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電力電纜如何做交流耐壓試驗
發布時間:2017-01-04
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1、  問題的提出

       目前在國際和國內已有越來越多的XLPE交聯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。但在交聯電纜投運前的試驗手段上由于被試容量大和試驗設備的原因,很長時間以來,仍沿襲使用直流耐壓的試驗方法。近年來國際、國內的很多研究機構的研究成果表明直流試驗對XLPE交聯聚乙烯電纜有不同程度的損害。有的研究觀點認為XLPE結構具有存儲積累單極性殘余電荷的能力,當在直流試驗后,如不能有效的釋放掉直流殘余電荷,投運后在直流殘余電荷加上交流電壓峰值將可能致使電纜發生擊穿。國內一些研究機構認為,交聯聚乙烯電纜的直流耐壓試驗中,由于空間電荷效應,絕緣中的實際電場強度可比電纜絕緣的工作電場強度高達11倍。交聯聚乙烯絕緣電纜即使通過了直流試驗不發生擊穿,也會引起絕緣的嚴重損傷。其次,由于施加的直流電壓場強分布與運行的交流電壓場強分布不同。直流試驗也不能真實模擬運行狀態下電纜承受的過電壓,并有效的發現電纜及電纜接頭本身和施工工藝上的缺陷。因此,使用非直流的方法對交聯電纜進行耐壓試驗就越來越受到人們的重視。目前,在中低壓電纜上國外已使用超低頻電源(VLF)進行耐壓試驗。但由于此類VLF的電壓等級偏低,尚不能用于110kV及以上的高壓電纜試驗。在國內,對于低壓電纜,這種方法也使用過,但由于試驗設備的原因,沒能得到大面積的推廣。而近些年由于城、農網建設改造的進行, XLPE交聯電纜越來越多,僅僅靠直流耐壓試驗后就將電纜投入運行,而在運行電壓下發生電纜或電纜頭擊穿的事例也時有發生。所以,大家都在探索新的試驗方法。

2、  試驗頻率

       由于電纜的電容量較大,采用傳統的工頻試驗變壓器很笨重,龐大,且大電流的工作電源在現場不易取得。因此一般都采用串聯諧振交流耐壓試驗'>交流耐壓試驗設備。其輸入電源的容量能顯著降低,重量減輕,便于使用和運輸。初期多采用調感式串聯諧振設備(50Hz),但存在自動化程度差、噪音大等缺點。因此現在大都采用調頻式(30-300Hz)串聯諧振試驗設備,可以得到更高的品質數(Q值),并具有自動調諧、多重保護,以及低噪音、靈活的組合方式(單件重量大為下降)等優點。綜合國內外有關技術資料,選擇合適的試驗頻率范圍是個比較重要的問題。在這方面,有一些不同的觀點和提法。就目前的國內外的提法來看,我們總結可分成3類:第1類為較寬頻率范圍30-300Hz、20-300Hz、1-300Hz;第2類為工頻范圍,45-65Hz,45-55Hz;第3類為接近工頻,35-75Hz。

      (1)第1類較寬頻率范圍

       國際大電網會議第21、09工作組發布的《試驗導則》,建議頻率范圍為30-300Hz。但實際上更低一些頻率也具有較好地等效性。IEC60840和IEC62067標準草案(2001年和2000年)就規定可采用20-300Hz。

       國外有些廠家設計串聯諧用電抗器,在特殊情況下也有采用最低頻率為25Hz或20Hz的。當然頻率愈低,被試電纜的長度(電容量)可增大。但是電抗器鐵心因此放大,使重量增加。個別資料顯示, 1-300Hz的交流試驗也具有與工頻交流試驗的等效性,這說明實際應用中頻率下限有可能取得更低,例如小于20Hz甚至到0.1Hz也是可行的。進一步表明在這樣的頻率范圍內,絕緣內部各介質的電壓分布及介質特性仍基本相同。

       工作頻率超過300Hz是否適當?有資料報導說,隨頻率增高,串諧電抗器及勵磁變壓器的損耗降低,但是要考慮被試品電容介質的極化發熱問題,因此頻率高于300Hz是不可取的。

      (2)第2類為工頻范圍

       國際上工業頻率主要指50Hz和60Hz兩種,故IEC標準規定對高壓絕緣的工業試驗頻率范圍為45-65Hz,在我國額定工頻為50Hz。GB/T16927.1-1997規定工頻試驗頻率范圍為45-55Hz。

認為工頻電力電纜的試驗電壓也必須是工頻,這是趨于比較保守的觀點。針對此問題應該著重說明交接和預防性試驗的目的在于發現絕緣缺陷的能力來定的。在不同的頻率下只要絕緣內部介質電壓分布相同,又有基本相同的檢出絕緣故障的能力,就能達到試驗的目的。因此即使選用比工頻范圍更寬的頻率也是可以接受的。在90年代中期為了選擇適當的交流耐壓試驗'>交流耐壓試驗的頻率范圍,做了大量、仔細的基礎研究工作。得出頻率在30-300Hz范圍內,橡塑電纜內部幾種典型絕緣缺陷的擊穿特性沒有明顯差別。這應該是可信的,也得到普遍采用。分析形成這種在不同頻率下良好的擊穿特性,主要原因是優良的同軸絕緣結構,單一的絕緣介質,材質相對純潔、電場分布合理、規則。因此,在不同頻率下結構內部電壓分布相同,形成寬頻率范圍試驗的條件。油紙絕緣電纜一直采用頻率等于零的直流電壓進行耐壓試驗,其實際效果很好,數十年來未受到置疑。

      (3)第3類為接近工頻頻率,35-75Hz

       國外曾對正常XLPE(交聯聚乙烯)絕緣電纜樣品,在不同頻率下進行擊穿試驗。結果表明在頻率為35-75Hz時擊穿電壓均落在可置信度95%之內。因此有觀點贊成試驗電壓頻率最好選在35-75Hz,也較為靠近運行電壓頻率50Hz。值得注意的是,上述測試結果是對正常絕緣做的擊穿試驗。而交接和預防性試驗所采用的試驗電壓值是偏低的,它只能擊穿有缺陷的絕緣弱點(機械損傷、水樹枝、終端頭或接頭盒應力鐵錐施工或用料錯誤,等等),完全不足以擊穿電纜本體的正常絕緣??梢妰煞N試驗的目的和工作機理均不相同。似乎沒有必要將正常絕緣35-75Hz的擊穿特性“延伸”應用到檢測絕緣缺陷方面。

3、  標準問題

       由于設備容量和體積等問題,目前國家尚無高壓電力電纜敷設后在現場進行交流耐壓試驗'>交流耐壓試驗的相應標準。但對直流耐壓試驗的標準,由于前面所述原因人們也產生了一些疑問。CIGRI國際大電網工作會議21工作組的《高壓擠包絕緣電纜竣工驗收試驗建議導則》中對目前采用的直流耐壓試驗方法提出疑議,并推薦使用工頻及近似工頻(30-300Hz)的交流試驗方法。IEC 60840標準中在45-150kV敷設后電纜試驗標準中除原直流試驗標準外,增加了1.7U0 5分鐘或1U0 24小時的交流試驗標準。而在220kV等級中IEC 62067/CD草案中則取消了電纜敷設后試驗中直流試驗的標準,只有交流試驗的要求,即 20-300Hz 1.4U0 60分鐘。為了更有效的對施工后的交聯電纜進行交接試驗,華北電力集團公司在《電力設備交接和預防性試驗規程》修訂內容中在電纜主絕緣耐壓試驗一項中增加了電纜的交流耐壓試驗'>交流耐壓試驗標準。之后,國內很多地方也相應的出臺了地方性試驗標準,其試驗頻率大多都在30-300Hz,中低壓電纜試驗電壓為1.6-2.0倍的相電壓,高壓電纜試驗電壓一般都在1.4-1.7倍的相電壓,具體根據各個地方略有不同,貴州電線電纜推薦中低壓電纜試驗頻率為45-65 Hz,高壓電纜試驗頻率為35-75 Hz。

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