Study on mechanisms of moisture ingress and white spot growth in high-voltage cable buffer layers

YANG Kun; WANG Zhiyi; HE Haohui; YE Jufen; ZHOU Wenqing; XIAO Qihao; LIU Gang

doi:10.19585/j.zjdl.202609011

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Study on mechanisms of moisture ingress and white spot growth in high-voltage cable buffer layers

Transmission and Transformation | 更新时间：2026-09-18

- Study on mechanisms of moisture ingress and white spot growth in high-voltage cable buffer layers
- ZHEJIANG ELECTRIC POWER Vol. 45, Issue 9, Pages: 112-122(2026)
- 作者机构：
  
  1.广东电网有限责任公司东莞供电局，广东东莞 523000
  2.华南理工大学电力学院（广东省绿色能源技术重点实验室），广州 510641
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.19585/j.zjdl.202609011
  CLC：
- Received：29 November 2025，
  
  Revised：2026-02-01，
  
  Published：25 September 2026
- 稿件说明：
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杨坤,王志毅,何浩辉等.高压电缆缓冲层受潮机理与白斑生长机制研究[J].浙江电力,2026,45(09):112-122.

YANG Kun,WANG Zhiyi,HE Haohui,et al.Study on mechanisms of moisture ingress and white spot growth in high-voltage cable buffer layers[J].ZHEJIANG ELECTRIC POWER,2026,45(09):112-122.
杨坤,王志毅,何浩辉等.高压电缆缓冲层受潮机理与白斑生长机制研究[J].浙江电力,2026,45(09):112-122. DOI： 10.19585/j.zjdl.202609011.

YANG Kun,WANG Zhiyi,HE Haohui,et al.Study on mechanisms of moisture ingress and white spot growth in high-voltage cable buffer layers[J].ZHEJIANG ELECTRIC POWER,2026,45(09):112-122. DOI： 10.19585/j.zjdl.202609011.

摘要

针对高压XLPE（交联聚乙烯）电缆缓冲层受潮及白斑生长机制开展系统研究，旨在明确水分来源与白斑演化过程。系统阐述了缓冲层受潮的水分来源，并对腐蚀过程进行了热力学分析，将能斯特-普朗克模型与电化学实验联合应用于白斑动力学分析。结果表明：缓冲层水分来源于DCP（过氧化二异丙苯）交联副产物释放与生产、运输、敷设环节的环境吸湿；估算110 kV电缆残留枯基醇可释放水量约为11.4 g/km；在30 ℃/80% RH条件下，阻水缓冲带与非阻水缓冲带含水率分别约为11.42%和7.14%。交流电场导致铝护套发生阴阳极交替腐蚀，生成的Al³⁺在缓冲层中水解并与聚丙烯酸钠螯合，形成白斑；热力学分析显示金属铝腐蚀焓变约为-829.2 kJ/mol，氧化铝腐蚀焓变约为-2.4 kJ/mol，放热可致局部升温并引起聚酯纤维热损伤，从而加速腐蚀发展。上述发现可为缓冲层缺陷治理与材料工艺改进提供理论依据。

Abstract

A systematic study is conducted on mechanisms of moisture ingress and white spot growth in high-voltage XLPE （cross-linked polyethylene） cable buffer layers， aiming to clarify the sources of moisture and the evolution process of white spots. The moisture sources of the buffer layers are comprehensively analyzed， and a thermodynamic analysis of the corrosion process is performed. The Nernst-Planck model is combined with electrochemical experiments to investigate the kinetics of white spot formation. The results indicate that moisture in the buffer layers originates from the release of by-products of DCP cross-linking and environmental moisture absorption during manufacturing， transportation， and installation. The residual cumyl alcohol in a 110 kV cable is estimated to release approximately 11.4 g/km of water. At a temperature of 30 °C and a relative humidity of 80%， the moisture contents of water-blocking tape and non-water-blocking tape are approximately 11.42% and 7.14%， respectively. The AC electric field induces alternating anodic and cathodic corrosion of the aluminum sheath. The generated Al³⁺ undergoes hydrolysis in the buffer layers and chelates with sodium polyacrylate， forming white spots. Thermodynamic analysis shows that the enthalpy change of aluminum corrosion is approximately -829.2 kJ/mol， while that of aluminum oxide corrosion is approximately -2.4 kJ/mol. The exothermic effect can cause local temperature rise and induce thermal damage to polyester fibers， thereby accelerating corrosion. These findings provide a theoretical basis for defect mitigation in buffer layers and improvement of material processes.

关键词

Keywords

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张泽晋，陈彦伊，廖雁群，等 . 高压电缆外护套特征阻抗建模及破损检测方法［J］. 浙江电力， 2024 ， 43 （ 9 ）： 78 - 87 .

Zhang Zejin ， Chen Yanyi ， Liao Yanqun ， et al . Characteristic impedance modeling and damage detection method for high-voltage cable sheath ［J］. Zhejiang Electric Power ， 2024 ， 43 （ 9 ）： 78 - 87 .

国家能源局，中国电力企业联合会 . 2024年全国电力可靠性年度报告［R/OL］.［ 2025-11-20 ］. https：//prpq.nea.gov.cn/kkxgl/12011.html https://prpq.nea.gov.cn/kkxgl/12011.html .

杜伯学，马宗乐，霍振星，等 . 电力电缆技术的发展与研究动向［J］. 高压电器， 2010 ， 46 （ 7 ）： 100 - 104 .

Du Boxue ， Ma Zongle ， Huo Zhenxing ， et al . Recent research status of techniques for power cables ［J］. High Voltage Apparatus ， 2010 ， 46 （ 7 ）： 100 - 104 .

周远翔，赵健康，刘睿，等 . 高压/超高压电力电缆关键技术分析及展望［J］. 高电压技术， 2014 ， 40 （ 9 ）： 2593 - 2612 .

Zhou Yuanxiang ， Zhao Jiankang ， Liu Rui ， et al . Key technical analysis and prospect of high voltage and extra-high voltage power cable ［J］. High Voltage Engineering ， 2014 ， 40 （ 9 ）： 2593 - 2612 .

Liao Y Q ， Bao S Z ， Xie Y ， et al . Breakdown failure analysis of 220 kV cable joint with large expanding rate under closing overvoltage ［J］. Engineering Failure Analysis ， 2021 ， 120 ： 105086 .

孟峥峥，李旭，于洋，等 . 高压XLPE电缆缓冲层故障研究现状综述［J］. 中国电力， 2021 ， 54 （ 4 ）： 33 - 41 .

Meng Zhengzheng ， Li Xu ， Yu Yang ， et al . Review on the research status of the high voltage XLPE Cable buffer layer failure ［J］. Electric Power ， 2021 ， 54 （ 4 ）： 33 - 41 .

赵琦，周凯，孔佳民，等 . 高压XLPE电缆阻水缓冲层烧蚀机理研究现状［J］. 绝缘材料， 2022 ， 55 （ 4 ）： 20 - 28 .

Zhao Qi ， Zhou Kai ， Kong Jiamin ， et al . Research status of ablation mechanism of water-blocking buffer layer in high voltage XLPE power cable ［J］. Insulating Materials ， 2022 ， 55 （ 4 ）： 20 - 28 .

邱玮，章宇聪，谢亿，等 . 高压XLPE电缆缓冲层缺陷研究现状综述［J］. 绝缘材料， 2024 ， 57 （ 4 ）： 13 - 21 .

Qiu Wei ， Zhang Yucong ， Xie Yi ， et al . Summary of research status on buffer layer defects in high voltage XLPE cables ［J］. Insulating Materials ， 2024 ， 57 （ 4 ）： 13 - 21 .

French W H . Alternating current corrosion of aluminum ［J］. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems ， 1973 ，PAS-92（ 6 ）： 2053 - 2062 .

Chen Y D ， Zhou K ， Kong J M ， et al . Hydrogen evolution and electromigration in the corrosion of aluminium metal sheath inside high-voltage cables ［J］. High Voltage ， 2022 ， 7 （ 2 ）： 260 - 268 .

陈熠东，周凯，雷清泉，等 . 高压电缆阻水缓冲层的白斑现象及析氢腐蚀机理［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 12 ）： 4830 - 4839 .

Chen Yidong ， Zhou Kai ， Lei Qingquan ， et al . Phenomena of white spots on the buffer layer and mechanisms of hydrogen evolution corrosion inside high-voltage cables ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 12 ）： 4830 - 4839 .

Liu Y ， Lian R ， Chen J W ， et al . The formation mechanism of white substances on water-blocking buffer layer of HV XLPE cables ［C］// 2020 IEEE International Conference on High Voltage Engineering and Application （ICHVE） . September 6-10，2020 ， Beijing，China ： IEEE ， 2020 ： 1 - 4 .

欧阳本红，李文杰，刘英，等 . 高压XLPE电缆阻水缓冲层烧蚀机理［J］. 高电压技术， 2021 ， 47 （ 9 ）： 3153 - 3162 .

Ouyang Benhong ， Li Wenjie ， Liu Ying ， et al . Ablation mechanism of water-blocking buffer layer in HV XLPE cables ［J］. High Voltage Engineering ， 2021 ， 47 （ 9 ）： 3153 - 3162 .

Ganguli S K ， Kohli V . Power cable technology ［M］. Boca Raton ： CRC Press ， 2016 .

Hu M Z ， Tang B ， Liang Q Q ， et al . Research on thermal aging behavior and thermal decomposition of insulating material XLPE ［J］. Advances in Engineering Technology Research ， 2022 ， 2 （ 1 ）： 23 .

Thomas J ， Thomas S ， Ahmad Z . Crosslinkable polyethylene：manufacture，properties，recycling，and applications ［M］. Singapore ： Springer Singapore ， 2021 .

Yuan M P ， Chen Y Q ， Zeng T ， et al . Changing pattern of cross-linking by-products content in XLPE insulation under different degassing temperatures ［J］. Journal of Physics：Conference Series ， 2025 ， 3102 （ 1 ）： 012021 .

侯帅，何文，展云鹏，等 . 电力电缆半导电屏蔽料导电炭黑研究进展［J］. 中国电机工程学报， 2025 ， 45 （ 4 ）： 1632 - 1644 .

Hou Shuai ， He Wen ， Zhan Yunpeng ， et al . Research progress on conductive carbon black for semi-conductive shielding materials of power cables ［J］. Proceedings of the Chinese Society for Electrical Engineering ， 2025 ， 45 （ 4 ）： 1632 - 1644 .

Wu Z H ， Lak Q B ， Zhou W Q ， et al . Analysis of influencing factors on buffer layer discharge for high-voltage XLPE cable ［J］. IET Generation，Transmission & Distribution ， 2022 ， 16 （ 20 ）： 4142 - 4157 .

Zhou W Q ， Cheng H ， HUI B J ， et al . Key process of the defection of PET buffer layer in XLPE power cable by a case study：Thermo-oxidative degradation ［J］. Engineering Failure Analysis ， 2023 ， 146 ： 107131 .

Cables B ， Moore E F . Electric cables handbook ［M］. Oxford Malden，Mass ： Blackwell Science ， 1997 .

Kong J M ， Zhou K ， Chen Y D ， et al . A novel condition assessment method for corrugated aluminum sheathed XLPE cables based on evolved gas analysis ［J］. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation ， 2023 ， 30 （ 2 ）： 883 - 891 .

Kong J M ， Zhou K ， Meng P F ， et al . AC corrosion analysis of the buffer layer in HV corrugated-aluminum sheathed power cables ［J］. Engineering Failure Analysis ， 2022 ， 139 ： 106473 .

Haynes W M . CRC handbook of chemistry and physics：a ready-reference book of chemical and physical data ［M］. 97th edition . Boca Raton London New York ： CRC Press ， 2017 .

Harada T ， Hirashima Y ， Suzuki A ， et al . Synthesis，swelling behavior and surface microstructure of poly（sodium acrylate） gels cross-linked by aluminum ions ［J］. European Polymer Journal ， 2005 ， 41 （ 9 ）： 2189 - 2198 .

严有祥，欧阳本红，郑建康，等 . 电缆缓冲层电阻变化、电容电流分布和运行的研究［J］. 电线电缆， 2022 ， 65 （ 4 ）： 35 - 40 .

Yan Youxiang ， Ouyang Benhong ， Zheng Jiankang ， et al . Research on resistance change，capacitance current distribution and operation of cable buffer layer ［J］. Wire & Cable ， 2022 ， 65 （ 4 ）： 35 - 40 .

高建，张浩然，张可，等 . 高压电缆缓冲层烧蚀缺陷超声检测实验［J］. 电力工程技术， 2024 ， 43 （ 1 ）： 174 - 180 .

Gao Jian ， Zhang Haoran ， Zhang Ke ， et al . Experiments on the ultrasonic detection of buffer layer ablation defects in high-voltage cables ［J］. Jiangsu Electrical Engineering ， 2024 ， 43 （ 1 ）： 174 - 180 .

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