试议交联110千伏交联聚乙烯绝缘电缆耐压试验策略及优缺点比较

论文导读：
摘要：文章分析了110千伏交联聚乙烯绝缘电缆耐压试验采用直流耐压、0.1Hz超低频耐压、工频串联谐振以及调频串联谐振耐压等方法的优缺点，并结合实例进行了论证，以供同仁参考。
关键词：110千伏交联聚乙烯绝缘电缆；耐压试验

作者介绍：林志鹏（1984—），男，广东汕头人，现在广东电网公司汕头供电局从事高压试验工作。
一、前言
近年来，随着我国电力网的不断更新改造，交联聚乙烯绝缘电缆具有电性能高、输送容量大、质量轻、运行维护方便等优点成为高压电缆发展的主要方向。目前，虽然高压电缆在制造厂内部都经过了严格的试验，但在运输、安装过程中有可能对电缆及其附件造成损伤或安装不正确，因此，必须对新安装的电缆进行严格的交接试验。文章分析了110千伏交联聚乙烯绝缘电缆耐压试验采用直流耐压、0.1Hz超低频耐压、工频串联谐振以及调频串联谐振耐压等方法的优缺点，并结合实例进行了论证，以供同仁参考。

二、交联电缆直流耐压试验的缺点

高电压试验技术的一个通用原则：试品上所施加的试验电压场强必须模拟高压电器的运行工况。高电压试验得出的通过或不通过的结论要代表高压电器中的薄弱点是否对今后的运行带来危害。这就意味着试验中的故障机理应与电器运行中的机理有相同的物理过程。按照此原则，交联电缆进行直流耐压试验的问题主要表现在以下几个方面:观点一：认为XLPE交联聚乙烯电缆结构具有存储积累单极性残余电荷的能力，当在直流试验后，如不能有效的释放掉直流残余电荷，投运后在直流残余电荷加上交流电压峰值将可能致使电缆发生击穿。观点二：交联聚乙烯电缆的直流耐压试验中，由于空间电荷效应，绝缘中的实际电场强度可比电缆绝缘的工作电场强度高达11倍。交联聚乙烯绝缘电缆即使通过了直流试验不发生击穿，也会引起绝缘的严重损伤。观点三：由于施加的直流电压场强分布与运行的交流电压场强分布不同。直流试验也不能真实模拟运行状态下电缆承受的过电压，并有效的发现电缆及电缆接头本身和施工工艺上的缺陷。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，如在电缆附件内，绝缘若有机械损伤等缺陷，在交流电压下绝缘最易发生击穿的地点，在直流电压下往往不能击穿。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发生击穿的地点。因此，使用非直流的方法对交联电缆进行耐压试验就越来越受到人们的重视。

三、超低频（0.1Hz）耐压试验

0.1Hz的超低频耐压属于交流耐压，且能大大降低交流耐压试验设备的容量和质量以适于现场试验，理论上可以降低500倍，由于结构原因，实际下降50～100倍，方便现场使用。首先，将50Hz电源通过整流和滤波变成所需直流电压，通过逆变电路变成lkHz电压；再由0.1Hz正弦振荡器作调幅处理，使其原lkHz电压等幅波变成0.1Hz的变化调幅波。这个调制电压通过两个高压变压器和电压倍增电路产生正的和负的按0.1Hz正弦波变化的高电压。用压敏电阻器VDR1和VDR2进行解调，从而使负载上输出0.1Hz高压正弦电压波形，其原理如图l所示。
图

1、0.1Hz发生器原理图

试验研究表明，0.1Hz电压对水树的监测十分有效，而水树的产生和发展是交联聚乙烯绝缘电缆最主要的老化方式。电缆试品在超低频耐压与工频耐压下的一致性较差，即如以它作为高压交联聚乙烯绝缘电缆的现场耐压试验，效率是比
较低的，并且，目前开发出的超低频试验设备最高输出电压不高，无法满足较高压电缆的试验要求；但超低频试验设备在中低压电介损测量上得到了很好的应用。因此，在0.1Hz电压下测电缆的介损成为目前中低压交联聚乙烯绝缘电缆的一种有效的绝缘监督方法。

四、工频串联谐振试验方法

工频串联谐振源于：论文格式标准www.7ctime.com
原理是利用补偿电容器组Cn与被试品电容Cx并联，再与电抗器L(L1+L2)串联形成谐振电器，如图2所示。
（备注：T1-接触型调压器；T2-升压变压器；Ll-高压电抗器；L2-可调电抗器； C1-高压电容器；C2-分压电容组；Cn-高压电容组；Cx-试品电容）
图

2、工频串联谐振原理图

串联谐振试验具有以下优点：
（1）串联谐振实际上是一个谐振式电流滤波器，能使被试品上电压波形畸变率<0.5％，获得最佳正弦电压波形，有效防止谐波峰值对被试品产生误击穿。
论文导读：制。调频串联谐振方法是目前最有效的现场交流耐压试验方法。六、应用实例分析某单位选用的苏州华电HDSR-系列调频式串联谐振高压试验设备对110千伏变电所铜材6018柜6kV出线电缆做交流谐振耐压试验测试，在交流耐压试验过程中，没有发生闪络或击穿现象，电缆安全运行至今，交流试验耐压结果如表1。谐振电
（2）串联谐振在全谐振状态下耐压，当被试品中绝缘弱点被击穿时电路立即脱谐，短路电流下降为试验电流的几十分之一，所以，串联谐振耐压既能有效地找出绝缘弱点，又不存在过大的短路电流烧伤故障点的隐患。
（3）发生闪络击穿时，因失去了谐振条件，除短路电流立即下降外，高电压也立即消失，电弧即刻熄灭；且恢复电压再建立过程很长，很容易在再次达到闪络电压之前人为控制断开电源。
目前的工频串联谐振试验设备均是靠调感来调谐，大容量的高压电抗器通过机械装置调节磁路中的气隙长度来改变电抗值，其变化值有一定范围，所带的容性负载也相应有一定的范围；而且质量大，可移动性差，主要用于大型发电机(固定容量)的耐压和实验室工作，现场交联聚乙烯绝缘电缆从几十米到几十千米都有，容量有大有小，工频串联谐振试验设备很难满足实际试验要求。

五、调频串联谐振试验方法

调频串联谐振试验回路由高压串联谐振主回路和调频调压回路组成，其工作原理如图3所示。
图

3、调频串联谐振原理图

高压串联谐振的主回路，主要由被试品电容Cx和电抗器L组成，激励变压器的高压绕组提供 的激励电压，为高压主回路提供持续稳定的谐振，不同试品电容下靠调节频率达到谐振。C

1、C2为电容式高压分压器。调频调压回路主要由变频器、调压器及滤波器组成。

由于大功率电力电子技术的应用，使得调频串联谐振系统的品质因数非常高，可达60～160甚至更高，相应的试验系统单位参考质量约为0.5～2kg/kVA。可见，调频串联试验系统有其突出的优点：调频串联谐振耐压与工频耐压等效性
好，效率高，设备轻便，试品容量范围几乎不受限制。调频串联谐振方法是目前最有效的现场交流耐压试验方法。

六、应用实例分析

某单位选用的苏州华电HDSR-系列调频式串联谐振高压试验设备对110千伏变电所铜材6018柜6kV出线电缆做交流谐振耐压试验测试，在交流耐压试验过程中，没有发生闪络或击穿现象，电缆安全运行至今，交流试验耐压结果如表1。

谐振电源产品使用中的注意事项：谐振电源产品大多都是高压试验设备，要求由高压试验专业人员使用，使用前应仔细阅读使用说明书,并经反复操作训练。操作人员应不少于2人。使用时应严格遵守本单位有关高压试验的安全作业规程。为了保证试验的安全正确，除必须熟悉本产品说明书外，还必须严格按国家有关标准和规程进行试验操作。各联接线不能接错，特别是接地线不能接错。否则可导致试验装置损坏。装置使用时, 输出的是高电压或超高电压，必须可靠接地, 注意操作安全距离。串联谐振试验系统是利用谐振电抗器与被试品谐振产生高电压的，也就是说,能不能产生高电压主要是看试品与谐振电抗器是否谐振，所以，试验人员在分析现场不能够产生所需高电压时，应该分析什么破坏了谐振条件,回路是否接通等。串联谐振试验系统的激磁变压器有特定的电压和电流要求，在选用代替品时，一定要考虑电压和电流，不能采用只是容量相同的普通的试验变压器。
七、结论
综上所述，高压交联聚乙烯绝缘电缆的交接试验和预防性试验不宜再采用直流耐压；0.1Hz超低频试验方法限于输出电压目前尚无法对较高电压的电缆进行试验，但对发现水树等类型的电缆故障效率较高；串联谐振试验方法的等效性最
好，采用补偿电容器可大大提高现有设备的试验能力；调频谐振试验方法等效性较好，设备轻便，试品长度的范围几乎不受限制。在实际的运用中，除了交联电缆,发电机、大型变压器、GIS、耦合电容器等设备在耐压试验时都呈现容性,对于这些容性负载，都可以采取谐振的方法进行交流耐压试验，这不仅可以几十倍的降低电源容量,减小设备体积,还可以使试验更加安全、方便、有效。
参考文献：
高压挤包绝缘电缆竣工验收试验建议导则(CIGREWG21.9).
韩伯锋编著.电力电缆试验及检测技术.中国电力出版社.