電力電纜的耐壓試驗方法探討

1、電力電纜的耐壓試驗方法探討,前言 電力電纜經(jīng)常作為發(fā)電廠、變電所及工礦企業(yè)的動力引入（或引出）線，在城鄉(xiāng)電網(wǎng)中大量使用，在國際和國內(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)電纜在投運前的試驗項目上由于被試設(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方法。近年來國際、國內(nèi)的很多研究機(jī)構(gòu)的研究成果表明直流試驗對交聯(lián)聚乙烯電纜有不同程度的損害。為保障交聯(lián)電纜的安全運行，大

2、唐電力公司對電纜的交接和預(yù)防性試驗做出了新的規(guī)定，即用交流耐壓試驗替代原來的直流耐壓試驗，以避免直流試驗對電纜造成損傷，保證電纜安全可靠運行。,交聯(lián)電纜直流耐壓試驗的缺點 高電壓試驗技術(shù)的一個通用原則：試品上所施加的試驗電壓場強(qiáng)必須模擬高壓電器的運行工況。高電壓試驗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是否對今后的運行帶來危害。這就意味著試驗中的故障機(jī)理應(yīng)與電器運行中的機(jī)理有相同的物理過程。按照此原則，

3、交聯(lián)電纜進(jìn)行直流耐壓試驗的問題主要表現(xiàn)在以下幾個方面：,1、直流電壓下，電場強(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分布是不均勻的，這就可能在直流試驗過程中出現(xiàn)絕緣層有的地方電場很強(qiáng)，有的地方電場卻比較弱的情況，導(dǎo)致局部絕緣擊穿，在運行中引起事故。2、電纜在直流電壓下會產(chǎn)生“記憶”效應(yīng)，存儲積累單極性殘

4、余電荷。一旦有了由于直流耐壓試驗引起的“記憶性”，需要很長時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行，直流電壓便會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，由于空間電荷的效應(yīng)，絕緣中的實際電場強(qiáng)度最高可達(dá)電纜絕緣工作電場強(qiáng)度的十幾倍，所以即使電纜在通過了直流耐壓試驗不發(fā)生擊穿，也會引起絕緣的嚴(yán)重?fù)p傷。4、直流耐壓試驗所施加的

5、直流電壓電場強(qiáng)度分布狀況與運行中的交流電壓電場強(qiáng)度分布狀況不同，直流耐壓試驗并不能模仿運行狀態(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、直流耐壓試驗有一定的積累效應(yīng)，能加速絕緣老化，且試驗時易發(fā)生閃絡(luò)或擊穿。 實踐也表明，直流耐壓試驗不能有效發(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，在直流電壓下往往不能擊穿。直流電

6、壓下絕緣擊穿處往往發(fā)生在交流工作條件下絕緣平時不發(fā)生擊穿的地點。,電纜交流耐壓試驗,既然直流耐壓試驗不能模擬交聯(lián)電纜的運行場強(qiáng)狀態(tài)，不能達(dá)到我們所期望的檢驗效果，自然就應(yīng)該轉(zhuǎn)向用交流耐壓試驗來考核交聯(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的方法可供選擇：,1、超低頻0.1Hz耐壓試驗 因被試交聯(lián)電纜的電容量很大，工頻試驗時所需試驗變壓器的容量也要很大，導(dǎo)致試驗設(shè)備笨重而不適用于現(xiàn)場使用。采用0.1Hz作為

7、試驗電源，理論上可以將試驗變壓器的容量降低到1/500，試驗變壓器的重量可大大降低，可以較容易地移動到現(xiàn)場進(jìn)行試驗。目前，此種方法主要應(yīng)用于中低壓電纜的試驗，由于電壓等級偏低，還不能用于110kV及以上的高壓電纜試驗。2、振蕩電壓試驗 振蕩電壓試驗是用直流電源給電纜充電，然后通過一個放電球隙給一組串聯(lián)電阻和電抗放電，得到一個阻尼振蕩電壓。此種方法比直流耐壓試驗方法有效，但仍不如工頻試驗有效。,3、諧振耐壓試驗

8、 可調(diào)電感型諧振試驗系統(tǒng)可以滿足耐壓要求，但由于重量大，可移動性差，主要用于試驗室。而變頻諧振試驗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、可移動性好的優(yōu)點，適宜現(xiàn)場試驗。該方法采用固定電抗器作為諧振電抗器，以調(diào)頻的方式實現(xiàn)諧振，頻率的調(diào)節(jié)范圍為30-300Hz，符合CIGRE WG21.09《高壓擠包絕緣電纜竣工試驗建議導(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)

9、與運行工況下相同的場強(qiáng)，并已被證明是最有效的方法。,3.1串聯(lián)諧振 串聯(lián)諧振耐壓試驗是利用電抗器的電感與被試品電容實現(xiàn)串聯(lián)諧振，這已經(jīng)成為當(dāng)前高電壓試驗的新的方向和潮流，在國內(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)。其缺點是噪音大、機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備笨重，搬運困難。 調(diào)頻式采用固定電

10、感電抗器，通過調(diào)節(jié)激勵電源的頻率使其與試驗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，實現(xiàn)對被試品耐壓試驗的目的。其特點是試驗設(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、高壓試驗回路電容）,采用串聯(lián)諧振的方法做電纜交流耐壓試驗，可大幅度的減小試驗電源容量，如做2公里長的110kV電纜交流耐壓試驗，至少需要1500kVA以上容量的試

11、驗變壓器和調(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、高壓試驗回路電容）一般情況下，試驗變壓器容量不足（滿足試驗電壓，達(dá)不到試驗電流），可以采用并聯(lián)諧振加以補(bǔ)償。如圖（2）所示，并聯(lián)回路的兩個支路感抗XL和容抗XC，當(dāng)XL=XC，回路產(chǎn)生諧振。此時，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

12、 當(dāng)試驗變壓器的額定電壓、額定電流均不能滿足試驗要求時，可同時運用串并聯(lián)諧振。3.4交聯(lián)電纜變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗過程 試驗裝置由調(diào)頻電源、激勵變壓器、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，用于測量被試電纜的諧振電壓值，并作為過電壓保護(hù)信號。調(diào)頻調(diào)壓的功率經(jīng)激勵變壓器耦合給串聯(lián)諧振回路，提供串聯(lián)諧振的激勵功率。,試驗過程原理圖,試驗工作過程是：

13、首先調(diào)節(jié)調(diào)頻調(diào)壓電源輸出頻率，根據(jù)諧振時被試電纜上的電壓找到諧振點，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)定的時間后，降低電壓到零，完成變頻諧振耐壓試驗全過程。,試驗標(biāo)準(zhǔn),按照有關(guān)規(guī)定，省電力公司已經(jīng)取消了現(xiàn)場對交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜的直流耐壓試驗，并相應(yīng)制訂了交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜交接及預(yù)防性試驗的標(biāo)準(zhǔn)。如表1：,實際運用,2006年12月27日，對某供電公司35kV五港變電所#2主變10