【摘要】:本文主要闡述了高壓電力電纜超低頻試驗的各種方法。
　　【關(guān)鍵詞】:電力電纜，超低頻試驗
　　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方法是有效的。直流試驗的持續(xù)時間和電壓水平可以在AEIC規(guī)范和IEEE標(biāo)準(zhǔn)中查到。平均直流試驗電壓為4-4.5倍的額定電壓。直流試驗可發(fā)現(xiàn)故障電纜而不會進(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度高,采用的試驗電壓為5—8倍的額定電壓。
　　未經(jīng)過試驗的固體介質(zhì)絕緣電纜的壽命比經(jīng)過試驗的同樣的電纜的壽命長,一般由行業(yè)推薦高直流試驗電壓。但采用推薦電壓水平的直流試驗不易發(fā)現(xiàn)大的絕緣缺陷。對運行了一段時間后的固體介質(zhì)絕緣電纜進(jìn)行推薦電壓等級的直流試驗,會使電纜在返回使用時發(fā)生故障。
　　2超低頻試驗
　　為克服直流高壓試驗的不足,采用新的試驗電壓波形,對新的可替代試驗技術(shù)進(jìn)行了評價,以便作為運行了一段時間后的固體介質(zhì)絕緣電纜的替代試驗方法。
　　從試驗所造成的不良后果來分,試驗方法可以分為破壞性試驗和非破壞性試驗。通過測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。非破壞性試驗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破壞性試驗方法
　　●共振/工頻(60HZ)試驗;
　　●超低頻(0.1HZ)余弦—脈沖波形試驗;
　　●超低頻(0.1HZ)正弦波形試驗;
　　●振蕩放電(1-10kHZ)試驗;
　　●直流試驗。
　　2.2非破壞性試驗方法
　　●損耗因數(shù)(tanδ)測量;
　　●局部放電測量;
　　●回流電壓測量。
　　現(xiàn)場試驗經(jīng)常采用幾種試驗方法的組合。
　　3三種方法的比較
　　對運行了一段時間后的電纜做高壓試驗,試驗所加電壓的持續(xù)時間為幾分鐘到一個小時,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。可從試驗結(jié)果判斷電纜的好壞。
　　通過對聚乙烯(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)直流試驗無法確定運行了一段時間后的固體介質(zhì)絕緣電纜的交流擊穿強度;(2)直流試驗也會使運行了一段時間后的固體介質(zhì)絕緣電纜在以后的使用中發(fā)生故障。

　　相反,通過比較0.1HZ正弦波和50HZ試驗電壓,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)直流試驗電壓加到電纜缺陷上時,缺陷周圍就會有空間電荷聚集�？臻g電荷為同極的電荷,離缺陷越近,電荷密度越高見圖1。與無電荷區(qū)域相比,缺陷和在缺陷前方緊接區(qū)域的電場強度,即電位梯度,迅速降低見圖2a。空間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(相對于周圍空間電荷)時見圖1,會產(chǎn)生很高的局部電壓梯度。局部的電場強度如此之高,以至于經(jīng)常超過絕緣材料的擊穿電壓見圖2b。每當(dāng)電壓極性變化時,會發(fā)生局部放電并形成新的電樹枝。

　　因此,當(dāng)直流試驗完成后,繼續(xù)進(jìn)行交流試驗時,由于電纜絕緣中缺陷周圍的空間電荷還沒散開或者發(fā)生閃絡(luò),所加的交流電壓經(jīng)常對電纜的絕緣造成破壞。這樣的試驗可能會掩蓋電纜的問題并且加劇電纜的缺陷,電纜經(jīng)常會在試驗之后返回使用的幾個月中發(fā)生故障。
　　對運行了一段時間的固體介質(zhì)絕緣電纜不宜進(jìn)行直流試驗。
　　對工頻(50HZ)和超低頻(0.1HZ)試驗的優(yōu)缺點進(jìn)行比較,得出了結(jié)論:對于聚乙烯(PE)和交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電纜,在相同的試驗電壓下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升高試驗電壓等級可以使缺陷的尺寸增加而不擊穿,但在0.1HZ升高試驗電壓等級時可以使故障的擊穿時間呈指數(shù)降低見圖3。
　　

　　4超低頻試驗的優(yōu)點

　　應(yīng)用超低頻試驗設(shè)備,能產(chǎn)生按正弦方式改變極性的0.1HZ的脈沖波見圖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)場試驗
　　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),我們就必須對其做試驗。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)量和對生產(chǎn)過程的控制,制造廠家必須對電纜進(jìn)行試驗。
　　對于電纜用戶來說,電纜試驗意味著不同的事。安裝前的檢查可以拒絕接收運輸導(dǎo)致的損壞電纜。電纜安裝后和投產(chǎn)使用前的試驗可以發(fā)現(xiàn)可能的機械損害和不合格的安裝工藝。檢修后的試驗可以保證檢修質(zhì)量和檢測到其它可以導(dǎo)致電纜在返回投入使用中產(chǎn)生故障的缺陷。對電纜的定期試驗可以了解電纜系統(tǒng)的整體情況,從而可以按計劃檢修,排除將來的電纜系統(tǒng)故障,以避免突發(fā)故障。
　　通過對幾十萬英尺的交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電纜的試驗證實,當(dāng)從一批電纜中挑出有故障的電纜時,超低頻(0.1HZ余弦脈沖)試驗的效果最好。對于測試存在大量均勻分布“水樹枝”損傷的交聯(lián)聚乙烯電纜,超低頻試驗的結(jié)果是不明確的。如果把缺陷數(shù)量和缺陷尺寸作為驗收電纜的標(biāo)準(zhǔn),可以采用以下規(guī)則來簡化選擇過程。
　　1)對于缺陷數(shù)量少、尺寸小的電纜,采用非破壞性試驗來監(jiān)測它。
　　2)缺陷數(shù)量少、尺寸大的電纜最適合做超低頻試驗,可使電纜缺陷顯現(xiàn)出來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來監(jiān)測并盡可能噴注以增進(jìn)絕緣的完好性。
　　超低頻(0.1HZ正弦波)測量介質(zhì)損耗因數(shù)(tanδ)可以用來監(jiān)測固體絕緣電纜的老化和磨損。報告指出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量介質(zhì)損耗因數(shù),其tanδ>4x10-3,則對于使用過一段時間的電纜必須更換,且電纜試驗電壓等級不應(yīng)升高超高V0以防止絕緣擊穿;如果在額定電壓水平下測量介質(zhì)損耗因數(shù),其tanδ<<4x10-3,使用過一段時間的電纜,必須另外做3倍額定電壓的超低頻試驗60分鐘。當(dāng)電纜通過這項試驗后,電纜可以毫無保留地繼續(xù)使用。超低頻介質(zhì)損耗因數(shù)測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
　　對使用一段時間后的固體介質(zhì)絕緣電纜采用的試驗方法的適宜性、實用性和有效性取決于以下幾個方面:
　　1)在什么試驗電壓水平下缺陷能被檢測到。
　　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)試驗是否會使缺陷惡化,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,正弦波超低頻試驗結(jié)合介質(zhì)損耗因數(shù)測量、余弦脈沖波超低頻試驗結(jié)合回流電壓測量這兩種甚低頻技術(shù)最有希望成為對運行一段時間后的固體介質(zhì)絕緣電纜的可替代試驗技術(shù)。
　　

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