关键原因。除机械损伤是主要原因外，变电站控制电缆采用聚氯乙烯绝缘电缆(PVC)，潮湿环境下，绝缘破损和潮气入侵相互作用，护层绝缘材料的氯离子与破损处的铜芯容易发生化学反应生成铜绿加速电缆绝缘下降，最终导致绝缘异常，是另一个不可忽视的原因。因此，必须重视潮湿环境下变电站控制电缆的选型。
1 问题分析
控制电缆通常是由导体线芯、绝缘层、屏蔽和护层这四部分组成，而护层部分又由内衬层(内护套)、铠装层和外护套三部分组成[1-3]。目前除低温、高辐射和有特殊环保要求的变电站外，绝大多数变电站控制电缆采用ZR-KVVP2-22型，由外到内分别为阻燃护套、钢铠、内绝缘护套、铜箔屏蔽层、芯线绝缘层和芯线导体六层结构。
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当环境潮气入侵端子箱（柜）内导线，在导线表面凝露能在破损口之间以及破损口与地之间构成导电通道，造成短路和接地[4-8]。由于二次电缆外绝缘护套和芯线绝缘层材料均为聚氯乙烯，聚氯乙烯材料含高极性氯元素，对水具有亲和性，受潮老化易分解产生氯离子，如果电缆绝缘层存在破损，则氯离子会在破损处与铜芯导线发生化学反应堆积成铜绿(主要成分是铜的氯化物)，铜绿在潮湿环境下呈现较强导电性，加速了潮湿环境下绝缘降低过程，可能造成短路和接地导致跳闸事故的发生。
2 提高电缆绝缘性能建议
2.1 变电站用电缆主要型号及特性分析
根据GB5027-2018《电力工程电缆设计标准》的规定，控制电缆应采用铜导体[1]。目前变电站控制电缆基本都采用铜芯电缆，常见型号有三种型号电缆，分别是VV型，即铜芯聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆，YJV 型(铜芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆)电缆，YJY型 (铜芯交联聚乙烯绝缘聚乙烯护套电缆) 电缆[9-12，变电站用电缆型号如表3-1所示：
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聚氯乙烯，英文简称PVC，是氯乙烯的聚合物，化学稳定性好，耐酸、碱和有些化学药品的侵蚀，具有一定的阻燃性，长时间在太阳下照射会龟裂，相对PE较为柔软，燃烧后释放有毒气体，耐低温性能差。一般不在人流密集区和低温环境下使用。聚乙烯，英文简称PE，它是乙烯的聚合物，无毒，化学稳定性好，耐寒，耐腐蚀，耐辐射，电绝缘性好。PE燃烧后无烟，比PVC轻，易燃。
以上电缆型号中，绝缘层VV电缆含氯元素，YJ电缆不含氯元素。电气火灾时，含氯元素的电缆燃烧时会产生有毒气体；聚氯乙烯材料含高极性氯元素，对水具有亲和性，受潮老化易分解产生氯离子，易在电缆破损处与铜芯导线发生化学反应堆积成铜绿，铜绿在水中呈现较强导电性，加速绝缘性能下降；聚乙烯是一种非极性材料，具有较强的防潮湿性能，绝缘性能好，无毒。因此，聚乙烯电缆绝缘性能好于聚氯乙烯，绝缘破损后其电绝缘性能受到影响小。
交联聚乙烯绝缘电缆(YJV、YJY)是利用化学方法(过氧化物交联或硅烷交联)或物理方法(辐射交联)，使电缆绝缘聚乙烯分子由线型分子结构转变为网状结构，即把热塑性的聚乙烯转变为热固性的交联聚乙烯，从而大幅地提高它的热、机械性能，同时仍保持它的优良电气性能的电缆，还具有重量轻、耐腐蚀、耐老化、寿命长等优点。
2.2 潮湿环境下变电站控制电缆选型建议
1）变电站电缆选择现状。
根据《电力工程电缆设计规范》(GB50217-2018)的的相关规定：“在人员密集场所或有低毒性要求的场所，不应选用聚氯乙烯绝缘电缆和聚氯乙烯外护层。”及“年最低温度在-15℃以下应按低温条件和绝缘类型要求，选用交联聚乙烯、聚乙烯、耐寒橡皮绝缘电缆，低温环境不宜选用聚氯乙烯绝缘电缆。”
电缆设计规范主要从抗低温、密集场所无毒环保要求选择交联聚乙烯绝缘电缆，并没有专门针对潮湿环境下的电缆选型建议。因此，聚乙烯绝缘电缆目前主要应用在对低温、强紫外线或人员密集、环保要求高的变电站工程，除此以外，普遍采用聚氯乙烯电缆，即聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆目前应用最广泛。
2）潮湿环境下控制电缆设计选型建议。
南方地区普遍夏季高温多雨(常说雨热同期)、冬季温和湿润，环境湿度大，户外端子箱（柜）内即使有驱潮装置，很难达到效果。从前述的聚氯乙烯电缆在潮湿环境下生成铜绿致绝缘异常导致电网事故，充分说明应重视潮湿环境对电缆芯线绝缘性能的影响。
实际工程中，变电站现场制作电缆头需要将内护套及以外的各层切开，只保留绝缘层和芯线部分，对于控制电缆接线绝缘影响的主要是绝缘层，绝缘层材质对提高控制电缆绝缘性能非常关键。聚乙烯材质的防潮性能优于聚氯乙烯，因此，选用交联聚乙烯绝缘电缆(YJV、YJY)可以显著提高控制电缆绝缘性能。
从经济上来看，交联聚乙烯绝缘电缆(YJV、YJY)因生产工艺复杂，成本相对较高，以往价格相对较贵。近年来，随着交联聚乙烯绝缘电缆大规模生产和应用，与聚氯乙烯绝缘电缆(VV)价格差异越来越小，已经具备了工程普及应用的条件。
因此，对于潮湿环境下变电站控制电缆，建议选择交联 聚乙烯绝缘电缆(YJV、YJY)电缆。由于YJY完全无氯，对环保有较高要求的变电站，可以选择YJY电缆。
3 结语
本文针对南方潮湿环境下控制电缆头易发生绝缘异常的问题，提出低温潮湿环境下变电站控制电缆选型建议，交联聚乙烯绝缘电缆(YJV、YJY)较聚氯乙烯绝缘电缆(VV)具有更好的防潮性能，潮湿环境下变电站选用能提高控制电缆绝缘性能。
参考文献
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作者简介：
张延（出生年—1970），女，本科，教授级高级工程师，