交聯(lián)聚乙烯電纜的交流耐壓試驗(yàn)
在我國，直流電壓目前仍然是交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電纜進(jìn)行試驗(yàn)的主要電源，XLPE電纜直流試驗(yàn)的電壓標(biāo)準(zhǔn)。在IEC標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定，額定電壓150 kV以上的XLPE電纜及其附件安裝后的電氣試驗(yàn)采用交流電壓試驗(yàn)，即施加電力系統(tǒng)相間電壓，經(jīng)1 h試驗(yàn)，或施加正常運(yùn)行電壓，經(jīng)24 h試驗(yàn)，不推薦采用直流電壓試驗(yàn)。
我國使用高壓（110～220 kV）XLPE電纜始于1984年。隨著城市電網(wǎng)建設(shè)和改造的發(fā)展，從1985年以后，廣州、上海、北京等大城市相繼從國外進(jìn)口高壓XLPE電纜及其附件。正是從這時(shí)候開始，一些國家對(duì)高壓XLPE電纜采用直流耐壓試驗(yàn)的結(jié)果和電纜運(yùn)行情況進(jìn)行了研究分析，得出了一個(gè)共同的結(jié)論，即高壓XLPE電纜不宜采用直流耐壓試驗(yàn)，認(rèn)為XLPE電纜在進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)時(shí)，主要存在以下幾方面的問題。
a. XLPE電纜絕緣層在直流和交流電壓下，內(nèi)部電場(chǎng)分布情況完全不同。www.uvdg.com.cn 在直流電壓下，電場(chǎng)按絕緣電阻系數(shù)呈正比例分配，而XLPE絕緣材料存在電阻系數(shù)不均勻性，導(dǎo)致在直流電壓下電場(chǎng)分布的不均勻性。交流電壓下，電場(chǎng)按介電系數(shù)呈反比例分配，XLPE為整體絕緣結(jié)構(gòu)，其介電系數(shù)為2.1～2.3，且一般不受溫度變化的影響。因此，在交流電壓下，XLPE絕緣內(nèi)部電場(chǎng)分布是比較穩(wěn)定的。這樣，往往造成在交流工作電壓下有缺陷的部位在直流試驗(yàn)時(shí)不被擊穿，反過來，在直流試驗(yàn)時(shí)被擊穿的部位，在交流工作電壓下卻不會(huì)產(chǎn)生問題。
b. XLPE絕緣內(nèi)部如果有了水樹枝，在交流工作電壓下，水樹枝的發(fā)展是很緩慢的，而在直流耐壓試驗(yàn)時(shí)會(huì)加速水樹枝的發(fā)展，甚至轉(zhuǎn)變?yōu)殡姌渲Γ粗绷髟囼?yàn)會(huì)導(dǎo)致XLPE絕緣產(chǎn)生積累效應(yīng)，加速絕緣老化，縮短使用壽命。
c. 直流耐壓試驗(yàn)過程中，在XLPE電纜及其附件絕緣內(nèi)會(huì)形成空間電荷，空間電荷的不斷形成可導(dǎo)致電纜在交流工作電壓下?lián)舸蛟诟郊缑嬉蚍e累電荷而沿界面滑閃。
綜上所述，直流試驗(yàn)電壓不能有效發(fā)現(xiàn)XLPE電纜的絕緣缺陷，而且，直流試驗(yàn)電壓可能造成XLPE電纜絕緣的損傷，以至在試驗(yàn)后重新投入運(yùn)行時(shí)，在交流工作電壓下提前發(fā)生絕緣擊穿事故。因此，對(duì)于XLPE電纜有必要采用除直流試驗(yàn)之外的其它試驗(yàn)方法。
2.1 超低頻電壓試驗(yàn)
超低頻耐壓試驗(yàn)裝置的輸出頻率一般為0.01～0.1 Hz，輸出波形為正弦波或余弦波，故超低頻試驗(yàn)也是一種交流耐壓試驗(yàn)。采用超低頻試驗(yàn)的目的是為了滿足在交流電壓條件下，盡可能減小試驗(yàn)設(shè)備的體積和重量。
直流試驗(yàn)不能有效檢驗(yàn)出XLPE電纜線路的缺陷，注入的空間電荷又會(huì)影響其絕緣性能，而采用交流電壓試驗(yàn)，需要高電壓大容量的試驗(yàn)設(shè)備，因此，可以選用超低頻電壓試驗(yàn)。從50 Hz改到0.1 Hz，理論上可以把試驗(yàn)設(shè)備容量降低到1/500。這樣，0.1 Hz的試驗(yàn)設(shè)備就可以與直流試驗(yàn)設(shè)備一樣做到容量小、自重輕，適合現(xiàn)場(chǎng)使用。
對(duì)于XLPE電力電纜，不宜采用直流電壓進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)耐壓試驗(yàn)，而應(yīng)采用0.1 Hz超低頻電壓試驗(yàn)。0.1 Hz超低頻電壓試驗(yàn)的項(xiàng)目主要包括耐壓試驗(yàn)和介損測(cè)量。目前國際上開發(fā)的0.1 Hz試驗(yàn)設(shè)備，電壓均低于100 kV，只適用于中壓（6～35 kV）XLPE電纜線路。一般推薦的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是3U0/1 h。
2.2 交流變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)
工頻耐壓試驗(yàn)最能反映電纜絕緣的實(shí)際情況，這是因?yàn)椋弘娎|是在工頻下運(yùn)行的，其試驗(yàn)電壓和頻率在工頻下最為合理，可完全模擬運(yùn)行情況；從理論上講，工頻耐壓試驗(yàn)不但能反映電纜的泄漏特性，而且能完全反映電纜的耐壓特性，還能反映電纜局部電介質(zhì)損耗引起的局部耐壓特性。
對(duì)XLPE電纜進(jìn)行工頻交流耐壓試驗(yàn)，最大的困難是要有很大容量的試驗(yàn)設(shè)備。電壓越高，線路越長，試驗(yàn)設(shè)備容量越大。為了適應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行XLPE電纜交流耐壓試驗(yàn)的需要，關(guān)鍵在于要盡量減小試驗(yàn)設(shè)備的容量。應(yīng)用串聯(lián)諧振技術(shù)，是減小試驗(yàn)設(shè)備容量的一項(xiàng)有效措施。試驗(yàn)證明，變頻串聯(lián)諧振裝置能夠以較低電壓、較小容量的電源設(shè)備，使電纜絕緣承受較高的試驗(yàn)電壓。
目前，從國外引進(jìn)的變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)成套設(shè)備，包括一臺(tái)固定電感為10～100 H的電抗器，它裝在一輛20 t的平板車上，另外用一輛集裝箱貨車，安裝調(diào)頻器、變壓器和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等設(shè)備。成套裝置變頻范圍為30～300 Hz，輸出電壓可達(dá)250 kV，電流75 A，能適用于220 kV XLPE電纜的交流耐壓試驗(yàn)。
3 塑料電纜的局放試驗(yàn)
橡塑電纜的絕緣中存在氣隙、潮水等，在額定直流電壓下，一般只存在極短的局部放電過程或不發(fā)生局部放電。在額定交流電壓下，可能產(chǎn)生局部放電，也可能不產(chǎn)局部放電。若發(fā)生局部放電，其放電過程比較短，在一定的時(shí)間內(nèi)其局部放電過程不至于使電纜的絕緣擊穿，但其危害性很大。故只對(duì)電纜的特定部位進(jìn)行局部放電測(cè)量，如電纜的懷疑部位、中間接頭、終端頭等。
信息整理：揚(yáng)州拓普電氣科技有限公司 信息來源：www.uvdg.com.cn
我國使用高壓（110～220 kV）XLPE電纜始于1984年。隨著城市電網(wǎng)建設(shè)和改造的發(fā)展，從1985年以后，廣州、上海、北京等大城市相繼從國外進(jìn)口高壓XLPE電纜及其附件。正是從這時(shí)候開始，一些國家對(duì)高壓XLPE電纜采用直流耐壓試驗(yàn)的結(jié)果和電纜運(yùn)行情況進(jìn)行了研究分析，得出了一個(gè)共同的結(jié)論，即高壓XLPE電纜不宜采用直流耐壓試驗(yàn)，認(rèn)為XLPE電纜在進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)時(shí)，主要存在以下幾方面的問題。
a. XLPE電纜絕緣層在直流和交流電壓下，內(nèi)部電場(chǎng)分布情況完全不同。www.uvdg.com.cn 在直流電壓下，電場(chǎng)按絕緣電阻系數(shù)呈正比例分配，而XLPE絕緣材料存在電阻系數(shù)不均勻性，導(dǎo)致在直流電壓下電場(chǎng)分布的不均勻性。交流電壓下，電場(chǎng)按介電系數(shù)呈反比例分配，XLPE為整體絕緣結(jié)構(gòu)，其介電系數(shù)為2.1～2.3，且一般不受溫度變化的影響。因此，在交流電壓下，XLPE絕緣內(nèi)部電場(chǎng)分布是比較穩(wěn)定的。這樣，往往造成在交流工作電壓下有缺陷的部位在直流試驗(yàn)時(shí)不被擊穿，反過來，在直流試驗(yàn)時(shí)被擊穿的部位，在交流工作電壓下卻不會(huì)產(chǎn)生問題。
b. XLPE絕緣內(nèi)部如果有了水樹枝，在交流工作電壓下，水樹枝的發(fā)展是很緩慢的，而在直流耐壓試驗(yàn)時(shí)會(huì)加速水樹枝的發(fā)展，甚至轉(zhuǎn)變?yōu)殡姌渲Γ粗绷髟囼?yàn)會(huì)導(dǎo)致XLPE絕緣產(chǎn)生積累效應(yīng)，加速絕緣老化，縮短使用壽命。
c. 直流耐壓試驗(yàn)過程中，在XLPE電纜及其附件絕緣內(nèi)會(huì)形成空間電荷，空間電荷的不斷形成可導(dǎo)致電纜在交流工作電壓下?lián)舸蛟诟郊缑嬉蚍e累電荷而沿界面滑閃。
綜上所述，直流試驗(yàn)電壓不能有效發(fā)現(xiàn)XLPE電纜的絕緣缺陷，而且，直流試驗(yàn)電壓可能造成XLPE電纜絕緣的損傷，以至在試驗(yàn)后重新投入運(yùn)行時(shí)，在交流工作電壓下提前發(fā)生絕緣擊穿事故。因此，對(duì)于XLPE電纜有必要采用除直流試驗(yàn)之外的其它試驗(yàn)方法。
2.1 超低頻電壓試驗(yàn)
超低頻耐壓試驗(yàn)裝置的輸出頻率一般為0.01～0.1 Hz，輸出波形為正弦波或余弦波，故超低頻試驗(yàn)也是一種交流耐壓試驗(yàn)。采用超低頻試驗(yàn)的目的是為了滿足在交流電壓條件下，盡可能減小試驗(yàn)設(shè)備的體積和重量。
直流試驗(yàn)不能有效檢驗(yàn)出XLPE電纜線路的缺陷，注入的空間電荷又會(huì)影響其絕緣性能，而采用交流電壓試驗(yàn)，需要高電壓大容量的試驗(yàn)設(shè)備，因此，可以選用超低頻電壓試驗(yàn)。從50 Hz改到0.1 Hz，理論上可以把試驗(yàn)設(shè)備容量降低到1/500。這樣，0.1 Hz的試驗(yàn)設(shè)備就可以與直流試驗(yàn)設(shè)備一樣做到容量小、自重輕，適合現(xiàn)場(chǎng)使用。
對(duì)于XLPE電力電纜，不宜采用直流電壓進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)耐壓試驗(yàn)，而應(yīng)采用0.1 Hz超低頻電壓試驗(yàn)。0.1 Hz超低頻電壓試驗(yàn)的項(xiàng)目主要包括耐壓試驗(yàn)和介損測(cè)量。目前國際上開發(fā)的0.1 Hz試驗(yàn)設(shè)備，電壓均低于100 kV，只適用于中壓（6～35 kV）XLPE電纜線路。一般推薦的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是3U0/1 h。
2.2 交流變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)
工頻耐壓試驗(yàn)最能反映電纜絕緣的實(shí)際情況，這是因?yàn)椋弘娎|是在工頻下運(yùn)行的，其試驗(yàn)電壓和頻率在工頻下最為合理，可完全模擬運(yùn)行情況；從理論上講，工頻耐壓試驗(yàn)不但能反映電纜的泄漏特性，而且能完全反映電纜的耐壓特性，還能反映電纜局部電介質(zhì)損耗引起的局部耐壓特性。
對(duì)XLPE電纜進(jìn)行工頻交流耐壓試驗(yàn)，最大的困難是要有很大容量的試驗(yàn)設(shè)備。電壓越高，線路越長，試驗(yàn)設(shè)備容量越大。為了適應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行XLPE電纜交流耐壓試驗(yàn)的需要，關(guān)鍵在于要盡量減小試驗(yàn)設(shè)備的容量。應(yīng)用串聯(lián)諧振技術(shù)，是減小試驗(yàn)設(shè)備容量的一項(xiàng)有效措施。試驗(yàn)證明，變頻串聯(lián)諧振裝置能夠以較低電壓、較小容量的電源設(shè)備，使電纜絕緣承受較高的試驗(yàn)電壓。
目前，從國外引進(jìn)的變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)成套設(shè)備，包括一臺(tái)固定電感為10～100 H的電抗器，它裝在一輛20 t的平板車上，另外用一輛集裝箱貨車，安裝調(diào)頻器、變壓器和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等設(shè)備。成套裝置變頻范圍為30～300 Hz，輸出電壓可達(dá)250 kV，電流75 A，能適用于220 kV XLPE電纜的交流耐壓試驗(yàn)。
3 塑料電纜的局放試驗(yàn)
橡塑電纜的絕緣中存在氣隙、潮水等，在額定直流電壓下，一般只存在極短的局部放電過程或不發(fā)生局部放電。在額定交流電壓下，可能產(chǎn)生局部放電，也可能不產(chǎn)局部放電。若發(fā)生局部放電，其放電過程比較短，在一定的時(shí)間內(nèi)其局部放電過程不至于使電纜的絕緣擊穿，但其危害性很大。故只對(duì)電纜的特定部位進(jìn)行局部放電測(cè)量，如電纜的懷疑部位、中間接頭、終端頭等。
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