Hz試驗(yàn)技術(shù)在中壓XLPE絕緣電纜中的應(yīng)用

1、.Hz 試驗(yàn)技術(shù)在中壓 XLPE絕緣電纜中的應(yīng)用個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途作者:日期:0.1Hz試驗(yàn)技術(shù)在天津地區(qū)中壓交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的應(yīng)用葛榮剛1王芹2（1.城南供電分公司 天津 300201 ； 2.城東供電分公司 天津 300250）摘要概述交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜試驗(yàn)的研究結(jié)果，介紹了天津電力公司引進(jìn)的0.1Hz試驗(yàn)設(shè)備及其在中壓35kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的試驗(yàn)及介質(zhì)損耗測(cè)試情況。關(guān)鍵詞 0.1Hz試驗(yàn)；介質(zhì)損耗；應(yīng)用1引言對(duì)電纜線路進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，減少電纜突發(fā)故障，是提高供電可靠性的有效手段。電纜試驗(yàn)要求在試驗(yàn)電壓和試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)有效地將電纜線路的缺陷發(fā)展成為故障暴露出來(lái)，然后通過(guò)查找故障點(diǎn)

2、并予以修復(fù)，從而避免電纜線路在正常運(yùn)行中發(fā)生故障。因此，對(duì)新設(shè)電纜線路進(jìn)行嚴(yán)格的交接試驗(yàn)，并對(duì)運(yùn)行電纜線路按周期進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)是電纜運(yùn)行管理的一項(xiàng)重要工作。國(guó)內(nèi)對(duì)于交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜（下文簡(jiǎn)稱XLPE絕緣電纜）的交接和預(yù)防性試驗(yàn)，多年沿用直流耐壓試驗(yàn)的方法。而國(guó)外的研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明：直流耐壓試驗(yàn)不適用于XLPE絕緣電纜，從而相繼研究開(kāi)發(fā)了不同原理的試驗(yàn)方法和設(shè)備，其中超低頻（VLF 0.1Hz交流試驗(yàn)是解決中低壓 XLPE絕緣電纜試驗(yàn)比較成熟方法；天津電力公司于2001年6月引進(jìn)了奧地利 Baur公司生產(chǎn)的PHG800.1Hz試驗(yàn)設(shè)備，并對(duì) 35kV XLPE絕緣電纜開(kāi)展 0.1Hz試驗(yàn)和介

3、質(zhì)損耗測(cè)試工作。2國(guó)內(nèi)外關(guān)于XLPE絕緣電纜試驗(yàn)的研究國(guó)外對(duì)于中壓XLPE絕緣電纜試驗(yàn)的研究開(kāi)展較早。特別是歐洲一些國(guó)家，由于70年代中期生 產(chǎn)的XLPE絕緣中壓電纜易形成水樹(shù)，以致運(yùn)行后不久就發(fā)生故障，因此開(kāi)展中壓XLPE絕緣電纜的試驗(yàn)研究比較早，研究結(jié)果表明：直流耐壓試驗(yàn)不適用于XLPE絕緣電纜，推薦使用交流試驗(yàn)；并于90年代初開(kāi)發(fā)出成型的替代直流耐壓適用于中壓XLPE絕緣電纜的試驗(yàn)技術(shù)和設(shè)備；并且修定了 XLPE絕緣電纜試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)。2.1 直流耐壓試驗(yàn)對(duì)于 XLPE絕緣電纜存在的缺點(diǎn)直流耐壓試驗(yàn)源于油紙絕緣電纜試驗(yàn)，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明直流耐壓試驗(yàn)對(duì)于發(fā)現(xiàn)油紙絕緣電纜的缺陷是有效的，但對(duì)于 XL

4、PE絕緣電纜直流耐壓試驗(yàn)存在如下缺點(diǎn)：電纜絕緣材料在直流電壓和交流電壓下的場(chǎng)強(qiáng)分布不同，直流電壓下的場(chǎng)強(qiáng)分布取決于材 料的體積電阻率，而交流電壓下的場(chǎng)強(qiáng)分布取決于介質(zhì)的介電常數(shù)。因而在電纜終端頭、中間接頭 等電纜附件中直流電場(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)理和交流電壓下老化機(jī)理不同，直流耐壓試驗(yàn)不能有效的發(fā)現(xiàn)交流電壓下發(fā)生的某些缺陷；同時(shí)交流電壓下極易發(fā)生的缺陷在直流耐壓時(shí)卻不發(fā)生。故直流耐壓試驗(yàn)不能模擬XLPE絕緣電纜的運(yùn)行工況。直流耐壓試驗(yàn)在 XLPE材料上產(chǎn)生"累積效應(yīng)”，在絕緣材料內(nèi)產(chǎn)生的單極性殘余電荷需要很長(zhǎng)時(shí)間才能將直流偏壓釋放。電纜在

5、直流殘余電荷未完全釋放前投入運(yùn)行，該直流偏壓便疊加在工頻電壓峰值上，可能導(dǎo)致絕緣擊穿。 直流耐壓試驗(yàn)容易形成震蕩，傷害電纜絕緣。直流耐壓試驗(yàn)時(shí)會(huì)有電子注入到聚合物內(nèi)部，形成空間電荷，使該處的電場(chǎng)強(qiáng)度降低，從而難于發(fā)生擊穿。XLPE絕緣電纜的半導(dǎo)電凸凹處和污穢點(diǎn)等處容易產(chǎn)生空間電荷，如果在直流耐壓時(shí)電纜終端發(fā)生閃洛或中間接頭擊穿，會(huì)在電纜線芯上形成波振蕩，在已聚積空間電荷的地方因振蕩電壓的極性迅速改變，從而使該處電場(chǎng)強(qiáng)度明顯增大，可能損壞絕緣。 直流電壓極易發(fā)展水樹(shù)。XLPE絕緣電纜極易產(chǎn)生水樹(shù)，在直流電壓下水樹(shù)會(huì)迅速生長(zhǎng)并生成電樹(shù)，加速絕緣老化，以致運(yùn)行后在工頻電壓下發(fā)生擊穿?；谏鲜鲈?，直

6、流耐壓試驗(yàn)對(duì)于XLPE絕緣電纜的等效性值得懷疑，并由于直流耐壓可能在很大程度上損壞 XLPE絕緣電纜的使用壽命，因此，盡管直流耐壓設(shè)備具有重量輕，可以測(cè)量電纜 長(zhǎng)度長(zhǎng)的特點(diǎn)，有些國(guó)家已經(jīng)禁止對(duì)XLPE絕緣電纜進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)。2.2 直流耐壓試驗(yàn)的替代方法及趨勢(shì)為解決XLPE絕緣電纜的試驗(yàn)問(wèn)題，相繼研究開(kāi)發(fā)了諧振試驗(yàn)、振蕩電壓試驗(yàn)、局放測(cè)量和超 低頻（0伯z）試驗(yàn)試驗(yàn)方法。2.2.1 諧振試驗(yàn)，為解決了電源系統(tǒng)的重量，采用不同形式的諧振系統(tǒng)：可調(diào)電感諧振系統(tǒng)、變頻諧振電源系統(tǒng)（頻率范圍在30-300HZ之間）、利用空氣間隙補(bǔ)償變壓器的諧振系統(tǒng)。2.2.2 振蕩電壓試驗(yàn)，這種試驗(yàn)方法是用直流電源

7、給電纜充電，然后通過(guò)一個(gè)觸發(fā)球間隙給一組串聯(lián)電阻和電感，從而得到一個(gè)阻尼振蕩電壓。但此方法對(duì)于長(zhǎng)電纜是有問(wèn)題的，雖然振蕩電壓法比直流耐壓試驗(yàn)有效，但效果不如工頻試驗(yàn)效果好。2.2.3 研究證明工頻耐壓加上局部放電測(cè)量對(duì)于電纜的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的效果相當(dāng)好，盡管在試驗(yàn)的時(shí)間內(nèi)有些缺陷并不擊穿，但故障點(diǎn)在試驗(yàn)電壓下會(huì)出現(xiàn)局部放電。目前局部放電測(cè)試還僅限于檢查電纜接頭和和終端，主要是利用超高頻和超聲波進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的局部放電探測(cè)。2.2.4 超低頻（VLF）0.1Hz交流耐壓試驗(yàn)。上述四種試驗(yàn)方法中，前三種方法試驗(yàn)設(shè)備容量大，一般適用于高壓電纜的試驗(yàn)；第四種超低頻0.1Hz試驗(yàn)是目前中壓 XLPE絕緣電纜試驗(yàn)的主

8、要手段， 在國(guó)外已被廣泛應(yīng)用于中壓 XLPE絕緣電 纜試驗(yàn)。2.3 超低頻0.1Hz交流試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)0.1Hz試驗(yàn)與直流試驗(yàn)相比較具有以下優(yōu)點(diǎn)： 超低頻0.1Hz試驗(yàn)電壓既有直流特點(diǎn)又有交流特點(diǎn)，0.1Hz耐壓試驗(yàn)對(duì)老化 XLPE絕緣電纜的影響，比直流耐壓試驗(yàn)小。對(duì)于實(shí)驗(yàn)室老化的 XLPE絕緣電纜，0.1Hz擊穿電壓近似等于工頻擊穿電壓；直流擊穿電壓明顯高出交流擊穿電壓很多。 超低頻0.1Hz試驗(yàn)設(shè)備所需要的輸出功率，由于試驗(yàn)頻率比較低， 顯著小于工頻試驗(yàn)設(shè)備，其設(shè)備容量、重量可以和直流設(shè)備相比擬，適于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。 除了能對(duì)電纜作 0.1Hz耐壓試驗(yàn)外，還能對(duì)電纜進(jìn)行介質(zhì)損耗測(cè)量，從而掌握電纜整體

9、的 絕緣狀況。3我公司引進(jìn)的PHG80試驗(yàn)設(shè)備主要性能參數(shù)在充分考慮天津地區(qū)中壓35kVXLPE絕緣電纜的運(yùn)行的實(shí)際情況后，通過(guò)技術(shù)論證，引進(jìn)了PHG80系列的0.1Hz試驗(yàn)設(shè)備，將該設(shè)備及發(fā)電機(jī)等附屬設(shè)備一并組裝成一輛電纜測(cè)試車(chē)。PHG80輸出0伯z正弦波，電壓57kV時(shí)的最大容性負(fù)荷為 1.1uF （即可以測(cè)試35kV三芯XLPE絕緣電纜 長(zhǎng)度約6公里）；可進(jìn)行35kV及以下電壓等級(jí)交聯(lián)電纜的介質(zhì)損耗測(cè)量。PHG80主要性能參數(shù)適用電源220V 50Hz額定電流10A最高輸出電壓正弦波（rms）: 57kV, 0.伯z方波：80kV，0.1Hz直流電壓（正、負(fù)極性輸出）：80kV最大電容負(fù)

10、荷57kV 下 1.1uF輸出試驗(yàn)頻率0.01 0.1Hz 可調(diào)相對(duì)濕度< 90%不凝露工作溫度0 50 C保存溫度-20 60 七整套系統(tǒng)重量約 350kg4 0.1Hz試驗(yàn)技術(shù)使用中碰到的問(wèn)題及在中壓35kVXLPE絕緣電纜的應(yīng)用情況4.1 關(guān)于試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于中低壓交聯(lián)電纜的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定不統(tǒng)一。在DIN VDE 0276 T.620中規(guī)定：0.1Hz， 3 U 0,時(shí)間60min ;而在XLPE絕緣電纜超低頻（VLF）0.1Hz耐壓試驗(yàn)一文中，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)老化的 XLPE 絕緣電纜超低頻0.1Hz耐壓試驗(yàn)的研究，推薦試驗(yàn)電壓和試驗(yàn)時(shí)間如下：0.1Hz試驗(yàn)電壓和試驗(yàn)時(shí)間推薦表系統(tǒng)電壓（kV

11、）安裝后試驗(yàn)（kV）驗(yàn)收試驗(yàn)（kV）維護(hù)試驗(yàn)（kV）證明試驗(yàn)（kV）512141010152528222225384433333555624747試驗(yàn)時(shí)間：15分鐘目前國(guó)內(nèi)0.1Hz交流試驗(yàn)及介質(zhì)損耗測(cè)試尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，在電力設(shè)備交接預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程(DL/T 596 1996)只規(guī)定了直流耐壓試驗(yàn)的方法；中壓35kVXLPE絕緣電纜的0伯z試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),我公司參照電力設(shè)備交接預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程(修訂版，華北電力集團(tuán)公司二000年)執(zhí)行：即：新設(shè)電纜交接試驗(yàn)： 3 U0 60 分鐘；預(yù)防性試驗(yàn)：2.1U。5分鐘。4.20.1Hz耐壓試驗(yàn)及介質(zhì)損耗的測(cè)試情況4.2.10.1Hz耐壓試驗(yàn)情況2001年6月一2

12、002年6月一年時(shí)間內(nèi)，共在 50回83段35kVXLPE絕緣電纜線路開(kāi)展了0.1Hz交流電壓試驗(yàn)工作。其中試驗(yàn)擊穿3段(一黃I、II及一平I )，試驗(yàn)擊穿率3.6%。通過(guò)分析該3段電纜線路發(fā)生擊穿的主要原因是：線路采用的預(yù)制式中間接頭質(zhì)量不過(guò)關(guān)；在未引進(jìn)0.1Hz試驗(yàn)技術(shù)前，采用直流試驗(yàn)方法時(shí)即多次在接頭部位擊穿。0.1Hz試驗(yàn)和直流試驗(yàn)電纜線路的試驗(yàn)擊穿情況統(tǒng)計(jì)如下表：0.1Hz試驗(yàn)和直流試驗(yàn)電纜線路的試驗(yàn)擊穿情況統(tǒng)計(jì)線號(hào)電壓形式(DC/AC相別擊穿電壓(kV)發(fā)生時(shí)間(S)試驗(yàn)日期一黃AC 0.1Hz綠-74.32702.12.27黃76.422一黃.IIAC 0.1Hz綠-76.438

13、02.12.27紅-76.726黃-68.131一平AC 0.1Hz綠77.1702.12.26紅-76.512一平.IIDC紅-78約2分鐘98.9.10一平.IIDC黃-78約1分鐘98.9.17通過(guò)上表可以看出：0.1Hz試驗(yàn)時(shí)電纜擊穿多發(fā)生在負(fù)極性下，占擊穿次數(shù)71.3%。0.伯z試驗(yàn)時(shí)電纜擊穿電壓峰值接近3Ub, 即卩78kV。 鑒于上述發(fā)生擊穿的電纜電纜線路基本上是在同一時(shí)期敷設(shè)的，且采用了相同形式的接頭 施工工藝，可以認(rèn)為交流0.1Hz試驗(yàn)和直流耐壓試驗(yàn)在發(fā)現(xiàn)預(yù)制型中間接頭質(zhì)量缺陷方面是等效的。4.2.2 35kV電纜介質(zhì)損耗測(cè)量情況目前國(guó)內(nèi)尚無(wú) 0.1Hz介質(zhì)損耗測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，我公

14、司采用了BAUR公司推薦的歐洲標(biāo)準(zhǔn)： tg S(U0) <0.6 %o tg S (2U0) <1.2 %; tg S (2U0) -tg S (U0) <0.6 %o2003年1-6月份，對(duì)80段35kVXLPE絕緣電纜進(jìn)行了介質(zhì)損耗測(cè)試，按照保爾公司推薦的標(biāo) 準(zhǔn)，達(dá)到此標(biāo)準(zhǔn)的段數(shù)為42段，沒(méi)達(dá)到的為38段，合格率為52.5 %。目前，我們開(kāi)展的介損測(cè)量工作還處于數(shù)據(jù)積累階段，還不能就介損值與電纜運(yùn)行擊穿之間建立起一定的聯(lián)系。換句話說(shuō)，BAUF公司推薦的標(biāo)準(zhǔn)也許不適合我們的電纜。經(jīng)峰二線35kV電纜在1U0下的介損值達(dá)到了12%。以上，在2U0下的介損值達(dá)到了 20%。以上

15、，電纜的預(yù)防性試驗(yàn)還是能夠通過(guò)并繼續(xù)運(yùn)行。4.3 測(cè)試設(shè)備在使用中碰到的問(wèn)題4.3.1 由于本套試驗(yàn)儀器是針對(duì)天津35kV電纜系統(tǒng)而專門(mén)設(shè)計(jì)的，目前只生產(chǎn)了一套，在設(shè)計(jì)上出現(xiàn)了一些了問(wèn)題。儀器高壓電極對(duì)地的距離不夠，試驗(yàn)時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)閃絡(luò)情況；高壓箱體的密封不好，有大量灰塵進(jìn)入，經(jīng)常造成閃絡(luò)。4.3.2 對(duì)于存在異型接頭的電纜線路，出現(xiàn)了三次在試驗(yàn)后的幾個(gè)月內(nèi)就發(fā)生電纜在運(yùn)行中擊穿的情況。臺(tái)王、臺(tái)德、臺(tái)黑線等35kV油紙絕緣和交聯(lián)絕緣電纜混合線路，在試驗(yàn)后不久即出現(xiàn)擊穿。這表明，在使用此試驗(yàn)儀器進(jìn)行含有油紙電纜段落的混合電纜線路試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)電壓和試驗(yàn)時(shí) 間有待進(jìn)一步確定。4.3.3 由于對(duì)于35

16、kV交聯(lián)電纜的介質(zhì)損耗測(cè)試工作剛剛開(kāi)始進(jìn)行，缺乏測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，無(wú)法評(píng)估天氣 濕度、電纜終端頭的清潔程度及試驗(yàn)時(shí)的對(duì)地距離對(duì)介損值測(cè)量的影響。5結(jié)論5.1 直流耐壓試驗(yàn)不適用于XLPE絕緣電纜，應(yīng)當(dāng)禁止對(duì)XLPE絕緣電纜進(jìn)行直流試驗(yàn)，至少應(yīng)將直流試驗(yàn)的次數(shù)減到最少。因?yàn)椋浩湟恢绷髟囼?yàn)不能模擬XLPE絕緣電纜的交流運(yùn)行工況；其二、直流耐壓試驗(yàn)不能有效地發(fā)現(xiàn)交流狀況下嚴(yán)重的電纜缺陷。5.2 0.1Hz試驗(yàn)?zāi)軌蜉^好解決中低壓交聯(lián)絕緣的預(yù)防性試驗(yàn)問(wèn)題，是代替交聯(lián)電纜直流耐壓試驗(yàn)的有效手段。由于0.1Hz具有交流特性，有效的避免直流耐壓試驗(yàn)在絕緣層內(nèi)形成的積累效應(yīng)，同時(shí)和直流試驗(yàn)設(shè)備相近的設(shè)備容重比，適合電纜

17、的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)要求。5.3 對(duì)于中壓35kVXLPE絕緣電纜線路的預(yù)防性試驗(yàn)采用交流0.1Hz2.1 U。，試驗(yàn)時(shí)間5分鐘的標(biāo)準(zhǔn)，同直流78kV試驗(yàn)5分鐘的方法在發(fā)現(xiàn)預(yù)制型電纜中間接頭缺陷方面是等效的。5.4 0.1Hz技術(shù)適用在中壓 35kv交聯(lián)絕緣和油紙絕緣混合電纜線路的試驗(yàn)電壓和試驗(yàn)時(shí)間，執(zhí)行 交聯(lián)電纜的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)難以滿足油紙絕緣電纜的要求，有待進(jìn)一步確定。5.5 0.1Hz介質(zhì)損耗測(cè)試作為一種絕緣狀況判斷手段，需要原始診斷數(shù)據(jù)的綜合比較。國(guó)內(nèi)中壓 35kV0.1介質(zhì)損耗測(cè)試缺乏同一的標(biāo)準(zhǔn)，而此相測(cè)試工作在天津地區(qū)開(kāi)始不久，處于積累原始數(shù)據(jù)的過(guò)程。為開(kāi)展0.1Hz介損絕緣診斷工作打下基礎(chǔ)，充分利用0.1Hz試驗(yàn)設(shè)備資源，應(yīng)開(kāi)展35kV XLPE絕緣電纜線路的介質(zhì)損耗普測(cè)工作，利用2 3年時(shí)間內(nèi)建立運(yùn)行線路的0.1Hz介質(zhì)損耗底帳；同時(shí)，對(duì)新敷設(shè)電纜線路，在投入運(yùn)行前進(jìn)行介質(zhì)損耗測(cè)試。參考文獻(xiàn)1 J.Densley , G.S.Eager , C.Katz , B.Freyzcyz , B.S.Bemstein. The VLF 0.1Hz Voltage Withsta