電纜的耐壓試驗(yàn)方法探討

電力電纜的耐壓試驗(yàn)方法探討前言電力電纜經(jīng)常作為發(fā)電廠、變電所及工礦企業(yè)的動(dòng)力引入（或引出）線，在城鄉(xiāng)電網(wǎng)中大量使用，在國(guó)際和國(guó)內(nèi)已有越來越多的交聯(lián)聚乙烯絕緣的電力電纜替代原有的充油油紙絕緣的電力電纜。交聯(lián)電纜在投運(yùn)前的試驗(yàn)項(xiàng)目上由于被試設(shè)備容量較大的原因，有的地方仍在沿襲使用直流耐壓的試驗(yàn)方法。近年來國(guó)際、國(guó)內(nèi)的很多研究機(jī)構(gòu)的研究成果表明直流試驗(yàn)對(duì)交聯(lián)聚乙烯電纜有不同程度的損害。為保障交聯(lián)電纜的安全運(yùn)行，大唐電力公司對(duì)電纜的交接和預(yù)防性試驗(yàn)做出了新的規(guī)定，即用交流耐壓試驗(yàn)替代原來的直流耐壓試驗(yàn)，以避免直流試驗(yàn)對(duì)電纜造成損傷，保證電纜安全可靠運(yùn)行。交聯(lián)電纜直流耐壓試驗(yàn)的缺點(diǎn)高電壓試驗(yàn)技術(shù)的一個(gè)通用原則：試品上所施加的試驗(yàn)電壓場(chǎng)強(qiáng)必須模擬高壓電器的運(yùn)行工況。高電壓試驗(yàn)得出的通過或不通過的結(jié)論要代表高壓電器中的薄弱點(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)理有相同的物理過程。按照此原則，交聯(lián)電纜進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)的問題主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1、直流電壓下，電場(chǎng)強(qiáng)度是按照電阻率分布的，而交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣層中的材料含有很多成分，其電阻率分布是不均勻的，同時(shí)電阻率受溫度等因素影響比較大，所以在直流電壓下，交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣層中的電場(chǎng)分布是不均勻的，這就可能在直流試驗(yàn)過程中出現(xiàn)絕緣層有的地方電場(chǎng)很強(qiáng)，有的地方電場(chǎng)卻比較弱的情況，導(dǎo)致局部絕緣擊穿，在運(yùn)行中引起事故。2、電纜在直流電壓下會(huì)產(chǎn)生“記憶”效應(yīng)，存儲(chǔ)積累單極性殘余電荷。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)間才能將這種直流電壓釋放。電纜如果在直流殘余電荷未完全釋放之前投入運(yùn)行，直流電壓便會(huì)疊加在工頻電壓峰值上，使得電纜上的電壓值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其額定電壓，從而有可能導(dǎo)致電纜絕緣擊穿3、交聯(lián)聚乙烯電纜的直流耐壓試驗(yàn)，由于空間電荷的效應(yīng)，絕緣中的實(shí)際電場(chǎng)強(qiáng)度最高可達(dá)電纜絕緣工作電場(chǎng)強(qiáng)度的十幾倍，所以即使電纜在通過了直流耐壓試驗(yàn)不發(fā)生擊穿，也會(huì)引起絕緣的嚴(yán)重?fù)p傷。4、直流耐壓試驗(yàn)所施加的直流電壓電場(chǎng)強(qiáng)度分布狀況與運(yùn)行中的交流電壓電場(chǎng)強(qiáng)度分布狀況不同，直流耐壓試驗(yàn)并不能模仿運(yùn)行狀態(tài)下電纜承受的過電壓，而且也不能有效的發(fā)現(xiàn)電纜本身及電纜接頭和施工工藝上的缺陷。5、直流耐壓試驗(yàn)有一定的積累效應(yīng)，能加速絕緣老化，且試驗(yàn)時(shí)易發(fā)生閃絡(luò)或擊穿。實(shí)踐也表明，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，如在電纜附件內(nèi)，絕緣若有機(jī)械損傷等缺陷，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)。電纜交流耐壓試驗(yàn)既然直流耐壓試驗(yàn)不能模擬交聯(lián)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。有以下幾種交流試驗(yàn)的方法可供選擇：1、超低頻0.1Hz耐壓試驗(yàn)因被試交聯(lián)電纜的電容量很大，工頻試驗(yàn)時(shí)所需試驗(yàn)變壓器的容量也要很大，導(dǎo)致試驗(yàn)設(shè)備笨重而不適用于現(xiàn)場(chǎng)使用。采用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)用于中低壓電纜的試驗(yàn)，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、振蕩電壓試驗(yàn)振蕩電壓試驗(yàn)是用直流電源給電纜充電，然后通過一個(gè)放電球隙給一組串聯(lián)電阻和電抗放電，得到一個(gè)阻尼振蕩電壓。此種方法比直流耐壓試驗(yàn)方法有效，但仍不如工頻試驗(yàn)有效。3、諧振耐壓試驗(yàn)可調(diào)電感型諧振試驗(yàn)系統(tǒng)可以滿足耐壓要求，但由于重量大，可移動(dòng)性差，主要用于試驗(yàn)室。而變頻諧振試驗(yàn)方法不但能滿足高壓交聯(lián)電纜的耐壓要求，而且具有重量輕、可移動(dòng)性好的優(yōu)點(diǎn)，適宜現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。該方法采用固定電抗器作為諧振電抗器，以調(diào)頻的方式實(shí)現(xiàn)諧振，頻率的調(diào)節(jié)范圍為30-300Hz，符合CIGREWG21.09《高壓擠包絕緣電纜竣工試驗(yàn)建議導(dǎo)則》中推薦使用工頻及近似工頻（30～300Hz）的交流電壓。這種交流電壓可以重現(xiàn)與運(yùn)行工況下相同的場(chǎng)強(qiáng)，并已被證明是最有效的方法。3.1串聯(lián)諧振串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)是利用電抗器的電感與被試品電容實(shí)現(xiàn)串聯(lián)諧振，這已經(jīng)成為當(dāng)前高電壓試驗(yàn)的新的方向和潮流，在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用。串聯(lián)諧振有調(diào)感式和調(diào)頻式兩種：調(diào)感式采用可調(diào)節(jié)鐵芯氣隙的電抗器，通過調(diào)節(jié)電感量，使回路處于工頻諧振狀態(tài)。其缺點(diǎn)是噪音大、機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備笨重，搬運(yùn)困難。調(diào)頻式采用固定電感電抗器，通過調(diào)節(jié)激勵(lì)電源的頻率使其與試驗(yàn)回路的固有頻率相同，串聯(lián)回路達(dá)到諧振狀態(tài)，從而在被試品上產(chǎn)生高電壓或大電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)被試品耐壓試驗(yàn)的目的。其特點(diǎn)是試驗(yàn)設(shè)備體積小、重量輕，品質(zhì)因數(shù)高，使用方便。串聯(lián)諧振的等值電路圖L為電感，C為電容（包括被試電容、電容分壓器、高壓試驗(yàn)回路電容）采用串聯(lián)諧振的方法做電纜交流耐壓試驗(yàn)，可大幅度的減小試驗(yàn)電源容量，如做2公里長(zhǎng)的110kV電纜交流耐壓試驗(yàn)，至少需要1500kVA以上容量的試驗(yàn)變壓器和調(diào)壓器，而采用變頻串聯(lián)諧振的方法，僅需要30kVA試驗(yàn)電源。并聯(lián)諧振的等值電路L為電感，C為電容（包括被試電容、電容分壓器、高壓試驗(yàn)回路電容）一般情況下，試驗(yàn)變壓器容量不足（滿足試驗(yàn)電壓，達(dá)不到試驗(yàn)電流），可以采用并聯(lián)諧振加以補(bǔ)償。如圖（2）所示，并聯(lián)回路的兩個(gè)支路感抗XL和容抗XC，當(dāng)XL=XC，回路產(chǎn)生諧振。此時(shí)，IL和IC都很大，但是總回路的電流I≈0，XC上的電壓等于電源電壓。3.3串、并聯(lián)諧振當(dāng)試驗(yàn)變壓器的額定電壓、額定電流均不能滿足試驗(yàn)要求時(shí)，可同時(shí)運(yùn)用串并聯(lián)諧振。3.4交聯(lián)電纜變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)過程 試驗(yàn)裝置由調(diào)頻電源、激勵(lì)變壓器、諧振電抗器和電容分壓器組成。被試品的電容與電抗器構(gòu)成串聯(lián)諧振回路，分壓器并聯(lián)在被試電纜上，用于測(cè)量被試電纜的諧振電壓值，并作為過電壓保護(hù)信號(hào)。調(diào)頻調(diào)壓的功率經(jīng)激勵(lì)變壓器耦合給串聯(lián)諧振回路，提供串聯(lián)諧振的激勵(lì)功率。試驗(yàn)過程原理圖試驗(yàn)工作過程是：首先調(diào)節(jié)調(diào)頻調(diào)壓電源輸出頻率，根據(jù)諧振時(shí)被試電纜上的電壓找到諧振點(diǎn)，再增加調(diào)頻調(diào)壓電源輸出電壓，使被試電纜上的電壓達(dá)到規(guī)定值。在此電壓值下，保持規(guī)定的時(shí)間后，降低電壓到零，完成變頻諧振耐壓試驗(yàn)全過程。試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)按照有關(guān)規(guī)定，省電力公司已經(jīng)取消了現(xiàn)場(chǎng)對(duì)交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜的直流耐壓試驗(yàn)，并相應(yīng)制訂了交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜交接及預(yù)防性試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)。如表1：電纜額定電壓交接試驗(yàn)電壓預(yù)防試驗(yàn)電壓U0/U（kV）倍數(shù)電壓值（kV）倍數(shù)電壓值（kV）1.8/32U03.61.6U033.6/62U07.21.6U066/62U0121.6U0106/102U0121.6U0108.7/102U017.41.6U01412/202U0241.6U01921/352U0421.6U03426/352U0521.6U04264/1101.7U01091.36U087127/2201.4U01781.15U0146實(shí)際運(yùn)用2006年12月27日，對(duì)某供電公司35kV五港變電所#2主變10kV出線電纜做交流諧振耐壓試驗(yàn)，在交流耐壓試驗(yàn)過程中，沒有發(fā)生閃絡(luò)或擊穿現(xiàn)象，電纜安全運(yùn)行至今交流試驗(yàn)?zāi)蛪航Y(jié)果安裝地點(diǎn):#2B10kV出口試驗(yàn)地點(diǎn):現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)日期:2006.12.27電纜型號(hào):YLV1*240mm2規(guī)格:1*240試驗(yàn)性質(zhì):交接溫度:15℃濕度:50%相別ABC一、絕緣電阻測(cè)量（MΩ）耐壓前250002300025000耐壓后240002300025000二、交流耐壓試驗(yàn)頻率（Hz）595959試驗(yàn)電壓（kV）171717勵(lì)磁電壓（V）202019勵(lì)磁電流（A）6.76.56.6試驗(yàn)時(shí)間（分）555試品