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浅谈电力电缆交流耐压试验的意义

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主要试验项目包括:测量绝缘电阻、直流耐压和泄漏电流。其中测量绝缘电阻主要是检验电缆绝缘是否老化、受潮以及耐压试验中暴露的绝缘缺陷。直流耐压和泄漏电流试验是同步进行的,其目的是发现绝缘中的缺陷。但是近年来国内外的试验和运行经验证明:直流耐压试验不能有效地发现交联电缆中的绝缘缺陷,甚至造成电缆的绝缘隐患。德国Sechiswag公司在1978~1980年41个回路的10kV电压等级的XLPE电缆中,发生故障87次;瑞典的3kV~24.5kV电压等级XLPE电缆投运超出9000km,发生故障107次,国内也曾多次发生电缆事故,相当数量的电缆故障是由于经常性的直流耐压试验产生的负面效应引起。研究表明,直流耐压试验对绝缘的影响主要表现在:

1、直流电压下,电场度是按照电阻率分布的,而交联聚乙烯电缆绝缘层中的材料含有很多成分,其电阻率的分布是不均匀的,同时电阻率受温度等因素影响比较大,所以在直流电压下,交联聚乙烯电缆绝缘层中的分布电场是不均匀的,这就可能在直流试验过程中出现绝缘层有的地方电场很强,有点地方电场比较弱的情况,导致局部绝缘击穿,在运行中引起事故。

2、电缆在直流电压下会产生“记忆”效应,存储积累单极性残余电荷,一旦有了由于直流耐压试验引起的“记忆性”,需要很长的时间才能将这种直流电压释放,电缆如果在直流残余电荷未完全释放之前投入运行,直流电压便会叠加在工频电压峰值上,使得电缆上的电压值远远高于其额定电压,从而导致电缆绝缘击穿。

3、交联聚乙烯电缆的直流耐压试验,由于空间电荷效应,绝缘中的实际电场强度Zgao可达到电缆绝缘工作电场强度的十几倍,所以即使电缆在通过了直流耐压试验不发生击穿,也会引起绝缘的严重损伤

4、直流耐压试验所施加的电压电场强度分布状况与运行中的交流电压电场强度分布状况不同,直流耐压试验并不能模仿运行状态下电缆成受到过电压,而且也不能有效的发现电缆本身及电缆接头和施工工艺上的缺陷。

5、直流耐压试验有一定的积累效应,能加速绝缘老化,且试验时易发生闪落或击穿。

实践也表明,直流耐压试验不能有效发现交流电压作用下的某些缺陷,如果电缆附件内,绝缘若有机械损伤等缺陷,在交流电压下绝缘Z易发现击穿的地点,在直流耐压下往往不能击穿,直流电压下绝缘击穿处往往发生在交流工作条件下绝缘平时不能发生击穿的地点。

交流耐压试验是鉴定电力设备绝缘强度Z有效和Z直接的方法。

电力设备在运行中,绝缘长期受着电场、温度和机械振动的作用会逐渐发生劣化。其中包括整体劣化和部分劣化,形成缺陷。例如由于局部地方电场比较集中或者局部绝缘比较脆弱就存在局部的缺陷。各种预防性试验方法,各有所长,均能分别发现一些缺陷,反映出绝缘的状况,但其他试验方法的试验电压往往都低于电力设备的工作电压,作为安全运行的保证还不够有力。直流耐压试验虽然试验电压比较高,能发现一些绝缘的弱点,但是由于电力设备的绝缘大多数都是组合电介质,在直流电压的作用下,其电压是按电阻分布的,所以交流电力设备在交流电场下的弱点使用直流作试验就不一定能够发现,例如发电机的槽部缺陷在直流下就不易被发现。交流耐压试验符合电力设备在运行中所承受的电气状况,同时交流耐压试验电压一般比运行电压高,因此通过试验后,设备有较大的安全裕度,所以这种试验已成为保证安全运行的一个重要手段。

经过多年实践,发现用直流耐压或0.1HZ耐压试验,不能保证安全运行。如某厂发电机出口10KV橡塑电缆,交接时按要求进行了直流耐压试验,但运行不到一年,在运行电压下发生击穿事故;还有一条母线段工作电源进线橡塑电缆,在预试时加直流的试验电压下合格,运行24小时后发生击穿事故(如下图所示)。结合以前的工作经验,在一条橡塑电缆上,用铁钉打入主绝缘1/2处,加直流电压为8倍的额定电压、未击穿,但加交流电压为2倍的额定电压就击穿了,所以,不赞成做直流耐压试验。

在进行交流耐压试验前,必须预先进行各项非破坏性试验,如测量绝缘电阻、吸收比等,对各项试验结果进行综合分析,以决定该设备是否受潮或含有缺陷。若发现已存在问题,需预先进行处理,待缺陷消除后,方可进行交流耐压试验,以免在交流耐压试验过程中,发生绝缘击穿,扩大绝缘缺陷,延长检修时间,增加检修工作量。

交流耐压试验由于试验状况接近电缆的运行工况,耐压电压值较高,而且,耐压时间适当加长,更能反映电缆绝缘的状况以及发现绝缘中的缺陷。因此,国内外权威机构大力推荐XLPE电缆交流耐压试验,取代现行的直流耐压试验。交流耐压试验试验标准。根据IEC和CIGRE推荐的XLPE交流耐压试验标准,国外现行的标准包括:标准一:试验电压为1.7倍Uo(额定相相电压),耐压时间5min。标准二:试验电压为Uo,耐压时间24h。标准三:试验电压为kUo,耐压时间1h,其中k为系数。试验设备。按IEC和CIGRE推荐的交联电缆交流耐压试验标准,宜于交流耐压试验标准的设备有:带补偿电抗器的试验变压器(ACTC型):这种试验变压器重量和体积大,一般适用于试验室的交流耐压试验,现场试验几乎无法使用;可调电感式谐振系统(ACRL):该系统试验电压频率为50HZ,与被试电缆的运行工况一致,但因电压调整过程操作繁重,现场一般不宜采用;调频式谐振系统(ACRF):电感为固定形式,试验变压器及试验电压由调谐电源提供,频率范围为30~300HZ。ACRF型设备因体积小,重量轻,谐振频率易于调节,因而宜在现场试验中使用。交联电缆的交流耐压试验在有些地方尚未开展,目前国内也未制定出相应的试验标准。

据了解,为配合有关国标的制定,汲取国外的先进技术,积累试验经验,河南电力试验研究所首次在国家“九五”ZD工程---小浪底水电站实施了220千伏电压等级的交联聚乙烯电缆的现场交流耐压试验。试验一次成功,赢得了电缆生产厂家和小浪底工程指挥部的好评。试验采用调频式谐振试验装置,电缆试品为德国生产的245千伏电压等级交联聚乙烯电缆,长度约320米,其等效电容量约为5247μF,选择试验用电抗器的电感量为200L。经过计算,谐振回路的谐振频率约为49HZ,试验电压241千伏,耐压时间5min。由于电缆试品以及分电容偏大,加之现场环境下的电晕损耗,试验装置提供的回路电流明显偏高。为保证试验电压值及其稳定性,试验中采取了提高试验装置供电电压以及对电抗器、分压器等加装均压环等一系列措施。试验结果表明,试验回路的电抗器、分压器参数以及防晕措施得当,可以有效地保证试验电压的提高和稳定,使谐振频率尽可能保证在工频范围之内(试验的谐振频率实测为51HZ),从而使交联耐压试验更接近电缆的实际运行状况。交联电缆绝缘的潜在威胁是绝缘中存在电树枝和水树枝,由以上所述说明电缆不宜做直流耐压试验,建议用交流耐压试验代替。


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2004-10-19
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