電力電纜交流耐壓試驗(yàn)探討

宋貝++白潔++張維軍++豆河偉++張濤

摘 要：該文介紹了串聯(lián)諧振在橡塑電纜交流耐壓試驗(yàn)實(shí)際應(yīng)用中的工作原理、電容電抗配置方式、現(xiàn)場(chǎng)接線方法和計(jì)算過程，利用現(xiàn)場(chǎng)案例講解了串聯(lián)諧振在實(shí)際應(yīng)用中的顯著效果，從而充分證明了串聯(lián)諧振能夠有效地發(fā)現(xiàn)橡塑電纜進(jìn)行直流耐壓所不能發(fā)現(xiàn)的缺陷，它是一種有效的交流耐壓試驗(yàn)方法，并具有良好安全、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：電力電纜 串聯(lián)諧振 交流耐壓 試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TM247 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）12（c）-0073-02

1 背景

很多年來，由于認(rèn)識(shí)不足和試驗(yàn)設(shè)備的原因，橡塑電力電纜在現(xiàn)場(chǎng)以直流耐壓代替交流耐壓試驗(yàn)，但經(jīng)過多年的實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)橡塑電纜進(jìn)行直流耐壓存在嚴(yán)重缺陷，該文提出了應(yīng)用串聯(lián)諧振試驗(yàn)方法，方便了試驗(yàn)操作，提高了試驗(yàn)工作效率。

1.1 內(nèi)部因素

根據(jù)該單位近5年來橡塑電力電纜試驗(yàn)工作量的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：多條10 kV和35 kV的橡塑電力電纜在進(jìn)行交接直流耐壓試驗(yàn)合格后，經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行后仍發(fā)生多起故障，有的甚至在投運(yùn)期間就發(fā)生擊穿事故，現(xiàn)今試驗(yàn)技術(shù)人員逐漸認(rèn)識(shí)到直流耐壓僅能反映出對(duì)漏導(dǎo)損耗產(chǎn)生的缺陷，不能反映出極化和局部放電兩種絕緣介質(zhì)損耗缺陷，特別是固體絕緣中的氣隙等所引起的局放損耗缺陷。針對(duì)上述情況決定采用新型串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置來解決上述問題。

1.2 外部因素

目前，隨著國家電網(wǎng)的日益發(fā)展，被試設(shè)備的電壓等級(jí)越來越高，容量越來越大。早先的交流升壓變壓器由于設(shè)備體積大，設(shè)備重量重，不能滿足現(xiàn)代試驗(yàn)中的體積小、重量輕、操作簡(jiǎn)單、兼容性強(qiáng)的特點(diǎn)。所以，串聯(lián)諧振這種技術(shù)得以迅速推廣與應(yīng)用。

2 創(chuàng)新點(diǎn)

2.1 工作原理及方案

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，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，實(shí)現(xiàn)對(duì)被試品耐壓試驗(yàn)的目的。

2.2 工作方案

串聯(lián)諧振設(shè)備主要由5個(gè)部件組成，分別是變頻控制箱（調(diào)頻諧振頻率一般在30～300 Hz）、諧振電抗器、勵(lì)磁變、電容分壓器、負(fù)載補(bǔ)償電容器（用于非電容被試品）及其附件。通過自動(dòng)或者手動(dòng)調(diào)節(jié)變頻控制箱的頻率使其與被試品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，實(shí)現(xiàn)對(duì)被試品耐壓試驗(yàn)的目的。此試驗(yàn)裝置符合規(guī)范要求，對(duì)電力電纜進(jìn)行工頻交流耐壓試驗(yàn)是鑒定橡塑電纜絕緣好壞最有效的辦法。

2.3 攻克的技術(shù)難點(diǎn)

（1）利用諧振原理，使得耐壓設(shè)備體積小、重量輕、運(yùn)輸方便、操作簡(jiǎn)單、兼容性強(qiáng)。（2）采用串聯(lián)諧振可以有效地發(fā)現(xiàn)橡塑電纜的缺陷，并且對(duì)電纜的損傷比較小，達(dá)到理想的試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。（3）利用串聯(lián)諧振產(chǎn)生的電壓及波形與設(shè)備運(yùn)行電壓情況相似，可以很好地檢測(cè)出設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況和存在的缺陷。

3 實(shí)施方案

確定了串聯(lián)諧振的技術(shù)方案后，制定科學(xué)、合理的工作流程。

3.1 串聯(lián)諧振回路各參數(shù)的計(jì)算

當(dāng)RLC電路產(chǎn)生諧振時(shí)，XL=XC，UC=IsXC=UsXC/ ，諧振回路電流：Is=Us/=Us/R，式中US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。輸入功率P=UsIscosδ諧振時(shí)，電路為純電阻性的，即cosδ=1，故P=UsIs。

加在被試品上的容量PS是施加的電壓UC和電流I的乘積：PS=UCIs=QUsIs=QP。也就是在被試品得到的容量為試驗(yàn)電源容量的Q倍。實(shí)際試驗(yàn)回路中的Q值一般可以達(dá)到20～70，激勵(lì)電壓僅為試驗(yàn)品諧振電壓的1/Q，激勵(lì)功率亦為諧振功率的1/Q。

3.2 電抗器的組配

（1）串聯(lián)諧振設(shè)備主要運(yùn)用于被試品主絕緣耐壓。其中根據(jù)被試品不同，對(duì)電抗器的配置要求也不相同。根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)選擇試驗(yàn)電壓，并根據(jù)試驗(yàn)電壓考慮電抗器的組配。

（2）估算或者通過儀器測(cè)量被試品的電容量，根據(jù)電容量選擇電抗器組配。

3.3 耐壓試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)接線方式的選擇

在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)不同的電纜型號(hào)及距離采用不同的接線方式：如果試驗(yàn)電壓，試驗(yàn)電流可以達(dá)到被試品要求，可以采用電抗器串聯(lián)串聯(lián)方式，如果試驗(yàn)電壓可以達(dá)到被試品要求但試驗(yàn)電流不符合要求，那么在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)將中須采用電抗器并聯(lián)方式。

3.4 耐壓試驗(yàn)裝置的現(xiàn)場(chǎng)布置方式

根據(jù)電抗器的放置方式不同，耐壓試驗(yàn)裝置可以分為豎直式布置和平鋪式布置。

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)注意的事項(xiàng)

（1）電抗器放置必須與周圍物件保持一定安全距離。（2）電抗器放置過程中嚴(yán)禁放置在鐵板上，因?yàn)榉胖迷阼F板上將產(chǎn)生渦流，影響諧振試驗(yàn)。（3）電抗器串聯(lián)平鋪放置式使用時(shí)，第1節(jié)電抗器可直接放置在地上（輸入電壓低通常才幾千伏，并且隨設(shè)備配置了可拖地的高壓引線不存在高壓危險(xiǎn)），第2節(jié)電抗器必須在底部放置轉(zhuǎn)配絕緣筒。

5 耐壓試驗(yàn)裝置現(xiàn)場(chǎng)使用效果

110 kV閆莊則變電站10 kV 2號(hào)接地變電纜試驗(yàn)工作，此設(shè)備為2007年投運(yùn)，交接試驗(yàn)中采用直流耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后，運(yùn)行一段時(shí)間后停運(yùn)。根據(jù)負(fù)荷情況需再次投運(yùn)，便進(jìn)行此電纜的臨檢。進(jìn)行耐壓試驗(yàn)時(shí)，A相、B相交流耐壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)均通過，C相電纜耐壓試驗(yàn)升壓至21.4 kV 4 min時(shí)，在接地變電纜終端頭側(cè)聽到明顯的放電聲音，串聯(lián)諧振失壓。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)C相電纜終端頭絕緣已經(jīng)被擊穿，將電纜頭剝開后檢查發(fā)現(xiàn)電纜終端頭制作過程中由于在剝離半導(dǎo)體層時(shí)，刀的深度控制不好，劃傷電纜主絕緣層。

6 成果取得效益

（1）經(jīng)濟(jì)效益：采用此方法，能有效地發(fā)現(xiàn)設(shè)備的缺陷，避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

（2）社會(huì)效益：采用新方法耐壓試驗(yàn)后2年時(shí)間內(nèi)，未發(fā)生一起由于電纜本身質(zhì)量或者電纜終端頭制作工藝不合格引起的事故。保證了公司供電可靠性，減少了售電量的損失，有效地提高了公司服務(wù)質(zhì)量和服務(wù)水平。

7 成果展望

7.1 目前成果推廣應(yīng)用及轉(zhuǎn)化情況

目前該試驗(yàn)裝置已經(jīng)在公司橡塑電力中得到了廣泛應(yīng)用。在此期間，發(fā)現(xiàn)了電力電纜的多起缺陷，有效地彌補(bǔ)了直流耐壓的不足，實(shí)踐中已經(jīng)取得了良好的安全效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。同時(shí)應(yīng)仍將不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，逐漸改進(jìn)，加強(qiáng)對(duì)新設(shè)備、新試驗(yàn)方法應(yīng)用、為電網(wǎng)和設(shè)備的安全運(yùn)行提供保證。

7.2 課題應(yīng)用前景展望

（1）課題延伸：在此試驗(yàn)設(shè)備的基礎(chǔ)上與廠家溝通，爭(zhēng)取更進(jìn)一步的提高設(shè)備性能，向電力市場(chǎng)推廣。（2）效率發(fā)揮：邀請(qǐng)經(jīng)驗(yàn)豐富的技師、技術(shù)能手進(jìn)行培訓(xùn)，提升了設(shè)備的使用效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 賴榮先.變頻串聯(lián)諧振裝置在交流耐壓試驗(yàn)中的應(yīng)用[D].華南理工大學(xué)，2011.

[2] 汪國林.橡塑電力電纜交流耐壓試驗(yàn)[J].鐵道技術(shù)監(jiān)督，2009，37（8）：11-14.

[3] 曾振星.電力電纜交流耐壓試驗(yàn)研究[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2013.