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各种电力电缆的耐压试验方法

    现行的电缆线路电气试验方法有多种,不同电压等级、不同类型的电力电缆有不同的试验方法。文中介绍了油浸纸绝缘电缆、塑料绝缘电缆和交联聚乙烯电缆的试验方法。
       现行电缆线路的电气试验大致有:直流耐压和泄漏电流试验、工频耐压试验、绝缘电阻、绝缘油试验、局部放电试验等。目前,电力部门对于不同电压等级和不同类型的电力电缆线路的试验方法和试验内容也不尽相同。
       1.油浸纸绝缘电缆的直流耐压试验
       直流耐压反映电缆绝缘的泄漏和耐压特性。理论分析和实用效果均表明,油浸纸介质电缆、充油电缆或充气电缆的直流、交流耐压特性基本相同。
       对油纸绝缘电力电缆的试验,除制造厂在进行例行试验时采用交流电压外,安装和运行单位对电缆线路进行交接验收和预防性试验或故障修复后试验时,都采用直流耐压,因为直流耐压试验具有下列优点。
       a.最常用的直流试验设备直流高压发生器携带轻便,适合现场使用。对电缆作直流耐压试验时一般以半波整流获得试验电压,并应用多倍压整流技术,故可用体积容量都较小的试验设备(试验变压器和整流设备),获得对较长电缆线路进行直流高压试验的电压。
       b.交流耐压试验有可能在绝缘空隙中产生游离放电,从而导致绝缘的永久性损坏,采用直流耐压试验则避免了这种情况发生。
       c.在进行直流耐压试验时,可以同时测量泄漏电流。根据泄漏电流的数值及其随时间的变化、泄漏电流和试验电压的关系,可以判断电缆的绝缘状况。
        d.对电缆进行直流耐压试验时,按规程规定采用负极性接线,即将导体接负极。这种接法的好处是,如果纸绝缘已经受潮,由于水带正电,在直流电压下,有明显“电渗现象”,会使水分子从表层移向导体(负极),从而使泄漏电流增大,甚至形成贯穿性通道,有利于暴露纸绝缘中已经局部受潮的缺陷。
       e.直流耐压试验加压时间可以较短,如规程规定对6~35kV电缆进行交接和预防性试验时每相加压时间为5min。这是因为直流击穿电压与加压时间关系不大,如有缺陷,一般在直流电压下几分钟内就可以发现,无需长时间加压。
       油纸绝缘电力电缆直流试验的电压标准如表一所示。

 

表一 油纸绝缘电力电缆直流试验的电压标准
额定电压(kV) 交接试验(kV/min) 预防性试验(kV/min)
6 36/5 33/5
10 50/5 47/5
35 140/5 130/5
110 254/15  用1000V绝缘电阻测试仪测护层绝缘电阻值
220 510/15
  注:1.电缆故障维修和改接后试验。6~35kV电缆同预防性试验,110kV~220kV电缆同交接试验。
         2.110kV~220kV电缆外护套交接试验电压为直流10kV,加压1min。

        在进行直流耐压试验时测泄漏电流,实际上和用兆欧表测电缆绝缘电阻的道理是完全相同的。但由于直流耐压试验时施加电压和使用的仪表准确度都高于兆欧表,而且可以在加压过程中观察泄漏电流的变化,所以泄漏电流试验比测量绝缘电阻更能有效地发现绝缘缺陷。
       电缆在直流电压下,流过绝缘内部的电流是电容电流、吸收电流和传导电流的叠加。流过绝缘的泄漏电流随时间而变化,它同电缆绝缘的品质、所含杂质、气泡、水分等含量有关:绝缘完好的电缆,随着加压时间延长,泄漏电流减少,并趋于一个稳定数值;绝缘较差的电缆,泄漏电流很快趋向稳定值,而且稳定后的数值与初始值很接近;绝缘存在严重缺陷时,泄漏电流不随时间延长而下降,反而出现上升趋势,如果延长加压时间或提高直流电压,泄漏电流增加的趋势可能继续发展直到绝 缘击穿。
       为使所测得的泄漏电流反映电缆绝缘的真实状况,应采取措施消除外来因素对泄漏电流的影响。如果测得的泄漏电流数值不稳定,泄漏电流随时间延长而上升,或随试验电压增加而急剧上升,必须查明原因。
       一般把电缆直流耐压试验后和耐压试验前测得的泄漏电流的比值称为吸收比。所谓耐压试验前的泄漏电流是指在直流耐压试验加到规定电压后1min时的泄漏电流I1,耐压试验后的泄漏电流是指耐压持续到4min(对于6~35kV电缆)或14min(对于110~220kV电缆)时的泄漏电流I2。规程规定,电缆泄漏试验的合格标准是,吸收比I2/I1≤1。
       2.交联聚乙烯电缆的耐压试验
       在我国,直流电压目前仍然是交联聚乙烯(XLPE)电缆进行试验的主要电源,在IEC标准中明确规定,额定电压150kV以上的XLPE电缆及其附件安装后的电气试验采用交流电压试验,即施加电力系统相间电压,经1h试验,或施加正常运行电压,经24h试验,不推荐采用直流电压试验。
       我国使用高压(110~220kV)XLPE电缆始于1984年。随着城市电网建设和改造的发展,从1985年以后,广州、上海、北京等大城市相继从国外进口高压XLPE电缆及其附件。正是从这时候开始,一些国家对高压XLPE电缆采用直流耐压试验的结果和电缆运行情况进行了研究分析,得出了一个共同的结论,即高压XLPE电缆不宜采用直流耐压试验,认为XLPE电缆在进行直流耐压试验时,主要存在以下几方面的问题。
       a.XLPE电缆绝缘层在直流和交流电压下,内部电场分布情况完全不同。在直流电压下,电场按绝缘电阻系数呈正比例分配,而XLPE绝缘材料存在电阻系数不均匀性,导致在直流电压下电场分布的不均匀性。交流电压下,电场按介电系数呈反比例分配,XLPE为整体绝缘结构,其介电系数为2.1~2.3,且一般不受温度变化的影响。因此,在交流电压下,XLPE绝缘内部电场分布是比较稳定的。这样,往往造成在交流工作电压下有缺陷的部位在直流试验时不被击穿,反过来,在直流试验时被击穿的部位,在交流工作电压下却不会产生问题。
       b.XLPE绝缘内部如果有了水树枝,在交流工作电压下,水树枝的发展是很缓慢的,而在直流耐压试验时会加速水树枝的发展,甚至转变为电树枝,即直流试验会导致XLPE绝缘产生积累效应,加速绝缘老化,缩短使用寿命。
       c.直流耐压试验过程中,在XLPE电缆及其附件绝缘内会形成空间电荷,空间电荷的不断形成可导致电缆在交流工作电压下击穿,或在附件界面因积累电荷而沿界面滑闪。
       综上所述,直流试验电压不能有效发现XLPE电缆的绝缘缺陷,而且,直流试验电压可能造成XLPE电缆绝缘的损伤,以至在试验后重新投入运行时,在交流工作电压下提前发生绝缘击穿事故。因此,对于XLPE电缆有必要采用除直流试验之外的其它试验方法。
       2.1超低频电压试验
       超低频交流耐压试验装置的输出频率一般为0.01~0.1HZ,输出波形为正弦波或余弦波,故超低频试验也是一种交流耐压试验。采用超低频试验的目的是为了满足在交流电压条件下,尽可能减小试验设备的体积和重量。
       直流试验不能有效检验出XLPE电缆线路的缺陷,注入的空间电荷又会影响其绝缘性能,而采用交流电压试验,需要高电压大容量的试验设备,因此,可以选用超低频电压试验。从50HZ改到0.1 HZ,理论上可以把试验设备容量降低到1/500。这样,0.1HZ的试验设备就可以与直流试验设备一样做到容量小、自重轻,适合现场使用。
       对于XLPE电力电缆,不宜采用直流电压进行现场耐压试验,而应采用0.1HZ超低频电压试验。0.1HZ超低频电压试验的项目主要包括耐压试验和介损测量。目前国际上开发的0.1HZ试验设备,电压均低于100kV,只适用于中压(6~35kV)XLPE电缆线路。一般推荐的试验标准是3U0/1h。
       2.2交流变频串联谐振试验
       工频耐压试验最能反映电缆绝缘的实际情况,这是因为:电缆是在工频下运行的,其试验电压和频率在工频下最为合理,可完全模拟运行情况;从理论上讲,工频耐压试验不但能反映电缆的泄漏特性,而且能完全反映电缆的耐压特性,还能反映电缆局部电介质损耗引起的局部耐压特性。
       对XLPE电缆进行工频交流耐压试验,最大的困难是要有很大容量的试验设备。电压越高,线路越长,试验设备容量越大。为了适应在现场进行XLPE电缆交流耐压试验的需要,关键在于要尽量减小试验设备的容量。应用串联谐振技术,是减小试验设备容量的一项有效措施。试验证明,变频串联谐振装置能够以较低电压、较小容量的电源设备,使电缆绝缘承受较高的试验电压。
       目前,从国外引进的变频串联谐振试验成套设备,包括一台固定电感为10~100H的电抗器,它装在一辆20t的平板车上,另外用一辆集装箱货车,安装调频器、变压器和计算机控制系统等设备。成套装置变频范围为30~300HZ,输出电压可达250kV,电流75A,能适用于220kV XLPE电缆的交流耐压试验。
       3.塑料电缆的局放试验
       橡塑电缆的绝缘中存在气隙、潮水等,在额定直流电压下,一般只存在极短的局部放电过程或不发生局部放电。在额定交流电压下,可能产生局部放电,也可能不产局部放电。若发生局部放电,其放电过程比较短,在一定的时间内其局部放电过程不至于使电缆的绝缘击穿,但其危害性很大。故只对电缆的特定部位进行局部放电测量,如电缆的怀疑部位、中间接头、终端头等。
       4.结论
       a.对于橡塑电缆,直流耐压试验只能发现电缆绝缘已明显劣化或击穿的情况,因对电缆有“破坏”作用,故仅在迫不得已时使用,且仅作参考。
       b.超低频试验装置由操作控制和高压电源组成,现场操作轻巧方便,对电缆没有“破坏”作用,完全可作为橡塑电缆的一种试验方法,目前技术限制使其主要用于小于等于35kV的电缆试验。
       c.变频谐振试验装置由变频电源、激励变压器、谐振电抗器、分压器组成,小于等于35kV的电缆采用本方法现场操作较麻烦,大于等于66kV的电缆可将本方法作为一种现场试验方法。
       d.对大于等于110kV的电缆,振荡电压法体积小,现场操作方便,但能否有超低频和变频谐振试验的效果,尚待验证。
       e.局部放电试验只能检测电缆的特殊部位(中间接头、终端头等),对大于等于110kV的电缆,现场进行此试验很有必要。
       f.介损测量法,因其本身局限性,在现场使用几乎无意义。

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