高壓交聯(lián)電纜現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓試驗(yàn)

        1．前言  油紙絕緣用于中壓、高壓電纜已有50多年，由于這些電纜有很大的電容量，現(xiàn)場(chǎng)一直不做工頻交流試驗(yàn)。而且油紙絕緣電纜的絕緣電阻遠(yuǎn)低于橡塑電纜，DC電壓試驗(yàn)用來(lái)判斷紙絕緣電纜的好壞已有幾十年的經(jīng)驗(yàn)，實(shí)踐證明效果不錯(cuò)，可獲得其缺陷危害性的可靠信息。因此，直流耐壓試驗(yàn)作為油紙絕緣電纜的現(xiàn)場(chǎng)竣工驗(yàn)收試驗(yàn)和定期的預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目，對(duì)檢出絕緣缺陷和保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行發(fā)揮了很好的作用。
         隨著電力技術(shù)的發(fā)展，交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電力電纜的使用越來(lái)越廣泛。近年來(lái)隨著城網(wǎng)改造工程的實(shí)施，高壓交聯(lián)電纜特別是110kV XLPE電纜在各地市*開(kāi)始大量使用。按照IEC840或CIGRE WG21.03建議規(guī)程，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的目的不是為了檢驗(yàn)電纜的制造質(zhì)量或電纜附件的制造質(zhì)量的好壞，其制造質(zhì)量已在型式試驗(yàn)和出廠試驗(yàn)中證實(shí)?，F(xiàn)場(chǎng)竣工驗(yàn)收試驗(yàn)的目的是檢查電纜的敷設(shè)及附件的安裝是否正確。電纜在運(yùn)輸、搬運(yùn)、存放、敷設(shè)和回填的過(guò)程中，有可能受到意外損害。檢查的方法是按照IEC229，對(duì)于外護(hù)套厚度大于等于2.5mm的電纜，在電纜屏蔽與地之間施加10kV的直流，耐壓1分鐘。對(duì)于電纜主絕緣的耐壓試驗(yàn)IEC推薦了兩種方法：
        直流耐壓：3U0 15分鐘；交流耐壓： U0 5分鐘 或1 U0 24小時(shí)。
        傳統(tǒng)的直流耐壓具有試驗(yàn)設(shè)備重量輕，可移動(dòng)性好，容量低等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于油紙絕緣電纜應(yīng)用效果很好，但對(duì)于XLPE交流電纜，無(wú)論從理論上還是實(shí)踐上都證明了不宜采用直流耐壓的方法。
        2．XLPE電纜直流耐壓試驗(yàn)存在的問(wèn)題
        高壓試驗(yàn)技術(shù)的一個(gè)通用原則：試品上所施加的試驗(yàn)電壓場(chǎng)強(qiáng)必須模擬高壓電器的運(yùn)行工況。高壓試驗(yàn)得出的通過(guò)或不通過(guò)的結(jié)論要代表高壓電器中的薄弱點(diǎn)是否對(duì)今后的運(yùn)行帶來(lái)危害。這就意味著試驗(yàn)中的故障機(jī)理應(yīng)與電器運(yùn)行中的機(jī)理有相同的物理過(guò)程。按照此原則，XLPE電纜進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)的問(wèn)題主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
        2．1  直流電壓下，電纜絕緣的電場(chǎng)分布取決于材料的體積電阻率，而交流電壓下的電場(chǎng)分布取決于各介質(zhì)的介電常數(shù)，特別是在電纜終端頭、接頭盒等電纜附件中的直流電場(chǎng)強(qiáng)度的分布和交流電場(chǎng)強(qiáng)度的分布*不同，而且直流電壓下絕緣老化的機(jī)理和交流電壓下的老化機(jī)理不相同。因此，直流耐壓試驗(yàn)不能模擬XLPE電纜的運(yùn)行工況。
        2．2  XLPE電纜在直流電壓下會(huì)產(chǎn)生“記憶”效應(yīng)，存儲(chǔ)積累單極性殘余電荷。一旦有了由于直流耐壓試驗(yàn)引起的“記憶性”，需要很長(zhǎng)時(shí)間才能將這種直流偏壓釋放。電纜如果在直流殘余電荷未*釋放之前投入運(yùn)行，直流偏壓便會(huì)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(guò)其額定電壓，從而有可能導(dǎo)致電纜絕緣擊穿。
        2．3  直流耐壓試驗(yàn)時(shí)，會(huì)有電子注入到聚合物介質(zhì)內(nèi)部，形成空間電荷，使該處的電場(chǎng)強(qiáng)度降低，從而難于發(fā)生擊穿。XLPE電纜的半導(dǎo)體凸出處和污穢點(diǎn)等處容易產(chǎn)生空間電荷。但如果在試驗(yàn)時(shí)電纜終端頭發(fā)生表面閃絡(luò)或電纜附件擊穿，會(huì)造成電纜芯線上產(chǎn)生波振蕩，在已積聚空間電荷的地點(diǎn)，由于振蕩電壓極性迅速改變?yōu)楫悩O性，使該處電場(chǎng)強(qiáng)度顯著增大，可能損壞絕緣，造成多點(diǎn)擊穿。
        2．4  XLPE電纜致命的一個(gè)弱點(diǎn)是絕緣內(nèi)易產(chǎn)生水樹(shù)枝，一旦產(chǎn)生水樹(shù)枝，在直流電壓下會(huì)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)殡姌?shù)枝，并形成放電，加速了絕緣劣化，以致于運(yùn)行后在工頻電壓作用下形成擊穿。而單純的水樹(shù)枝在交流工作電壓下還能保持相當(dāng)?shù)哪蛪褐?，并能保持一段時(shí)間。
        2．5  實(shí)踐也表明，直流耐壓試驗(yàn)不能有效發(fā)現(xiàn)交流電壓作用下的某些缺陷，如在電纜附件內(nèi)，絕緣若有機(jī)械損傷或應(yīng)力錐放錯(cuò)等缺陷。在交流電壓下絕緣易發(fā)生擊穿的地點(diǎn)，在直流電壓下往往不能擊穿。直流電壓下絕緣擊穿處往往發(fā)生在交流工作條件下絕緣平時(shí)不發(fā)生擊穿的地點(diǎn)。
        3．交流耐壓試驗(yàn)方法的選擇
 既然直流耐壓試驗(yàn)不能模擬XLPE電纜的運(yùn)行場(chǎng)強(qiáng)狀態(tài)，不能達(dá)到我們所期望的檢驗(yàn)效果，自然就應(yīng)該轉(zhuǎn)向用交流耐壓試驗(yàn)來(lái)考核交聯(lián)電纜的敷設(shè)和附件的安裝質(zhì)量。有以下幾種交流試驗(yàn)的方法可供選擇：
        3．1超低頻0.1Hz耐壓試驗(yàn)
        因被試XLPE電纜的電容量很大，工頻試驗(yàn)時(shí)所需試驗(yàn)變壓器的容量也要很大，導(dǎo)致試驗(yàn)設(shè)備笨重而不適用于現(xiàn)場(chǎng)使用。采用0.1Hz作為試驗(yàn)電源，理論上可以將試驗(yàn)變壓器的容量降低到1/500，試驗(yàn)變壓器的重量可大大降低，可以較容易地移動(dòng)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)。目前，此種方法主要應(yīng)用于中低壓電纜的試驗(yàn)，由于電壓等級(jí)偏低，還不能用于110kV及以上的高壓電纜試驗(yàn)。
        3．2振蕩電壓試驗(yàn)
        振蕩電壓試驗(yàn)是用直流電源給電纜充電，然后通過(guò)一個(gè)放電球隙給一組串聯(lián)電阻和電抗放電，得到一個(gè)阻尼振蕩電壓。此種方法比直流耐壓試驗(yàn)方法有效，但仍不如工頻試驗(yàn)有效（1）。
        3．3諧振耐壓試驗(yàn)
        可調(diào)電感型諧振試驗(yàn)系統(tǒng)可以滿足耐壓要求，但由于重量大，可移動(dòng)性差，主要用于試驗(yàn)室。變頻諧振試驗(yàn)系統(tǒng)不但能滿足高壓XLPE電纜的耐壓要求，而且具有重量輕、可移動(dòng)性好的優(yōu)點(diǎn)，適宜現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。該裝置采用固定電抗器作為諧振電抗器，以調(diào)頻的方式實(shí)現(xiàn)諧振，頻率的調(diào)節(jié)范圍為30-300Hz，符合CIGRE WG21.09《高壓擠包絕緣電纜竣工試驗(yàn)建議導(dǎo)則》中推薦使用工頻及近似工頻（30～300Hz）的交流電壓。這種交流電壓可以重現(xiàn)與運(yùn)行工況下相同的場(chǎng)強(qiáng)，并已被證明是有效的方法。
        4．結(jié)束語(yǔ)
        4．1直流耐壓試驗(yàn)不能模擬高壓交聯(lián)電纜的運(yùn)行工況，試驗(yàn)效果差，并且有一定的危害性，在現(xiàn)場(chǎng)竣工驗(yàn)收試驗(yàn)時(shí)，不宜再采用直流耐壓的方法。
        4．2交流耐壓試驗(yàn)是現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)交聯(lián)電纜的敷設(shè)和附件安裝質(zhì)量有效的手段。我們所用的變頻諧振裝置符合IEC和國(guó)標(biāo)的有關(guān)要求，通過(guò)電抗器串并聯(lián)的方式可以滿足110kV和220kV高壓交聯(lián)電纜現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓的要求。