過電壓對電纜擊穿的影響主要表現(xiàn)在加速絕緣劣化、引發(fā)局部放電、擴(kuò)大缺陷效應(yīng)等方面，是導(dǎo)致電纜絕緣擊穿的關(guān)鍵因素之一。以下從機(jī)理、表現(xiàn)及典型案例三方面展開分析：

一、過電壓的作用機(jī)理

電場畸變與局部放電

過電壓（如操作過電壓、雷電過電壓）會導(dǎo)致電纜絕緣層內(nèi)電場分布不均。例如，在交聯(lián)聚乙烯電纜中，直流過電壓會因絕緣電阻分布不均形成電場畸變，使半導(dǎo)體層或氣泡處的電場強(qiáng)度驟增，引發(fā)局部放電。這種放電會產(chǎn)生臭氧、硝酸等化學(xué)物質(zhì)，腐蝕絕緣材料，最終形成導(dǎo)電通道導(dǎo)致?lián)舸?/p>

水樹枝向電樹枝轉(zhuǎn)化

交聯(lián)聚乙烯電纜中的水樹枝（水分滲透形成的樹枝狀缺陷）在過電壓作用下會迅速轉(zhuǎn)化為電樹枝。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)電壓超過電纜額定電壓的2倍時(shí)，電樹枝擴(kuò)展速度可達(dá)毫米級/分鐘，顯著縮短絕緣壽命。

電荷積累與熱效應(yīng)

直流耐壓試驗(yàn)中，過電壓會導(dǎo)致單極性電荷在絕緣層內(nèi)積聚，長期未釋放時(shí)疊加工頻電壓可能引發(fā)局部過熱（溫度可超過100℃），加速絕緣碳化。例如，油紙絕緣電纜在過負(fù)荷下，絕緣層溫度每升高8-10℃，壽命縮短約50%。

二、不同場景下的擊穿表現(xiàn)

過電壓類型典型場景擊穿特征數(shù)據(jù)支撐

雷電過電壓雷擊輸電線路或鄰近區(qū)域多根電纜同時(shí)擊穿，擊穿孔洞大某35kV電纜因雷擊導(dǎo)致3根電纜同時(shí)擊穿

操作過電壓變壓器沖擊合閘、斷路器分閘電纜終端頭或接頭處擊穿長電纜合閘時(shí)過電壓達(dá)3-4.5倍相電壓

諧振過電壓電纜電容與系統(tǒng)電感匹配絕緣層多點(diǎn)放電，伴有焦糊味某風(fēng)電場35kV系統(tǒng)電容電流超限導(dǎo)致諧振擊穿

直流耐壓試驗(yàn)過電壓交聯(lián)聚乙烯電纜直流試驗(yàn)絕緣層內(nèi)形成永久性電樹枝試驗(yàn)后殘余電荷可使局部電場強(qiáng)度提升30%

三、典型案例分析

某風(fēng)電場35kV電纜擊穿事故

系統(tǒng)對地電容電流達(dá)21.8A（標(biāo)準(zhǔn)限值10A），引發(fā)諧振過電壓，導(dǎo)致電纜終端頭處絕緣擊穿。解剖發(fā)現(xiàn)，半導(dǎo)體層剝離不完整導(dǎo)致電場集中，過電壓作用下放電通道貫穿絕緣層。

交聯(lián)聚乙烯電纜直流試驗(yàn)失效

某110kV電纜經(jīng)直流耐壓試驗(yàn)后，運(yùn)行半年即發(fā)生擊穿。檢測表明，試驗(yàn)產(chǎn)生的單極性電荷未完全釋放，疊加工頻電壓后引發(fā)局部放電，最終形成直徑2mm的擊穿孔。

四、防護(hù)措施

設(shè)計(jì)優(yōu)化

采用應(yīng)力錐結(jié)構(gòu)改善電纜終端電場分布（可降低局部電場強(qiáng)度40%以上）。

對長電纜系統(tǒng)加裝并聯(lián)電抗器，抑制操作過電壓。

檢測與維護(hù)

定期開展振蕩波局部放電檢測，提前發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷（靈敏度比傳統(tǒng)方法高20%）。

避免對交聯(lián)聚乙烯電纜進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)，改用0.1Hz超低頻交流試驗(yàn)。

運(yùn)行控制

限制系統(tǒng)電容電流（如35kV系統(tǒng)需≤10A），防止諧振過電壓。

安裝避雷器（如氧化鋅避雷器）將雷電過電壓限制在2.5倍相電壓以下。

通過以上分析可見，過電壓對電纜擊穿的影響具有累積性和突發(fā)性雙重特征，需結(jié)合材料特性、系統(tǒng)參數(shù)及檢測手段進(jìn)行綜合防控。