淺述XLPE電力電纜試驗(yàn)方法及其等效性和敏感性

錢(qián) 誠(chéng) 金甲杰 喬向陽(yáng)

（國(guó)網(wǎng)蕪湖供電公司，安徽 蕪湖 241000）

0 前言

隨著電力技術(shù)的發(fā)展，交聯(lián)聚乙烯(XLPF)電力電纜的使用越來(lái)越廣泛。目前，在國(guó)內(nèi)外XLPE電力電纜大多已替代原有的充油紙絕緣的電力電纜，這就使得XLPF電力電纜的絕緣試驗(yàn)尤為重要。

1 電力電纜試驗(yàn)方法

目前電力電纜主要的試驗(yàn)方法有直流電壓試驗(yàn)和交流電壓試驗(yàn)兩類(lèi)。交流電壓試驗(yàn)主要應(yīng)用的有工頻電壓試驗(yàn)、0.1Hz超低頻電壓試驗(yàn)和振蕩波電壓試驗(yàn)；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓得要求，還可采用諧振電壓法。

1.1 直流電壓試驗(yàn)

在直流電壓的作用下，電纜絕緣中的電壓按絕緣電阻分布，當(dāng)電纜絕緣存在發(fā)展性局部缺陷時(shí)，直流電壓將大部分加在與缺陷串聯(lián)的未損壞的部分上，所以直流耐壓試驗(yàn)比交流耐壓試驗(yàn)更容易發(fā)現(xiàn)電纜的局部缺陷。

直流電壓試驗(yàn)對(duì)于紙絕緣電纜和XLPE電纜的有效性不同。紙絕緣電纜在直流電壓下的擊穿強(qiáng)度約為交流電壓下的2倍以上，所以可施加更高的直流電壓對(duì)絕緣介質(zhì)進(jìn)行耐壓強(qiáng)度的考驗(yàn)。在許多情況下，用遙表測(cè)量電纜的絕緣良好，而電纜的絕緣在直流耐壓試驗(yàn)中被擊穿。因此，直流耐壓試驗(yàn)是檢驗(yàn)電纜耐壓強(qiáng)度、發(fā)現(xiàn)紙絕緣介質(zhì)受潮、機(jī)械損傷等局部缺陷的有效手段。

1.2 工頻電壓試驗(yàn)

電纜做交流耐壓試驗(yàn)時(shí)，施加50Hz或接近50Hz的正弦波，試驗(yàn)電壓的波形和運(yùn)行電壓的波形是一致或相近的，不存在試驗(yàn)機(jī)理不同或等價(jià)性問(wèn)題，同時(shí)它對(duì)電纜絕緣缺陷的檢測(cè)也比其他試驗(yàn)方法有效。但是長(zhǎng)距離電纜試驗(yàn)所需的電源容量太大，試驗(yàn)設(shè)備相當(dāng)龐大，搬運(yùn)困難，不適合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。這就限制了工頻耐壓試驗(yàn)的推廣應(yīng)用。為了滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)高電壓大電流的要求，可以改變?cè)囼?yàn)回路中的電感、頻率，使回路處于諧振狀態(tài)，以大幅度減少試驗(yàn)電源的輸入容量，同時(shí)也提高現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的安全性。

1.3 0.1Hz超低頻（VLF）電壓試驗(yàn)

采用超低頻作為試驗(yàn)電源，可以使變壓器的容量大大降低，0.1Hz理論上是工頻容量的1/500，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施起來(lái)比較容易。

0.1Hz超低頻試驗(yàn)根據(jù)電壓波形的不同而有所區(qū)別。0.1Hz超低頻壓波形基本上有3種：正弦波、三角波和余弦方波。過(guò)去曾經(jīng)進(jìn)行過(guò)的0.1Hz超低頻試驗(yàn)主要有耐壓試驗(yàn)、局放試驗(yàn)和介損試驗(yàn)。由于現(xiàn)場(chǎng)干擾的復(fù)雜性和去除干擾的技術(shù)難度等原因，0.1Hz超低頻試驗(yàn)很少包括局放試驗(yàn)，且以耐壓試驗(yàn)最普遍。

0.1Hz超低頻耐壓試驗(yàn)?zāi)軌蛟谳^低的電壓下有效地發(fā)現(xiàn)XLPE絕緣電力電纜受潮和存在水樹(shù)枝的運(yùn)行缺陷。目前已在中低壓電纜試驗(yàn)中推廣應(yīng)用。但是這種方法對(duì)XLPE等擠包電纜主絕緣和附件絕緣缺陷的效果不佳，且試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)電纜絕緣有損傷，可引發(fā)電纜中新的缺陷。

1.4 振蕩波電壓試驗(yàn)

對(duì)電纜進(jìn)行直流充電，達(dá)到一定的電壓后通過(guò)間隙對(duì)電阻電感放電，從而得到一個(gè)阻尼振蕩電壓，用以檢查電纜主絕緣和附件的缺陷。這種方法就是振蕩電壓法。它比直流耐壓試驗(yàn)有效，但仍不如工頻耐壓試驗(yàn)有效。

振蕩波電壓(OSW)是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究較多的一種用于XLPF電力電纜檢測(cè)的電壓。它與交流電壓等效性好，作用時(shí)間短、操作方便、輕便靈活、便于攜帶運(yùn)輸。它能在較低的電壓下發(fā)現(xiàn)XLPE絕緣電纜的制造質(zhì)量缺陷和施工質(zhì)量缺陷。因此應(yīng)用振蕩波電壓進(jìn)行電力電纜竣工或維修后的交接試驗(yàn)是較理想的試驗(yàn)方法，在XLPE電纜局部放電測(cè)試方面也有較好的效果。

2 各種試驗(yàn)方法的等效性和有效性

羅俊華等人通過(guò)對(duì)存在人為絕緣缺陷的XLPF電力電纜試品進(jìn)行工頻電壓、振蕩波電壓和超低頻電壓進(jìn)行平行比對(duì)試驗(yàn)，來(lái)研究這3種試驗(yàn)方法作為早期發(fā)現(xiàn)、判別XLPF電力電纜運(yùn)行事故隱患的有效性和可行性。超低頻法和振蕩波法的試驗(yàn)電路如圖1所示。

應(yīng)用交、直流電壓、0.1Hz VLF及5～8 kHz OSW分別對(duì)運(yùn)行12年、存在大量水樹(shù)的退役電纜試品耐壓以驗(yàn)證其等效性。等效系數(shù)K=Ux/Uac，結(jié)果如表1所示：

表1 不同電壓類(lèi)型在不同缺陷類(lèi)型下的擊穿電壓

圖1 試驗(yàn)電路

由以上結(jié)果可知直流電壓明顯于交流電壓不具有等效性。直流擊穿電壓試驗(yàn)的K值因電纜缺陷類(lèi)型差異而在較大的范圍 (2.6～4.3)內(nèi)變化。這是由于電纜介質(zhì)中缺陷的介電系數(shù)變化梯度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電阻率變化梯度，同一類(lèi)型缺陷介質(zhì)的直流擊穿電壓是工頻擊穿電壓的2倍以上。如果在直流電壓試驗(yàn)時(shí)選取K=2.6，則電纜的切痕缺陷、針尖缺陷或尖端缺陷不易被發(fā)現(xiàn)；如果選取K=4.3，則有可能因很高的直流電場(chǎng)向電纜介質(zhì)中注入或聚集大量的空間電荷而損傷電纜介質(zhì)。因此，直流電場(chǎng)不能有效地發(fā)現(xiàn)電纜介質(zhì)中存在的缺陷。

振蕩波電壓試驗(yàn)的K值分布較為均勻(1.1～1.5)，表明其能夠較全面地發(fā)現(xiàn)電纜介質(zhì)缺陷并與工頻電壓試驗(yàn)的等效性相對(duì)較好。特別是對(duì)切痕缺陷敏感(K=1.1),可作為電纜竣工后的交接試驗(yàn)方法之一。

3各種試驗(yàn)方法對(duì)電纜缺陷的敏感性

羅俊華等人在YJV-8.7/15 3×185電纜上人為制造缺陷以模擬電纜在制造、施工和運(yùn)行中的絕緣缺陷及從運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)取回的己投運(yùn)12年有嚴(yán)重缺陷的YJV22-8.7/15 3×185電纜做為試品。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，介質(zhì)交變電場(chǎng)擊穿電壓受缺陷的影響較大。缺陷電纜試樣的工頻擊穿電壓下降的幅度很大，只有正常電纜擊穿電壓的30%～60%，主要表現(xiàn)出聚合物介質(zhì)電機(jī)械應(yīng)力擊穿。

振蕩波電壓下，金具尖端缺陷和切痕缺陷下的擊穿電壓較低，針尖缺陷的擊穿電壓變化比較大，不夠穩(wěn)定。進(jìn)潮和水樹(shù)枝缺陷下的擊穿電壓最大，說(shuō)明振蕩電壓法對(duì)此類(lèi)缺陷最不敏感，不易發(fā)現(xiàn)缺陷。

4 結(jié)論

直流電壓試驗(yàn)不能有效地發(fā)現(xiàn)XLPE電力電纜中存在的缺陷，其與電纜運(yùn)行時(shí)的工況相差較遠(yuǎn)，因此不適宜作為XLPE電力電纜的試驗(yàn)方法。

工頻電壓試驗(yàn)與電纜實(shí)際運(yùn)行情況最相符合，能夠全面真實(shí)地發(fā)現(xiàn)XLPE電纜缺陷和運(yùn)行故障隱患，可用于電纜竣工試驗(yàn)和預(yù)防性試驗(yàn)。由于其所需電源容量很大，不適宜應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，如何減小工頻電壓發(fā)生器的體積和重量需要進(jìn)一步的研究。

0.1Hz超低頻電壓對(duì)XLPE電纜受潮或存在水樹(shù)枝的缺陷具有敏感性，能在較低電壓下有效地發(fā)現(xiàn)此類(lèi)缺陷，可以作為XLPE電纜預(yù)防性試驗(yàn)方法。同時(shí)，由于其所需電源容量較小，可應(yīng)用于電纜的運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

振蕩波電壓試驗(yàn)和工頻電壓試驗(yàn)的等效性最接近，對(duì)切痕缺陷具有敏感性，可以在較低的電壓下有效地發(fā)現(xiàn)XLPE電纜制造質(zhì)量缺陷和施工質(zhì)量缺陷，可以作為電纜竣工試驗(yàn)方法。

［1］葛景滂,邱昌容,謝恒堃．局部放電測(cè)量[M]．北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1984．

［2］張鵬.XLPE電力電纜耐壓試驗(yàn)的探討[J].電氣開(kāi)關(guān),2007(4).

［3］蘇群,萬(wàn)軍彪.110kV交聯(lián)聚乙烯電纜交流耐壓試驗(yàn)[J].江西電力,2004（1）.

［4］彭潛,陳俊武.XLPE電纜工頻耐壓試驗(yàn)探討[J].高電壓技術(shù),2005,5(31).