淺析橡塑電力電纜耐壓試驗方法

鄭棟才

摘要：本文講述了交聯(lián)電纜直流耐壓試驗的缺點，論述了利用變頻諧振系統(tǒng)對電力電纜進(jìn)行串聯(lián)諧振耐壓試驗的基本原理，并通過采用變頻諧振系統(tǒng)在工程實踐中的應(yīng)用實例論證了變頻諧振方法在交聯(lián)電纜現(xiàn)場交流耐壓中的實用性和可行性。

關(guān)鍵詞;電纜;耐壓;諧振;試驗

Abstract: this paper introduced the crosslinking cable dc pressure test shortcomings, discusses the use of variable frequency resonant system of the power cable network (on the basic principle of pressure test, and through the variable frequency resonant system engineering practice in the application example demonstrates the resonant frequency conversion method in the crosslinking cable site of the feasibility and practicality exchange compression.

Keywords; Cable; Compression; Resonance; test

中圖分類號：TM247文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

前言

多年來由于人們認(rèn)識水平和試驗設(shè)備的原因，交聯(lián)電纜在現(xiàn)場以直流耐壓試驗代替交流耐壓試驗。但是發(fā)現(xiàn)用直流耐壓不能保證安全運行，如多條10kV橡塑電纜，交接時按要求進(jìn)行了直流耐壓試驗，但運行不到半年，或在投運當(dāng)天，在運行電壓下發(fā)生擊穿事件；因此宜用交流耐壓試驗替代原來的直流耐壓試驗，保證電纜安全可靠運行。

1使用直流耐壓試驗的缺點

試驗規(guī)程規(guī)定，橡塑電力電纜耐壓試驗在條件不允許的情況下才允許用直流裝置，但是該套設(shè)備采購昂貴，元件眾多，體積也大，而且接線亦麻煩。面對如此復(fù)雜的試驗為何仍需要選擇交流耐壓試驗代替直流耐壓試驗，因為直流耐壓試驗有如下缺點：

1.1在直流電壓作用下其絕緣層中的電場強度是按絕緣電阻系數(shù)正比例分配的。而交聯(lián)聚乙烯電纜處于交聯(lián)過程中不可避免地溶入一定量的副產(chǎn)品，它們具有相對小的絕緣電阻系數(shù)但在絕緣層徑向分布是不均勻的，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，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。

1.2電纜屬于容性電氣設(shè)備，在直流電壓會存儲積累單極性殘余電荷。一旦對電力電纜施加了直流電壓，即使對電纜已經(jīng)充分放電，但是實際施工仍出現(xiàn)被電擊的可能。電纜如果在直流殘余電荷未充分放干凈之前就投入運行，殘余電荷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。

1.3橡塑電纜的直流耐壓試驗，由于交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的半導(dǎo)體凸出處和污穢點等處容易產(chǎn)生空間電荷，絕緣中的實際電場強度最高可達(dá)電纜絕緣工作電場強度的十幾倍，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。

2橡塑電纜交流耐壓試驗

通過上面的分析我們可以得出直流耐壓試驗對電纜耐壓有不可取性，所以我們推廣串聯(lián)諧振耐壓試驗方法，該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。

2.1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。調(diào)頻式采用固定電感電抗器，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。

圖1為串聯(lián)諧振的等值電路圖

圖1

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）

當(dāng)RLC電路產(chǎn)生諧振時，XL=XC UC=UXL/R=UXC/R

此時的諧振頻率為f=2∏(√LC) /1,在C上將產(chǎn)生很高的電壓 UC=QUe

式中Ue為電源輸入電壓，Q是品質(zhì)因數(shù)。即在被試品上獲得的電壓是電源輸入電壓的Q倍。

串聯(lián)諧振的優(yōu)點：利用額定電壓較低的電源，通過諧振（諧振條件XL=XC）可以在被試品上獲得較高的輸出電壓。此電路形成1個良好的濾波電路，故輸出電壓UC是1個良好的正弦波電壓。當(dāng)試品擊穿失去諧振，高低壓電流自動減小，不會擴大被試品的故障點。

2.2交聯(lián)電纜變頻串聯(lián)諧振耐壓過程

串聯(lián)諧振設(shè)備由5個部件組成，分別是電抗器、勵磁變、變頻控制箱、分壓器、負(fù)載補償電容器。

2.2.1. 電抗器

例：F-DK36/22

額定電壓：22kV額定電流：1.65A工時制：15分鐘

額定電感量: 66.3H工作頻率：32—300Hz 最大負(fù)載373nf

上述的銘牌標(biāo)稱即為此電抗器的極限值，請勿擅自超越。超過極限將可能造成人身及設(shè)備事故。

2.2.2. 勵磁變壓器

輸出接線柱——勵磁變輸出高端，連接至電抗器低壓端。

電流取樣輸出插座——用專配電纜線連接至控制箱的電流取樣輸入插座，用于試品電流測量。

接地接線柱E——勵磁變輸出低端，用專配接地線組接大地。

變頻輸入插座——五心快速卡口聯(lián)接插座，用專配電纜線連接至控制箱的變頻輸出插座。

2.2.3.電容分壓器

高壓端——與被試品高壓端（或電抗器高壓端）相連。

測量輸出插座——采用專配的測量電纜與控制箱電壓測量輸入端連接。

接地端子——采用專配接地線按接線圖指示接地。

2.2.4電抗器的組配

串聯(lián)諧振設(shè)備主要運用于被試品主絕緣耐壓。其中根據(jù)兩種不同形式的試驗，對電抗器的配置要求也不相同。

配置步驟：

a根據(jù)試驗標(biāo)準(zhǔn)選擇試驗電壓，并根據(jù)試驗電壓考慮電抗器的組配。

如：3公里規(guī)格為8.7/15kV 300mm2電纜試驗

10kV電纜交流耐壓試驗電壓為2.5U0=2.5*8.7=21.75kVF-DK36/22電抗器額定電壓為22kV，單臺可以滿足21.75kV。

b.估算或者通過儀器測量被試品的電容量，根據(jù)電容量選擇電抗器組配

例：3公里規(guī)格為8.7/15kV 300mm2電纜

估算電容量3*0.37=1.11μf型號為 F-DK36/22電抗器最大負(fù)載為0.373μf。 3X0.373μf=1.119μf >1.11μf 所以只需選擇3臺電抗器就可滿足要求，理論值是如此，但是實際試驗中建議選擇4臺電抗器，即4X0.373μf=1.492μf。根據(jù)計算得出需要最少3臺電抗器并聯(lián)使用。

c.頻率核算

根據(jù)公式f= 1/2∏(√LC)計算頻率是否超出試驗要求。

例：根據(jù)上兩步配置需要3個電抗器并聯(lián)使用

則L=66.3/3H=22.1HCx=1.11μfCb=250Pf（分壓器電容量與被試品相比極小時可忽略）f=32.13Hz>32Hz

結(jié)論：3公里規(guī)格為8.7/15kV 300mm2電纜試驗可以用3臺型號為F-DK36/22的電抗器并聯(lián)組合進(jìn)行試驗。

3芯電纜電容參數(shù)表（單位：uF）

截面mm2

試驗前應(yīng)先檢查試驗接線是否正確，檢查各設(shè)設(shè)備接地是否可靠，無問題后打開主機電源對變頻器進(jìn)行試驗電壓和試驗時間的設(shè)置，然后選擇自動搜索諧振頻率，也可選擇手動搜索諧振頻率，自動搜索成功后再進(jìn)行調(diào)壓，使電壓達(dá)到預(yù)設(shè)的電壓值，在保持此電壓的情況下開始計時，到達(dá)時間后，將電壓降低至零，查看電纜有無異常，無異常后表明該電纜耐壓通過，完成變頻諧振耐壓試驗。

4現(xiàn)實工程應(yīng)用及推廣

2011年11月14日，110kV東鳳變電站10kV峨嵋線717開關(guān)間隔出線電纜做交流諧振耐壓試驗，長度3132米，在交流耐壓試驗過程中，沒有發(fā)生閃絡(luò)或擊穿現(xiàn)象，電纜安全運行至今。變頻串聯(lián)諧振試驗裝置廣泛用于電力、冶金、石油、化工等行業(yè)，適用于大容量，高電壓的電容性試品的交接和預(yù)防性試驗。例如：6kV-500kV高壓交聯(lián)電纜的交流耐壓試驗，6kV-500kV變壓器的工頻耐壓試驗 ，GIS和SF6開關(guān)的交流耐壓試驗，發(fā)電機的交流耐壓試驗，其它電力高壓設(shè)備如母耐壓試驗代替交流耐壓試驗，如果采用交流耐壓試驗，大部分采用變頻串聯(lián)諧振線、套管、互感器的交流耐壓試驗。

參考文獻(xiàn)1夏門理工學(xué)院陳天翔、王寅仲、海世杰 編 《電氣試驗第2版》 中國電力出版社2廣東省廣電集團(tuán)有限公司深圳供電分公司 江毅、鐘建靈 著 《交聯(lián)電纜技術(shù)要求的新趨勢及交流耐壓試驗的狀況》

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看