電力電纜教材.doc

電力電纜第一節(jié) 電力電纜結(jié)構(gòu)一、基本結(jié)構(gòu)型式電力電纜經(jīng)常用作發(fā)電廠、變電所以及工礦企業(yè)的動(dòng)力引人（或引出）線，當(dāng)需跨江河、鐵路等時(shí)也常用它；隨著城市用電劇增，又希望少占地，很多國(guó)家還將電力電纜用作城市的輸配電線路以及工礦企業(yè)內(nèi)部的主干線路。以電力電纜與架空線路（裸線）相比，其優(yōu)點(diǎn)是受外界氣候等的影響小、安全、可靠、隱蔽、耐用；但由于電纜結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝都比較復(fù)雜，所以成本較高，其應(yīng)用不如架空線路那樣廣泛。為了保證電纜的運(yùn)行及壽命，不僅要求電纜具有優(yōu)良的絕緣性能，而且要考慮電纜的熱性能及敷設(shè)方式等，這樣對(duì)電纜的導(dǎo)電線芯、絕緣及護(hù)層等都提出了相應(yīng)的要求。1導(dǎo)電線芯電纜的導(dǎo)電線芯（載流芯）應(yīng)采用具有高電導(dǎo)率的金屬材料，目前主要是用銅或鋁。銅易焊接、導(dǎo)電性能和機(jī)械強(qiáng)度也都比鋁好些。但鋁的資源更豐富，價(jià)格低，而且質(zhì)量小（如果銅線和鋁線長(zhǎng)度相同且電阻也相等時(shí)，鋁線的質(zhì)量?jī)H銅線的一半左右），加工方便，如用于油浸電力電纜中，鋁對(duì)油老化的催化作用也比較小。為了便于運(yùn)輸和敷設(shè)，電纜要可以彎曲。為此，電纜的導(dǎo)電線芯常用多根導(dǎo)線扭絞而成。纜或分相鉛包電纜中，導(dǎo)電線芯常用圓形芯；而在多芯電纜中，為減小尺寸及質(zhì)量，有時(shí)制成扇形芯。2電纜護(hù)層電纜護(hù)層的作用是為了防止水分、潮氣等侵人絕緣層，塑料或橡皮絕緣電纜常常就在外面再包以塑料或橡皮層來作護(hù)套，而油浸紙絕緣電纜常用鉛包或鋁包的護(hù)套。鉛護(hù)套柔軟、不透水、耐腐蝕，但是機(jī)械強(qiáng)度低，而且鉛為稀缺的有色金屬，正逐漸被鋁護(hù)套等所替代。鋁的密度（2. 7）比鉛（11. 34）小得多，所以鋁護(hù)套輕而結(jié)實(shí)，但制造時(shí)壓鋁的溫度比較高，另外如果鋁中含有雜質(zhì)，在運(yùn)行中可能由于電化學(xué)作用等而將護(hù)套逐漸電解破壞。當(dāng)需要承受較大的機(jī)械負(fù)荷時(shí)，常采用鋼帶或鋼絲愷裝。而在愷裝層與金屬護(hù)套間墊有內(nèi)襯墊層，它是由瀝青復(fù)合物、聚氯乙烯及浸漬紙帶或浸漬電纜麻等所組成。如果電纜需要敷設(shè)在可能被腐蝕的場(chǎng)所，在愷甲外面也應(yīng)包以由這些保護(hù)材料所組成的外護(hù)層。針對(duì)鋁包鋼帶愷裝電纜質(zhì)量仍較大、敷設(shè)彎曲半徑大的缺點(diǎn)，也有的地方改在三芯扇形芯的鋁護(hù)套外加上防腐護(hù)層及聚氯乙烯外護(hù)套，不再加愷裝，使質(zhì)量比愷裝電纜約少1/3，且運(yùn)行情況良好。3絕緣介質(zhì)在較低電壓時(shí)，如35kV及以下，國(guó)內(nèi)廣泛采用的是粘性浸漬的油紙絕緣、橡皮絕緣、塑料（聚氯乙烯、聚乙烯等）絕緣。電纜常用的幾種絕緣材料的性能如表9-1所示。更高電壓時(shí)，大多改用充油電纜、鋼管油壓電纜、充氣電纜等。橡皮絕緣或丁基、乙丙合成橡膠絕緣電纜，彈性好，柔軟可撓，特別適宜用于35kV及以下的移動(dòng)式供電設(shè)備上。塑料絕緣電力電纜也沒有敷設(shè)落差的限制，且加工方便，維護(hù)簡(jiǎn)便。其中聚氯乙烯電纜常用到6-10kV，它價(jià)格低廉、耐酸耐堿，但介質(zhì)損耗大、允許工作溫度較低（60-70以下）、耐老化性能差。因此更高電壓的塑料電纜，不少國(guó)家都采用交聯(lián)聚乙烯，由于經(jīng)過交聯(lián)，線狀分子結(jié)構(gòu)變成了網(wǎng)狀，這樣既保留了聚乙烯原有的優(yōu)良電氣性能，又提高了機(jī)械強(qiáng)度和耐熱性能。丁丙橡膠的耐熱性與交聯(lián)聚乙烯相近，而耐局部放電的性能比交聯(lián)聚乙烯還好些，可是損耗較大。所以兩者各有優(yōu)點(diǎn)，110或220kV級(jí)的聚乙烯及丁丙橡膠絕緣的電力電纜國(guó)外都有采用。4電纜接頭盒（1）終端接頭盒電纜兩端都應(yīng)有終端接頭盒，通過它與變壓器或架空線相連接。戶外終端接頭盒都應(yīng)有密封的瓷套（或環(huán)氧樹脂套等）以防止潮氣進(jìn)人。正常情況下，單芯的（或分相鉛包的）電纜本體中幾乎只有垂直于紙層的徑向場(chǎng)強(qiáng)，對(duì)此油紙絕緣的電氣強(qiáng)度是很高的?？墒窃陔娎|終端處，其電場(chǎng)就復(fù)雜得多，如圖9-1所示，在金屬護(hù)層終端處附近不僅電場(chǎng)異常集中，而且有很強(qiáng)的軸向分量。如不采取相應(yīng)的措施，在較低的電壓下，就會(huì)在這護(hù)層邊緣處發(fā)生電暈甚至滑閃放電，這時(shí)僅僅靠增加沿面距離并不會(huì)帶來顯著效果。為要提高放電電壓，必須設(shè)法改善電場(chǎng)分布，所采用的原則與高壓套管中改善電場(chǎng)分布的原則相同。（2）連接接頭盒當(dāng)電纜線路較長(zhǎng)時(shí)，必須在現(xiàn)場(chǎng)用連接接頭盒將多根電纜連接起來。連接盒里的電場(chǎng)也不像電纜本體中那樣全為徑向分布，而且是在現(xiàn)場(chǎng)制作的，條件較差。因此，將載流芯連接后，還需包纏增繞絕緣層，并在兩端加上應(yīng)力錐，使沿此錐面各點(diǎn)的軸向場(chǎng)強(qiáng)均勻化。充油電纜的連接盒除上述的普遍連接盒外，還有絕緣連接盒和塞止式連接盒。當(dāng)需要沿線路長(zhǎng)度上對(duì)電纜護(hù)層進(jìn)行交叉換位時(shí)即采用絕緣連接盒，它能使相連的兩段電纜的外殼間用環(huán)氧樹枝片或瓷片沿軸向互相絕緣開來，需要高落差敷設(shè)時(shí)，為了減少對(duì)下終端的靜油壓力，也可采用塞止式連接盒，使相連的兩段電纜間的油路不相連通。1圖91 電纜終端處在剝?nèi)ャU套后電場(chǎng)通量線的分布示意圖1鉛套；2電纜絕緣；3導(dǎo)電線芯第二節(jié) 主要試驗(yàn)一、交聯(lián)電纜交流耐壓試驗(yàn)1概述橡塑絕緣電力電纜是指聚氯乙烯絕緣、交聯(lián)聚乙烯絕緣和乙丙橡絕緣皮電力電纜。其中的交聯(lián)聚乙烯電力電纜，由于其電氣性能和耐熱性能都很好，傳輸容量較大，結(jié)構(gòu)輕便，易于彎曲，附件接頭簡(jiǎn)單，安裝敷設(shè)方便，不受高度落差的限制，特別是沒有漏油和引起火災(zāi)的危險(xiǎn)，因此受到用戶廣泛歡迎，并不斷向高壓、超高壓領(lǐng)域發(fā)展，呈現(xiàn)出逐步替代紙絕緣電纜的趨勢(shì)。交聯(lián)聚乙烯電力電纜的斷面構(gòu)造示意圖如圖92。它和大家熟悉的油浸紙統(tǒng)包電纜的區(qū)別除了相間主絕緣是聚乙烯塑料以及線芯形狀是圓形之外，還有兩層半導(dǎo)體膠涂層。在芯線的外表面涂有第一層半導(dǎo)體膠，它可以克服電暈及游離放電，使芯線與絕緣層之間有良好的過渡。在相間絕緣外表面涂有第二層半導(dǎo)體膠，同時(shí)擠包了一層0.1 mm厚的薄銅帶，它們組成了良好的相間屏蔽層，之幾乎不能發(fā)生相間故障。圖92 交聯(lián)聚乙烯電力電纜斷面構(gòu)造示意圖1絕緣層；2線芯；3半導(dǎo)體膠層；4銅帶屏蔽層；5填料；6塑料內(nèi)襯；7愷裝層；8塑料外護(hù)層由于橡塑絕緣電纜與油紙絕緣電纜材質(zhì)、結(jié)構(gòu)不同，直流試驗(yàn)電壓對(duì)絕緣壽命的影響也不同，因此不宜采用與油紙絕緣電纜完全相同的項(xiàng)目和方法進(jìn)行試驗(yàn)。直流耐壓試驗(yàn)存在的主要問題：電力電纜在運(yùn)行中，主絕緣要承受長(zhǎng)期的額定電壓，還要承受大氣過電壓、操作過電壓、諧振過電壓、工頻過電壓。因此電力電纜安裝竣工后，投入運(yùn)行前必需考核耐受電壓水平，只有在規(guī)定的試驗(yàn)電壓和持續(xù)時(shí)間下，絕緣不放電、不擊穿，才能保證投入后的安全運(yùn)行。由于電纜線路的電容很大，若采用工頻電壓試驗(yàn)，必須有大容量的工頻試驗(yàn)變壓器，現(xiàn)場(chǎng)很難實(shí)現(xiàn)；所以傳統(tǒng)的耐壓試驗(yàn)方法是采用直流耐壓試驗(yàn)。因?yàn)殡娎|的絕緣電阻很大（一般在10G以上），所以在作直流耐壓是充電電流極小，具備試驗(yàn)設(shè)備容量小、重量輕、可移動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)；但直流耐壓試驗(yàn)方法對(duì)于XLPE交聯(lián)電纜，無(wú)論從理論還是實(shí)踐上卻存在很多缺點(diǎn)。主要體現(xiàn)在：1）試驗(yàn)等效性差：高壓試驗(yàn)技術(shù)的一個(gè)通用原則是試品上施加的試驗(yàn)電壓場(chǎng)強(qiáng)應(yīng)模擬高壓電器的運(yùn)行工況。高壓試驗(yàn)得出的通過的結(jié)論要代表高壓電器中薄弱點(diǎn)是否對(duì)今后的運(yùn)行帶來危害。這就意味著試驗(yàn)中的故障機(jī)理應(yīng)與電器運(yùn)行中的機(jī)理應(yīng)該相同的物理過程。以武高所、西交大、上海供電局所做的研究數(shù)據(jù)為例，如表9-1表9-1 擊穿電壓試驗(yàn)等效性比較結(jié)果試驗(yàn)電壓類型（UX）缺陷類型等效性K=UX/Uac直流工頻0.1Hz振蕩波針尖缺陷4.311.51.5切痕缺陷2.812.61.1金具尖端缺陷3.912.21.6進(jìn)潮和水樹枝缺陷2.611.21.4 從上表可以看出：針對(duì)不同缺陷，直流耐壓的擊穿電壓的分散性非常大，從2.64.3倍不等。因此無(wú)法做為判斷電纜絕緣好壞的依據(jù)。2）直流和交流下的電場(chǎng)分布不同：直流電壓下，電纜絕緣的電場(chǎng)分布取決于材料的體積電阻率，而交流電壓下的電場(chǎng)分布取決于各介質(zhì)的介電常數(shù)，特別是在電纜終端頭、接頭盒等電纜附件中的直流電場(chǎng)強(qiáng)度的分布和交流電場(chǎng)強(qiáng)度的分布完全不同，而且直流電壓下絕緣老化的機(jī)理和交流電壓下的老化機(jī)理不相同。因此，直流耐壓試驗(yàn)不能模擬XLPE電纜的運(yùn)行工況。3）放電難以完全：XLPE電纜在直流電壓下會(huì)產(chǎn)生“記憶”效應(yīng)，存儲(chǔ)積累性殘余電荷。一旦有了由于直流耐壓試驗(yàn)引起的“記憶性”，需要很長(zhǎng)時(shí)間才能將這種直流偏壓釋放。電纜如果在直流殘余電荷未完全釋放之前投入運(yùn)行，直流偏壓便會(huì)疊加在工頻電壓峰值上，使得電纜上電壓值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其額定電壓，從而有可能導(dǎo)致電纜絕緣擊穿。4）會(huì)造成擊穿的連鎖反應(yīng)：直流耐壓時(shí)，會(huì)有電子注入到聚合物質(zhì)內(nèi)部，形成空間電荷，使該處的電場(chǎng)強(qiáng)度降低，從而易于發(fā)生擊穿，XLPE電纜的半導(dǎo)體凸出處和污穢點(diǎn)等處容易產(chǎn)生空間電荷。但如果在試驗(yàn)時(shí)電纜終端頭發(fā)生表面閃絡(luò)或電纜附件擊穿，會(huì)造成電纜芯線上產(chǎn)生波振蕩，在已積聚空間電荷的地點(diǎn)，由于振蕩電壓極性迅速改變?yōu)楫悩O性，使該處電場(chǎng)強(qiáng)度顯著增大，可能損壞絕緣，造成多點(diǎn)擊穿。5）對(duì)水樹枝的發(fā)展影響巨大：XLPE電纜致命的一個(gè)弱點(diǎn)是絕緣易產(chǎn)生水樹枝，一旦產(chǎn)生水樹枝，在直流電壓下會(huì)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)殡姌渲?，并形成放電，加速了絕緣老化，以致于運(yùn)行后在工頻電壓下形成擊穿。而單純的水樹枝在交流工作電壓下還能保持相當(dāng)?shù)哪蛪褐担⒛鼙３之惗藭r(shí)間。實(shí)踐也證明，直流耐壓試驗(yàn)不能有效發(fā)現(xiàn)交流電壓作用下的某些缺陷，如電纜附件內(nèi)，絕緣若有機(jī)械損傷或應(yīng)力錐放錯(cuò)等缺陷。在交流電壓下絕緣最易發(fā)生擊穿的地點(diǎn)，在直流電壓下往往不能擊穿。直流電壓下絕緣擊穿處往往發(fā)生在交流工作條件下絕緣平時(shí)不發(fā)生擊穿的地點(diǎn)。國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議第21研究委員會(huì)CIGRE SC21 WG21-09工作組報(bào)告高壓擠包絕緣電纜竣工驗(yàn)收試驗(yàn)建議導(dǎo)則和IEC SC 20A的新工作項(xiàng)目提案文件額定電壓150kV（Um=170kV）以上至500kV（Um=525kV） 擠包絕緣電纜及附件試驗(yàn)不推薦采用直流耐壓試驗(yàn)作為交聯(lián)聚乙烯電纜的竣工試驗(yàn)而改用交流耐壓試驗(yàn)。2、耐壓試驗(yàn)裝置既然直流耐壓試驗(yàn)不能模擬XLPE電纜的運(yùn)行場(chǎng)強(qiáng)狀態(tài)，不能達(dá)到我們所期望的檢驗(yàn)效果，自然就應(yīng)該轉(zhuǎn)向用交流耐壓試驗(yàn)來考核交聯(lián)電纜的敷設(shè)和附件的安裝質(zhì)量，但是采用工頻或接近工頻的交流耐壓試驗(yàn)作為擠包絕緣電纜線路竣工試驗(yàn)存在的最大困難是長(zhǎng)線路需要很大容量的試驗(yàn)設(shè)備。目前主要采用0.1Hz作為試驗(yàn)電源和變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)電源。（1）用0.1Hz作為試驗(yàn)電源，理論上可以將試驗(yàn)變壓器的容量降低到1/500，試驗(yàn)變壓器的重量可大大降低，可以較容易地移動(dòng)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，目前此種方法主要應(yīng)用于中低電纜的試驗(yàn)，又試驗(yàn)條件的真實(shí)性畢竟不如近工頻交流電壓（30300Hz），由于電壓等級(jí)偏低，還不能用于110kV及以上的高壓電纜試驗(yàn)。（2）變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)電源，主要通過改變?cè)囼?yàn)電源的輸出頻率，使回路中固定電感量的電抗器L與被試品CX發(fā)生諧振（諧振頻率30300Hz），使被試品承受合適的高電壓，還具有以下優(yōu)點(diǎn)：調(diào)頻、調(diào)幅電源采用電力電子設(shè)備控制，且省去用于調(diào)壓的調(diào)壓器，使系統(tǒng)體積小、重量輕，適合于現(xiàn)場(chǎng)使用；產(chǎn)品磁路無(wú)需調(diào)節(jié)、噪音小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；品質(zhì)因素高（一般70150），電源輸出為正弦波，諧振時(shí)波形失真度極?。辉嚻吩囼?yàn)電流受系統(tǒng)諧振條件的制約，因此當(dāng)試品擊穿或發(fā)生短路時(shí)，系統(tǒng)的諧振條件被破壞，試驗(yàn)電壓迅速降低，短路電流很小，只有試品電流的十分之一以下，因此即使試品被擊穿也不會(huì)對(duì)試驗(yàn)裝置和試品造成危害；電抗器為固定電感，不需要調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，便于運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)安裝；電抗器雖為固定電感，但通過串、并聯(lián)，還是可以改變的，這樣使大大增加了試品的容量范圍，對(duì)于電纜試品來說可達(dá)到400倍之多。經(jīng)過試驗(yàn)方法的對(duì)比，我省普遍采用變頻串聯(lián)諧振交流耐壓試驗(yàn)裝置。(3)、電纜變頻串聯(lián)諧振交流耐壓試驗(yàn)原理電纜交流耐壓試驗(yàn)裝置通常有三種形式：工頻串聯(lián)諧振電源、變頻串聯(lián)諧振電源、0.1Hz電源。以下就我省使用最多的變頻串聯(lián)諧振交流耐壓試驗(yàn)裝置進(jìn)行介紹。變頻串聯(lián)諧振交流耐壓試驗(yàn)裝置由變頻電源、勵(lì)磁變、避雷器、串聯(lián)電抗器、調(diào)諧電容或電纜自身電容和用于高壓測(cè)量的電容分壓器組成。如圖9-3所示，對(duì)應(yīng)的等值電路如圖9-4圖9-3電纜變頻串聯(lián)諧振交流耐壓試驗(yàn)原理接線23456圖94頻串聯(lián)諧振交流耐壓試驗(yàn)等值電路圖9-4為電抗器L的內(nèi)阻；感抗：容抗：串聯(lián)回路總阻抗：串聯(lián)回路電流：電容上的電壓：當(dāng)時(shí)，回路發(fā)生串聯(lián)諧振，此時(shí)阻抗有最小值：由：得諧振固有頻率：當(dāng)電路處于諧振狀態(tài)時(shí)，電纜上電容的電壓為：為品質(zhì)因素，由上式可以看出在電容上的電壓UC高于電源輸入電壓U的Q倍，在工程應(yīng)用中，電抗器品質(zhì)因素Q一般取幾十到幾百。當(dāng)串聯(lián)回路在諧振狀態(tài)時(shí)，回路成阻性，電感上的電流IL和電容上電流IC方向相反，大小相等，相互抵消?；芈分械囊曉诠β蕿椋篠=UI有功功率為：P=I2R無(wú)功功率為：Q=I2（XL-XC）諧振回路的有功損耗還有電暈損耗、頻率損耗等，故有功率損耗將會(huì)大于I2R。諧振回路中的電阻是等效出來的，其實(shí)是電抗器的內(nèi)阻rL和電容器的等效損耗電阻rC之和，所以工程中所測(cè)電壓和電流之積極開展為電抗器或電容器上的視在功率。諧振回路中電源提供的容量（有功功率等于視在功率），為電抗器上所產(chǎn)生容量的1/Q。4、高壓交流耐壓裝置選擇變頻高壓交流電源容量的選擇，要根據(jù)系統(tǒng)最長(zhǎng)電纜的型號(hào)、試驗(yàn)電壓、長(zhǎng)度和截面，估算試驗(yàn)電壓下的電容電流，計(jì)算出變頻高壓交流電源容量和電抗器電感量。（1）電纜的電容參數(shù)電纜不同型號(hào)、不同截面在1km長(zhǎng)度下的電容如表9-1、表9-2、表9-3。表9-1電纜導(dǎo)體截面面積（mm2）電容（F/km）YJV、YJLV6/6kV、6/10kVYJV、YJLV8.7/10kV、8.7/15kVYJV、YJLV12/35kVYJV、YJLV21/35kYJV、YJLV26/35k1350.2120.1730.1521500.2370.1920.1660.1180.1441700.2700.2170.1870.1310.1251950.3010.2400.2060.1430.13511200.3270.2610.2230.1530.14311500.3580.2840.2410.1640.15311850.3880.3070.2670.1800.16312400.4300.3390.2910.1940.17613000.4720.3700.3190.2110.19014000.5310.4180.3520.2310.20915000.6030.4380.3880.2540.23216000.6670.4700.4160.2870.256表9-2電纜導(dǎo)體截面面積（mm2）電容（F/km）YJV、YJLV6/6kV、6/10kVYJV、YJLV8.7/10kV、8.7/15kVYJV、YJLV12/35kVYJV、YJLV21/35kYJV、YJLV26/35k3350.2120.1730.1523500.2370.1920.1660.1180.1443700.2700.2170.1870.1310.1253950.3010.2400.2060.1430.13531200.3270.2610.2230.1530.14331500.3580.2840.2410.1640.15331850.3880.3070.2670.1800.16332400.4300.3390.2910.1940.17633000.4720.3700.3190.2110.19034000.5310.4180.3520.2310.20935000.6030.4380.3880.2540.23236000.6670.4700.4160.2870.256表9-3電纜導(dǎo)體截面面積（mm2）電容（F/km）YJV、YJLV64/110kVYJV、YJLV128/220kV32400.12933000.13934000.1560.11835000.1690.12436300.1880.13838000.2140.155310000.2310.172312000.2420.179314000.2590.190316000.2730.198318000.2840.297320000.2960.215322000.221325000.232（2）試驗(yàn)電壓交聯(lián)電纜各電壓等級(jí)的30300Hz諧振耐壓試驗(yàn)電壓如表9-4表9-4 交聯(lián)絕緣電纜不同電壓等級(jí)的交流試驗(yàn)電壓30300Hz諧振耐壓試驗(yàn)交接時(shí)電壓等級(jí)試驗(yàn)電壓時(shí)間35kV及以下2Uo5min110kV1.7Uo5min220kV1.4Uo60min預(yù)試時(shí)電壓等級(jí)試驗(yàn)電壓時(shí)間35kV及以下1.6Uo5min110kV1.36Uo5min220kV1.15Uo5min（3）變頻交流耐壓裝置的電源容量和電抗器電感量選擇示例例：某電業(yè)局有YJV（YJLV）8.7/10kV型電纜、截面240m2、最長(zhǎng)的有5km；需選擇多大容量變頻試驗(yàn)電源？由已知電纜參數(shù)查表1可知1km長(zhǎng)的電容量為0.339F，則5km長(zhǎng)時(shí)為1.695F； 設(shè)諧振頻率32Hz，則： 容抗： 因諧振時(shí)，即感抗：查表3可知YJV（YJLV）8.7/10kV形電纜的試驗(yàn)電壓為17.4kV，因電抗器的電阻很小，若忽略不計(jì)，則諧振時(shí)的電流為：則所需的電源容量為： ，可配置為108（KVA）電抗器可做成3臺(tái)并聯(lián)，每臺(tái)的額定電壓選18kV，則三臺(tái)并聯(lián)時(shí)的額定電流為I=108/18=6A，每臺(tái)的額定電流為2A。每臺(tái)32Hz時(shí)的電抗為9000歐，則電感為：（4）35kV及以下交聯(lián)電纜交流耐壓裝置的技術(shù)要求為了保證交流耐壓時(shí)，人身和被試設(shè)備的安全，新購(gòu)置的變頻高壓交流電源裝置應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)收。1）測(cè)量電感值，應(yīng)符合標(biāo)稱值。2）勵(lì)磁變的變比應(yīng)符合標(biāo)稱值。3）選一適當(dāng)高壓補(bǔ)償電容器，調(diào)節(jié)輸出電流達(dá)額定值，持續(xù)30min，電抗器的溫升值不應(yīng)超過65k，這是檢查其容量是否符合要求的有效辦法。4）在額定負(fù)載下，調(diào)節(jié)儀器輸入電源電壓，使之變化10，輸出電壓要保持穩(wěn)定。5）滿載試驗(yàn)時(shí)，用地線接近高壓側(cè)，使其發(fā)生閃烙放電，此時(shí)保護(hù)動(dòng)作，關(guān)斷高壓。連續(xù)進(jìn)行三次后整套裝置應(yīng)仍能正常工作。6）將高壓過壓整定值設(shè)定為1.1倍，使裝置升壓至整定值，此時(shí)應(yīng)關(guān)斷高壓，切斷主回路，動(dòng)作誤差不超過1%。5、試驗(yàn)步驟和注意事項(xiàng)1）被試電纜已安裝到位，達(dá)到驗(yàn)收條件。運(yùn)行中電纜的預(yù)防性試驗(yàn)應(yīng)把電纜與其它設(shè)備的連接解開。2）交流耐壓試驗(yàn)屬于高壓工作，要根據(jù)安全規(guī)程的有關(guān)規(guī)定做好安全準(zhǔn)備工作。在試驗(yàn)地點(diǎn)周圍要采取安全措施，防止與試驗(yàn)無(wú)關(guān)的人員靠近。3）應(yīng)逐相試驗(yàn)，非被試相應(yīng)連同被試相屏蔽層一起接地。4）電纜屏蔽層過電壓保護(hù)器應(yīng)短接，并使這一端電纜屏蔽或金屬層臨時(shí)接地。5）交聯(lián)絕緣電纜不同電壓等級(jí)的交流試驗(yàn)電壓如表9-4，根據(jù)試驗(yàn)電壓調(diào)節(jié)過電壓保護(hù)值。6）根據(jù)試驗(yàn)電壓和估算的輸出電流，選擇適當(dāng)?shù)碾娍蛊?，通常試?yàn)裝置配有三個(gè)電抗器，可通過串聯(lián)或并聯(lián)來滿足試驗(yàn)電壓或試驗(yàn)容量的要求。7）為交流耐壓試驗(yàn)有較好的等效性，應(yīng)盡量把諧振頻率控制在4060Hz，這可通過調(diào)節(jié)附加電容的電容量來實(shí)現(xiàn)。尤其是短電纜電容量小，所需的諧振頻率高，甚至超過試驗(yàn)裝置最高的諧振頻率，使之無(wú)法調(diào)諧，這時(shí)必須附加并聯(lián)電容。8）試驗(yàn)接線完畢應(yīng)經(jīng)檢查，確認(rèn)無(wú)誤，方可升壓試驗(yàn)。9）試驗(yàn)完畢應(yīng)通過80k限流電阻反復(fù)放電幾次直至無(wú)火花，才允許直接接地。10）不同廠家生產(chǎn)的試驗(yàn)裝置操作步驟有所差別，具體操作步驟應(yīng)按試驗(yàn)裝置的使用說明書進(jìn)行。6、結(jié)果判斷交聯(lián)電纜交流耐壓中，絕緣不發(fā)生閃絡(luò)、擊穿，交流耐壓后測(cè)量絕緣電阻與交流耐壓之前比較無(wú)明顯變化，說明沒造成絕緣損傷，試驗(yàn)合格。第三節(jié) 電纜常見故障及原因分析一、電纜的一般故障及分析電力電纜在電力系統(tǒng)中用量很大，它與輸電線路相比有許多優(yōu)點(diǎn)。電纜的產(chǎn)品種類很多，有油浸紙電纜、充油電纜、聚乙烯電纜、交聯(lián)聚乙烯電纜和橡膠電纜等。隨著現(xiàn)代工業(yè)的進(jìn)步，尤以交聯(lián)聚乙烯為主體的電纜發(fā)展最快。電力電纜在制造或運(yùn)行中不可避免地會(huì)出現(xiàn)一些故障，一般情況下，電纜的常見故障可分為:開路故障，低阻故障和高阻故障三種類型。1開路故障如果電纜相間或相對(duì)地的絕緣電阻達(dá)到所要求的規(guī)范值，但工作電壓不能傳輸?shù)浇K端，或雖有終端電壓，但負(fù)載能力較差，這類故障稱為開路故障。如圖9-3所示，在某相H點(diǎn)存在電阻Rk。Rk=的故障稱為斷線故障，這是開路故障的特殊情況。2低阻故障若電纜相間或相對(duì)地的絕緣受損，其絕緣電阻減小到一定程度，能用低壓脈沖測(cè)量的故障稱為低阻故障。如圖9-5，在電纜中某M 點(diǎn)，對(duì)地絕緣電阻Rd小于1000以下時(shí)，便認(rèn)為是低阻故障。Rd=0的這種情況稱為短路故障。這是低阻故障的特殊情況。如果故障點(diǎn)在電纜終端頭，Rd小于電纜特性阻抗才認(rèn)為是低阻故障。3高阻故障相對(duì)于低阻故障，若電纜相間或相對(duì)地的故障電阻較大，以致不能采用低壓脈沖法進(jìn)行測(cè)量的故障，通稱為高阻故障。它包括泄漏性高阻故障和閃絡(luò)性高阻故障。在做電纜預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)，泄漏電流是隨電壓的升高而逐漸增大，且其值大大超過規(guī)定的泄漏值，這種故障稱為泄漏性高阻故障。在圖9-4 中，對(duì)泄漏性高阻故障，Rd一般大于150，特殊情況下，終端高阻泄漏故障中的Rd大于電纜的特性阻抗。閃絡(luò)性高阻故障則不然，其特點(diǎn)是故障點(diǎn)，不但沒有形成低阻通道，相反，絕緣電阻值卻很大，在做試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)電壓升到一定值時(shí)，泄漏電流突然增大。當(dāng)電壓稍降時(shí)，此現(xiàn)象消失。在圖9-5，某相N點(diǎn)在高電壓作用下，Rg=O，當(dāng)高電壓降低到某一數(shù)值后，Rg。以上是電纜的一般性故障類型，但對(duì)于不同類型的電纜來講，各自都有其特有故障。圖95電纜故障示意圖二、電纜的特殊故障及分析1油浸紙絕緣電纜和高壓充油電纜的特殊故障該種類型的電纜線路的薄弱環(huán)節(jié)是終端頭和中間接頭，這往往由于設(shè)計(jì)不良或制作工藝、材料不當(dāng)而帶來缺陷。有的缺陷可在施工過程和驗(yàn)收試驗(yàn)中檢出，更多地是在運(yùn)行中逐漸發(fā)展，劣化直至暴露。瀝青膠澆灌的終端頭常因密封不良逐漸進(jìn)潮，瀝青膠起層，開裂和形成孔隙，有時(shí)也會(huì)因溫度過高而流膠；環(huán)氧樹脂和塑料干封電纜頭易于受電場(chǎng)、熱、化學(xué)的長(zhǎng)期作用而逐漸變壞；充油電纜頭常出現(xiàn)缺油受潮情況。2交聯(lián)聚乙烯電纜的特殊故障當(dāng)交聯(lián)聚乙烯電纜在正常環(huán)境中使用時(shí)，電纜通常的壽命是20-30年左右。但在惡劣環(huán)境的影響，交聯(lián)聚乙烯電纜常會(huì)出現(xiàn)由化學(xué)品引起的化學(xué)樹老化和由水引起的水樹老化?；瘜W(xué)樹是硫化銅等物質(zhì)析出主絕緣體中而形成的樹枝狀生成物，因此化學(xué)樹使電纜發(fā)生的主要變化是絕緣性能下降。表現(xiàn)為：介質(zhì)損耗因數(shù)（tg8增加；各種耐壓值下降;絕緣電阻降低;直流泄漏電流增加或電流突跳等現(xiàn)象;最后直至絕緣擊?；瘜W(xué)樹老化對(duì)導(dǎo)體以及屏蔽銅帶一樣有腐蝕作用。水樹是水分侵人電纜后，在電場(chǎng)下從電場(chǎng)不均勻、電應(yīng)力集中處開始形成樹枝狀現(xiàn)象，按其產(chǎn)生的起點(diǎn)可分為內(nèi)導(dǎo)水樹、蝴蝶形水樹和外導(dǎo)水樹三種。水樹使電纜發(fā)生絕緣性能下降，其表現(xiàn)同化學(xué)樹表現(xiàn)差不多。在交聯(lián)聚乙烯電纜中，還會(huì)因?yàn)榘l(fā)生因安裝或外界力量破壞使外護(hù)層破裂，損傷，導(dǎo)致鋁箔層多點(diǎn)接地和水分徑向進(jìn)人的情況。三、電纜故障探測(cè)方法電纜故障探測(cè)方法有電阻電橋法、低壓脈沖測(cè)量法、高壓閃絡(luò)測(cè)量法。其中電阻電橋法是最經(jīng)典的老辦法，適用于電纜的低阻、短路故障。低壓脈沖法是向故障電纜發(fā)射低壓脈沖的測(cè)距方法，可以用來探測(cè)斷線故障、相間或相對(duì)地低阻故障，同時(shí)也可以測(cè)量電纜全長(zhǎng)和顯示電纜中部分中間接頭的位置。高壓閃絡(luò)測(cè)量法適于高阻故障，由于故障點(diǎn)電阻較大，用低壓脈沖法測(cè)量時(shí)，故障點(diǎn)的反射脈沖幅度很小或不存在反射，因而儀器分辨不出來。采用高壓閃絡(luò)測(cè)量法對(duì)這種故障進(jìn)行測(cè)量，可取得滿意的效果。以下介紹電阻電橋法 當(dāng)電纜一芯或數(shù)芯發(fā)生短路或低阻故障時(shí)，常采用普通便攜式惠斯登電橋進(jìn)行測(cè)試，其實(shí)際測(cè)試線路圖如圖96所示。7圖96電阻電橋測(cè)試線路圖此法要求電纜有一相是好的，否則，就得借用另外一條并行的同型號(hào)電纜作為回線，或者采用別的方法。如圖96所示，若電纜中間芯線為好相，其長(zhǎng)為L(zhǎng)，下邊芯線為故障相，故障點(diǎn)為B，其距測(cè)試端距離為L(zhǎng)X。將電橋的檢流計(jì)直接接在測(cè)試端上，這樣可以減小連接線與接觸電阻的影響，減少誤差。在電纜的另一頭，將中間好相與故障相用短接線跨接。由于電纜芯線直流電阻與其長(zhǎng)度成正比，故有8為提高測(cè)量的準(zhǔn)確性，應(yīng)注意以下幾個(gè)問題:（1）采用高靈敏的檢流計(jì)或適當(dāng)提高電源電壓。（2）可交換R3, R4位置，即將圖中C, D兩點(diǎn)對(duì)換，測(cè)出兩個(gè)上LX值，取其平均值作為測(cè)量結(jié)果。（3）整條電纜的截面、材料應(yīng)相同。若不相同，應(yīng)按其阻值折算成同一截面、材料電纜的等值長(zhǎng)度。（4）將檢流計(jì)G直接接在電纜的芯線上。調(diào)頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置測(cè)評(píng)表表1 串諧試驗(yàn)裝置的安全、結(jié)構(gòu)和功能測(cè)評(píng)表（此表共30分）類別序號(hào)項(xiàng)目分值檢測(cè)結(jié)果得分變頻電源控制箱1電源聯(lián)接安全性合格，1分不合格，0分 合格2防塵、防潮、防震性能有，1分沒有，0分合格3LCD大屏幕顯示功能,背光是，1分否，0分合格4電源開關(guān)有，1分沒有，0分合格5自動(dòng)調(diào)節(jié)搜索諧振頻率功能,有，1分沒有，0分合格6自動(dòng)計(jì)時(shí)功能有，1分沒有，0分合格7自動(dòng)升、降壓功能有，2分沒有，0分合格8全自動(dòng)調(diào)頻、調(diào)壓有，2分沒有，0分合格9試驗(yàn)結(jié)果顯示、保存功能、打印有，1分沒有，0分合格10手動(dòng)操作功能有,好，2分有,一般,1分沒有，0分合格11自動(dòng)、手動(dòng)切換有，2分沒有，0分合格12 噪音不明顯 1明顯 0不明顯13外觀好 ,3一般,2差1得分小計(jì)勵(lì)磁變壓器油浸式全項(xiàng)0分。干式，測(cè)評(píng)項(xiàng)目如下：14隔離變功能有，1分無(wú)，0分有（設(shè)靜電屏蔽層）15防反擊保護(hù)功能有，1分無(wú)，0分有16外殼安全接地保護(hù)有，1分無(wú)，0分有17多繞組結(jié)構(gòu)(繞組利用率)多，2分中1少，0分6個(gè)端子，可串并聯(lián)得分小計(jì)諧振電抗器非環(huán)氧澆注全項(xiàng)0分。環(huán)氧澆注式，測(cè)評(píng)項(xiàng)目如下：19Q值(30Hz)合格 3分(f大于35HZ,減1分)L=33.7Hf=36.9開機(jī)時(shí)Q=30分鐘Q=25.320容量重量比/串聯(lián)組合簡(jiǎn)便前二名，2分后者，0分55KVA/21KG=2.61得分小計(jì)得分合計(jì)表2 串諧試驗(yàn)裝置的保護(hù)功能測(cè)評(píng)表（此表共13分）序號(hào)項(xiàng)目分值檢測(cè)結(jié)果得分21高壓過壓保護(hù)有效3分不具備或無(wú)效 0分有效22放電保護(hù)(滿載試驗(yàn)時(shí)，用地線接近高壓側(cè))有效 5分不具備或無(wú)效(設(shè)備損壞) 0分瞬時(shí)接地故障：永久接地故障：23失諧保護(hù)有效 2分不具備或無(wú)效 0分有效24零位保護(hù)有效 1分無(wú)效 0分有效25低壓過流保護(hù)有效 1分無(wú)效 0分有效26掉電保護(hù)有效 1分無(wú)效 0分有效得分合計(jì)表3 串諧試驗(yàn)裝置的系統(tǒng)性能參數(shù)測(cè)評(píng)表（此表共32分）類 別序號(hào)項(xiàng) 目分 值檢測(cè)結(jié)果得分輸出頻率27頻率調(diào)節(jié)細(xì)度分辨率0.01Hz 頻率調(diào)節(jié)靈敏度0.02 2其它 1頻率調(diào)節(jié)分辨率：0.01 HZ;頻率調(diào)節(jié)靈敏度:0.0228二次自動(dòng)調(diào)頻精度0