【摘要】:本文主要闡述了高壓電力電纜超低頻試驗(yàn)的各種方法。
　　【關(guān)鍵詞】:電力電纜，超低頻試驗(yàn)
　　1前言
　　在主要使用鉛包油浸紙絕緣(PILC)電纜的電力配電系統(tǒng)中,引入了配電電纜的直流試驗(yàn)方法是有效的。直流試驗(yàn)的持續(xù)時(shí)間和電壓水平可以在AEIC規(guī)范和IEEE標(biāo)準(zhǔn)中查到。平均直流試驗(yàn)電壓為4-4.5倍的額定電壓。直流試驗(yàn)可發(fā)現(xiàn)故障電纜而不會(huì)進(jìn)一步損壞好電纜的絕緣。
　　隨著固體介質(zhì)絕緣電纜使用的增加,同樣的直流試驗(yàn)方法被采用于新的系統(tǒng),并用于固體介質(zhì)絕緣電纜與鉛包油浸紙絕緣電纜的連接接頭上。由于固體介質(zhì)絕緣電纜比鉛包油浸紙絕緣電纜的直流擊穿強(qiáng)度高,采用的試驗(yàn)電壓為5—8倍的額定電壓。
　　未經(jīng)過(guò)試驗(yàn)的固體介質(zhì)絕緣電纜的壽命比經(jīng)過(guò)試驗(yàn)的同樣的電纜的壽命長(zhǎng),一般由行業(yè)推薦高直流試驗(yàn)電壓。但采用推薦電壓水平的直流試驗(yàn)不易發(fā)現(xiàn)大的絕緣缺陷。對(duì)運(yùn)行了一段時(shí)間后的固體介質(zhì)絕緣電纜進(jìn)行推薦電壓等級(jí)的直流試驗(yàn),會(huì)使電纜在返回使用時(shí)發(fā)生故障。
　　2超低頻試驗(yàn)
　　為克服直流高壓試驗(yàn)的不足,采用新的試驗(yàn)電壓波形,對(duì)新的可替代試驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行了評(píng)價(jià),以便作為運(yùn)行了一段時(shí)間后的固體介質(zhì)絕緣電纜的替代試驗(yàn)方法。
　　從試驗(yàn)所造成的不良后果來(lái)分,試驗(yàn)方法可以分為破壞性試驗(yàn)和非破壞性試驗(yàn)。通過(guò)測(cè)試電纜的絕緣使缺陷擊穿,并用標(biāo)準(zhǔn)電纜故障定位技術(shù)確定電纜故障位置,此方法稱為破壞性試驗(yàn)。非破壞性試驗(yàn)可以確定缺陷或有缺陷的電纜段的位置而不破壞電纜,從而使電纜可以繼續(xù)使用直到缺陷被消除。。
　　2.1破壞性試驗(yàn)方法
　　●共振/工頻(60HZ)試驗(yàn);
　　●超低頻(0.1HZ)余弦—脈沖波形試驗(yàn);
　　●超低頻(0.1HZ)正弦波形試驗(yàn);
　　●振蕩放電(1-10kHZ)試驗(yàn);
　　●直流試驗(yàn)。
　　2.2非破壞性試驗(yàn)方法
　　●損耗因數(shù)(tanδ)測(cè)量;
　　●局部放電測(cè)量;
　　●回流電壓測(cè)量。
　　現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)經(jīng)常采用幾種試驗(yàn)方法的組合。
　　3三種方法的比較
　　對(duì)運(yùn)行了一段時(shí)間后的電纜做高壓試驗(yàn),試驗(yàn)所加電壓的持續(xù)時(shí)間為幾分鐘到一個(gè)小時(shí),結(jié)果有兩種,一種是泄漏電流增加,局部放電,擊穿,然后閃絡(luò)。另一種是什么現(xiàn)象也不發(fā)生�？蓮脑囼�(yàn)結(jié)果判斷電纜的好壞。
　　通過(guò)對(duì)聚乙烯(PE)和交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電纜的直流、交流(工頻)和甚低頻(0.1HZ正弦波)試驗(yàn)進(jìn)行比較得知,由于空間電荷在聚乙烯(PE)和交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電纜絕緣的缺陷周圍聚集,(1)直流試驗(yàn)無(wú)法確定運(yùn)行了一段時(shí)間后的固體介質(zhì)絕緣電纜的交流擊穿強(qiáng)度;(2)直流試驗(yàn)也會(huì)使運(yùn)行了一段時(shí)間后的固體介質(zhì)絕緣電纜在以后的使用中發(fā)生故障。

　　相反,通過(guò)比較0.1HZ正弦波和50HZ試驗(yàn)電壓,前述的研究人員發(fā)現(xiàn):故障和絕緣損壞的程度越嚴(yán)重,發(fā)生空間放電或缺陷擊穿的電壓越低。
　　研究表明,當(dāng)直流試驗(yàn)電壓加到電纜缺陷上時(shí),缺陷周圍就會(huì)有空間電荷聚集。空間電荷為同極的電荷,離缺陷越近,電荷密度越高見(jiàn)圖1。與無(wú)電荷區(qū)域相比,缺陷和在缺陷前方緊接區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度,即電位梯度,迅速降低見(jiàn)圖2a�？臻g電荷起到了屏蔽缺陷的作用。為了使缺陷附近發(fā)生局部放電或者擊穿,需要更高的外加直流電壓。
　　

　　絕緣中缺陷周圍的空間電荷由于受到缺陷限制,不能迅速改變。當(dāng)行波或外加交流電壓改變了缺陷的極性(相對(duì)于周圍空間電荷)時(shí)見(jiàn)圖1,會(huì)產(chǎn)生很高的局部電壓梯度。局部的電場(chǎng)強(qiáng)度如此之高,以至于經(jīng)常超過(guò)絕緣材料的擊穿電壓見(jiàn)圖2b。每當(dāng)電壓極性變化時(shí),會(huì)發(fā)生局部放電并形成新的電樹(shù)枝。

　　因此,當(dāng)直流試驗(yàn)完成后,繼續(xù)進(jìn)行交流試驗(yàn)時(shí),由于電纜絕緣中缺陷周圍的空間電荷還沒(méi)散開(kāi)或者發(fā)生閃絡(luò),所加的交流電壓經(jīng)常對(duì)電纜的絕緣造成破壞。這樣的試驗(yàn)可能會(huì)掩蓋電纜的問(wèn)題并且加劇電纜的缺陷,電纜經(jīng)常會(huì)在試驗(yàn)之后返回使用的幾個(gè)月中發(fā)生故障。
　　對(duì)運(yùn)行了一段時(shí)間的固體介質(zhì)絕緣電纜不宜進(jìn)行直流試驗(yàn)。
　　對(duì)工頻(50HZ)和超低頻(0.1HZ)試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較,得出了結(jié)論:對(duì)于聚乙烯(PE)和交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電纜,在相同的試驗(yàn)電壓下50HZ比0.1HZ的空間放電大約快10,000次,電纜缺陷在0.1HZ比在50HZ的擊穿速度快得多。50HZ升高試驗(yàn)電壓等級(jí)可以使缺陷的尺寸增加而不擊穿,但在0.1HZ升高試驗(yàn)電壓等級(jí)時(shí)可以使故障的擊穿時(shí)間呈指數(shù)降低見(jiàn)圖3。
　　

　　4超低頻試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)

　　應(yīng)用超低頻試驗(yàn)設(shè)備,能產(chǎn)生按正弦方式改變極性的0.1HZ的脈沖波見(jiàn)圖4。在工頻范圍內(nèi)按正弦方式的極性改變能激發(fā)在絕緣缺陷處的局部放電。而0.1HZ的脈沖波則能以合適的速度發(fā)展成為擊穿通道。由于高壓脈沖之間的連續(xù)正弦極性改變,抑制了行波的產(chǎn)生,有害的空間電荷也就不能聚集了。
　　5超低頻現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)
　　電力配電系統(tǒng)中投資最大的是電纜系統(tǒng)。電纜系統(tǒng)要求具有高度的可靠性和合理的壽命。為了保證電纜系統(tǒng)的可靠性和達(dá)到規(guī)范和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),我們就必須對(duì)其做試驗(yàn)。電纜制造廠家的責(zé)任是必須保證生產(chǎn)并提供高質(zhì)量的產(chǎn)品。他們必須保證和驗(yàn)證產(chǎn)品適用于特定的用途。為了提供符合要求的電纜產(chǎn)品,保證產(chǎn)品的材料質(zhì)量和對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制,制造廠家必須對(duì)電纜進(jìn)行試驗(yàn)。
　　對(duì)于電纜用戶來(lái)說(shuō),電纜試驗(yàn)意味著不同的事。安裝前的檢查可以拒絕接收運(yùn)輸導(dǎo)致的損壞電纜。電纜安裝后和投產(chǎn)使用前的試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)可能的機(jī)械損害和不合格的安裝工藝。檢修后的試驗(yàn)可以保證檢修質(zhì)量和檢測(cè)到其它可以導(dǎo)致電纜在返回投入使用中產(chǎn)生故障的缺陷。對(duì)電纜的定期試驗(yàn)可以了解電纜系統(tǒng)的整體情況,從而可以按計(jì)劃?rùn)z修,排除將來(lái)的電纜系統(tǒng)故障,以避免突發(fā)故障。
　　通過(guò)對(duì)幾十萬(wàn)英尺的交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電纜的試驗(yàn)證實(shí),當(dāng)從一批電纜中挑出有故障的電纜時(shí),超低頻(0.1HZ余弦脈沖)試驗(yàn)的效果最好。對(duì)于測(cè)試存在大量均勻分布“水樹(shù)枝”損傷的交聯(lián)聚乙烯電纜,超低頻試驗(yàn)的結(jié)果是不明確的。如果把缺陷數(shù)量和缺陷尺寸作為驗(yàn)收電纜的標(biāo)準(zhǔn),可以采用以下規(guī)則來(lái)簡(jiǎn)化選擇過(guò)程。
　　1)對(duì)于缺陷數(shù)量少、尺寸小的電纜,采用非破壞性試驗(yàn)來(lái)監(jiān)測(cè)它。
　　2)缺陷數(shù)量少、尺寸大的電纜最適合做超低頻試驗(yàn),可使電纜缺陷顯現(xiàn)出來(lái)而不破壞電纜絕緣的完好性。當(dāng)缺陷被修復(fù)后,電纜可返回投入使用。
　　3)缺陷數(shù)量多、尺寸大的電纜應(yīng)該更換。
　　4)缺陷數(shù)量多、尺寸小的電纜應(yīng)該采用非破壞性試驗(yàn)來(lái)監(jiān)測(cè)并盡可能噴注以增進(jìn)絕緣的完好性。
　　超低頻(0.1HZ正弦波)測(cè)量介質(zhì)損耗因數(shù)(tanδ)可以用來(lái)監(jiān)測(cè)固體絕緣電纜的老化和磨損。報(bào)告指出0.1HZ的介質(zhì)損耗因數(shù)主要取決于電纜絕緣的“水樹(shù)枝”損傷,而不是取決于導(dǎo)電表面的水。如果在額定電壓水平下測(cè)量介質(zhì)損耗因數(shù),其tanδ>4x10-3,則對(duì)于使用過(guò)一段時(shí)間的電纜必須更換,且電纜試驗(yàn)電壓等級(jí)不應(yīng)升高超高V0以防止絕緣擊穿;如果在額定電壓水平下測(cè)量介質(zhì)損耗因數(shù),其tanδ<<4x10-3,使用過(guò)一段時(shí)間的電纜,必須另外做3倍額定電壓的超低頻試驗(yàn)60分鐘。當(dāng)電纜通過(guò)這項(xiàng)試驗(yàn)后,電纜可以毫無(wú)保留地繼續(xù)使用。超低頻介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)量可以作為判斷電纜更換或繼續(xù)使用的基準(zhǔn)。
　　6結(jié)論
　　對(duì)使用一段時(shí)間后的固體介質(zhì)絕緣電纜采用的試驗(yàn)方法的適宜性、實(shí)用性和有效性取決于以下幾個(gè)方面:
　　1)在什么試驗(yàn)電壓水平下缺陷能被檢測(cè)到。
　　2)是否漏掉導(dǎo)致在電纜返回投入使用后發(fā)生故障的缺陷。
　　3)試驗(yàn)是否會(huì)使缺陷惡化,從導(dǎo)致電纜在返回投入使用后發(fā)生故障。
　　直流試驗(yàn)有可能使電纜在返回投入使用后發(fā)生故障。目前,正弦波超低頻試驗(yàn)結(jié)合介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)量、余弦脈沖波超低頻試驗(yàn)結(jié)合回流電壓測(cè)量這兩種甚低頻技術(shù)最有希望成為對(duì)運(yùn)行一段時(shí)間后的固體介質(zhì)絕緣電纜的可替代試驗(yàn)技術(shù)。
　　

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