淺析高壓電纜試驗方式選擇直流高壓發生器
摘要：本文分析了直流耐壓試驗對交聯聚乙烯電纜存在的缺點和問題，通過比較選擇變頻諧振裝置進行現場交流耐壓試驗;
關鍵詞：高壓電纜，直流耐壓試驗，直流高壓發生器，直流發生器，交流耐壓試驗
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前言： 信息來源:http://www.365zhanlan.com
電力電纜常用作發電廠、變電所以及工礦企業的動力線，當需跨越江河、鐵路等時也常用。電力電纜用作城市輸配電線路以及工礦企業內部的主干線路可少占地，美化環境。電力建設的發展直接帶動了國家的發展，在電力建設中電力電纜扮演著舉足輕重的角色，它以其受外界氣候影響小，隱蔽、耐用，絕緣性能高，防水防酸性能好，抗拉、抗壓性強而備受電力用戶喜愛，但在使用過程中容易出現一些故障，如機械損傷、鉛包腐蝕、過熱老化等。所以電力電纜必須以其常規的預防性試驗來檢驗其存在的隱蔽性故障，以確保電力系統的正常運行。 信息來源:http://365zhanlan.com
按照IEC840或CIGREWG21.03建議規程，現場試驗的目的不是為了檢驗電纜的制造質量或電纜附件的制造質量的好壞，其制造質量已在型式試驗和出廠試驗中證實。現場竣工驗收試驗的目的是檢查電纜的敷設及附件的安裝是否正確。電纜在運輸、搬運、存放、敷設和回填的過程中，有可能受到意外損害。檢查的方法是按照IEC229，對于外護套厚度大于等于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。對于電纜主絕緣的耐壓試驗IEC推薦了兩種方法： 請登陸:w淺析高壓電纜試驗方式選擇直流高壓發生器
ww.365zhanlan.com 瀏覽更多信息 直流耐壓：3U015分鐘;交流耐壓：U05分鐘。 信息來源: http://www.shlydq.com/productID/product_detail-7753006.html
傳統的直流耐壓具有試驗設備重量輕，可移動性好，容量低等優點，對于油紙絕緣電纜應用效果很好，但對于交聯聚乙烯電纜，無論從理論上還是實踐上都證明了不宜采用直流耐壓的方法。 請登陸:www.365zhanlan.com 瀏覽更多信息
國標第18.0.1條中規定高壓電纜的試驗項目： 信息來源:www.365zhanlan.com
1. 測量絕緣電阻;
2. 直流耐壓試驗及泄漏電流測量; 信息來源:http://365zhanlan.com
3. 交流耐壓試驗;
4. 測量金屬屏蔽層電阻和導體電阻比;
5. 檢查電纜線路兩端的相位;
6. 充油電纜的絕緣油試驗;
7. 交叉互聯系統試驗。
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國標中未有要求檢測電纜內襯層和外護套進水的試驗項目，現就檢測及判斷論述如下：
1、由于國標的規定無法檢測電纜外護套內襯層是否進水，所以各省增加的試驗項目有：
1.1、利用銅蔽層電阻和導體電阻比來判斷。其步驟為，用雙壁電橋測量在相同溫度下的銅屏蔽層和導體的直流電阻。當前者與后者之比投運前相比有所增加時，表明銅屏蔽層的直流電阻增大，則銅屏蔽有可能被腐蝕;當該比值與投運前相比減少時，表明該附件中的導體連接點的接觸電阻有增大的可能。一般在現場實驗時，測量鋼鎧和屏蔽絕緣電阻值，利用其電阻比來判斷電纜外護套和內襯層是否進水。
1.2、用兆歐表測量絕緣電阻值來判斷。其步驟為，用500V兆歐表分別測量橡塑電纜內襯層外護套的絕緣電阻，當每公里的絕緣電阻小于0.5兆歐時，再用下述方法進一步判斷，使用萬用表測量絕緣電阻，利用原電池原理，由于橡塑電纜的金屬層、鎧裝層及其涂層用的材料有是銅、鉛、鐵、鋅和鋁等，當電纜的外護套內襯層進水后，這些金屬的電極、電位分別為+0.334、-0.122、-0.44、-0.76V和-1.33V，其原理是，當橡塑電纜的外護套破損并進水后,由于地下水是電解質,在鎧裝層的鍍鋅鋼帶上會產生對地-0.76V的電位。當外護套或內襯層破損進水后,用兆歐表測量時,每公里絕緣電阻低于0.5兆歐時,用萬用表的正負表筆輪換測量鎧裝層對地或鎧裝層對銅屏蔽層的絕緣電阻,此時在測量回路中由于形成的原電池與萬用表內的干電池相串聯。當極性組合使電壓相加時，測得的電阻值較小;反之，測得的電阻值較大。因此，上述的兩次測得的絕緣電阻值相差較大時，表明已形成原電池，就可以判斷外護套和內襯層已破損進水。 請登陸:www.365zhanlan.com 瀏覽更多信息
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例如，某橡塑電纜護套損傷受潮后，測得的電阻分別為7千歐和55千歐。 2、電纜的耐壓試驗，國標規定做直流耐壓、交流耐壓試驗，但地方省份根據自己的實際情況多選擇其中之一，現就這兩者的利與弊對比如下:交聯聚乙烯電纜不宜做直流耐壓試驗，而應做交流耐壓試驗。 信息來源:http://365zhanlan.com
2.1直流耐壓試驗：
高壓試驗的一個通用原則，被試品上所施加的試驗電壓場強應模擬高壓電器的運行狀況。而直流耐壓試驗對發現紙絕緣電纜缺陷十分有效，但對交聯聚乙烯絕緣電纜則未必有效，而且還可能產生負作用，主要表現在以下幾個方面： 信息來源:http://www.365zhanlan.com
2.1.1交聯聚乙烯電纜在交、直流電壓下的電場分布不同，交聯聚乙烯絕緣層是采用聚乙烯經化學交聯而成，屬整體型絕緣結構，其介電常數為2.1--2.3受溫度變化的影響較小。在交流電壓下，交聯聚乙烯電纜絕緣層內的電場分布是由各介質的介電常數決定的，即電場強度按介電常數而反比例分配的，這種分配是比較穩定的。在直流電壓下，其絕緣層中的電場分布是由材料的體積電阻率決定的，且成正比例分配，而這種絕緣電阻分布系數是不均勻的。特別是在電纜終端頭、接頭盒等電纜附件中的交流電場強度的分布和直流電場強度的分布完全不同，而且交流電壓下絕緣老化的機理和直流電壓下的老化機理不相同。因此，直流耐壓試驗不能模擬交聯聚乙烯電纜的運行工況。
2.1.2交聯聚乙烯電纜在直流電壓下會產生“積累”效應，存儲積累單極性殘余電荷。在直流耐壓試驗時引起的電荷積累，需要很長時間才能將這種殘余電荷釋放。電纜如果在直流殘余電荷未完全釋放之前投入運行，直流殘壓便會疊加在工頻電壓峰值上，使得電纜上的電壓值超過運行工況下的額定電壓，它將加速絕緣老化縮短電纜的使用壽命，甚至絕緣擊穿。
2.1.3交聯聚乙烯電纜致命的一個弱點是絕緣內易產生水樹枝，水樹枝在直流電壓下會迅速轉變為電樹枝，并形成放電，加速了絕緣劣化，以致于運行后在工頻電壓作用下形成擊穿。而單純的水樹枝在交流工作電壓下還能保持相當的耐壓值，并能保持一段時間。
2.1.4在現場進行直流高壓實驗時發生閃落或擊穿可能會對其正常的電纜和接頭絕緣造成危害。而且直流耐壓試驗不能有效發現交流電壓作用下的某些缺陷，如在電纜附件內，絕緣若有機械損傷或應力錐放錯等缺陷。在交流電壓下絕緣*易發生擊穿的地點，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生在交流工作條件下絕緣平時不發生擊穿的地點。 請登陸:www.365zhanlan.com 瀏覽更多信息
2.2交流耐壓試驗：
既然直流耐壓試驗不能模擬交聯聚乙烯絕緣電纜的運行場強狀態，不能達到我們所期望的試驗效果，我們考慮采用交流高電壓進行試驗。由于電纜的電容值不同，試驗前我們應該首先測量電力電纜的電容值，根據電容值計算出在試驗電壓下的電容電流，以選擇合適的試驗儀器。
2.2.1經了解絕大部分發電廠電纜額定電壓都是6kV，且長度大多都在1.5km以內,所以我們可采用常規的交流耐壓試驗方法。如用一臺50KV、20KVA的試驗變壓器，其*大輸出電流為1000mA，據I=2πfUC可知，以6kV電纜為例，此試驗變壓器能試驗的電纜的*大電容值為265nF(f=50Hz,U=12KV)。 請登陸:www.365zhanlan.com 瀏覽更多信息
2.2.2對于一些大電容量電纜，如采用常規的交流耐壓試驗方法，則需要大容量的試驗變壓器，對調壓器和電源的容量也有特別大的要求。現場往往難以辦到，試驗儀器的運輸、就位往往需要動用大型汽車、吊車等，既費時又費力。所以我們根據具體情況分別采用變頻試驗、串聯或串并聯諧振的方法來進行電纜的耐壓試驗。
2.2.3超低頻0.1Hz耐壓試驗：
根據試驗容量(的公式S=wCUs2=2∏fUs2KVA，式中的C-被試電纜電容量，Us–為試驗電壓，f-工頻頻率，我國為50HZ)，由此可見，0.1Hz交流電壓與50Hz電壓相比，前者需要的功率相當于后者的1/500，因而，它可以毫無問題的生產出便攜式設備在現場使用。目前，此種方法主要應用于中低壓電纜的試驗。
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經現場實踐論證，對交聯聚乙烯電纜進行耐壓實驗，采用0.1Hz超低頻電壓進行試驗時，其試驗電壓可取為50Hz時的1.5-1.8倍，較直流耐壓更易發現電纜絕緣缺陷，較50Hz交流電壓容易使絕緣缺陷暴露擊穿。
2.2.4變頻諧振耐壓試驗：
變頻諧振試驗系統不但能滿足高壓交聯聚乙烯電纜的耐壓要求，而且具有重量輕、可移動性好的優點，適宜現場試驗。該裝置采用固定電抗器作為諧振電抗器，以調頻的方式實現諧振，頻率的調節范圍為30-300Hz，符合CIGREWG21.09《高壓擠包絕緣電纜竣工試驗建議導則》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與運行工況下相同的場強，其等效性好、效率高、設備輕便，試品長度幾乎不受限制。
綜上所述，鑒于電纜現場工頻試驗設備容量和體積小,攜帶操作比較方便,發現電纜缺陷比常規的直流耐壓更有效,所以應采用工頻或變頻諧振試驗的方法,進行電纜現場竣工驗收試驗。而且變頻諧振裝置能滿足l10kv和220kV及以上交聯聚乙烯電纜交接試驗的要求，建議優選變頻諧振耐壓。
