浅析橡塑电力电缆耐压试验方法

郑栋才

摘要：本文讲述了交联电缆直流耐压试验的缺点，论述了利用变频谐振系统对电力电缆进行串联谐振耐压试验的基本原理，并通过采用变频谐振系统在工程实践中的应用实例论证了变频谐振方法在交联电缆现场交流耐压中的实用性和可行性。

关键词;电缆;耐压;谐振;试验

Abstract: this paper introduced the crosslinking cable dc pressure test shortcomings, discusses the use of variable frequency resonant system of the power cable network (on the basic principle of pressure test, and through the variable frequency resonant system engineering practice in the application example demonstrates the resonant frequency conversion method in the crosslinking cable site of the feasibility and practicality exchange compression.

Keywords; Cable; Compression; Resonance; test

中图分类号：TM247文献标识码：A 文章编号：

前言

多年来由于人们认识水平和试验设备的原因，交联电缆在现场以直流耐压试验代替交流耐压试验。但是发现用直流耐压不能保证安全运行，如多条10kV橡塑电缆，交接时按要求进行了直流耐压试验，但运行不到半年，或在投运当天，在运行电压下发生击穿事件；因此宜用交流耐压试验替代原来的直流耐压试验，保证电缆安全可靠运行。

1使用直流耐压试验的缺点

试验规程规定，橡塑电力电缆耐压试验在条件不允许的情况下才允许用直流装置，但是该套设备采购昂贵，元件众多，体积也大，而且接线亦麻烦。面对如此复杂的试验为何仍需要选择交流耐压试验代替直流耐压试验，因为直流耐压试验有如下缺点：

1.1在直流电压作用下其绝缘层中的电场强度是按绝缘电阻系数正比例分配的。而交联聚乙烯电缆处于交联过程中不可避免地溶入一定量的副产品，它们具有相对小的绝缘电阻系数但在绝缘层径向分布是不均匀的，在直流电压下交联聚乙烯电缆绝缘层中的电场分布是不均匀的，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，有的地方电场却比较弱的情况，导致局部绝缘击穿，在运行中引起事故。

1.2电缆属于容性电气设备，在直流电压会存储积累单极性残余电荷。一旦对电力电缆施加了直流电压，即使对电缆已经充分放电，但是实际施工仍出现被电击的可能。电缆如果在直流残余电荷未充分放干净之前就投入运行，残余电荷便会叠加在工频电压峰值上，使得电缆上的电压值远远超过其额定电压，从而有可能导致电缆绝缘击穿。

1.3橡塑电缆的直流耐压试验，由于交联聚乙烯绝缘电缆的半导体凸出处和污秽点等处容易产生空间电荷，绝缘中的实际电场强度最高可达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。

2橡塑电缆交流耐压试验

通过上面的分析我们可以得出直流耐压试验对电缆耐压有不可取性，所以我们推广串联谐振耐压试验方法，该试验方法不但能满足高压交联电缆的耐压要求，而且具有重量轻、可移动性好的优点，适宜现场试验。

2.1串联谐振

串联谐振耐压试验是利用电抗器的电感与被试品电容实现串联谐振，这已经成为当前高电压试验的新的方向和潮流，在国内外得到了广泛应用。调频式采用固定电感电抗器，通过调节激励电源的频率使其与试验回路的固有频率相同，串联回路达到谐振状态，从而在被试品上产生高电压或大电流，实现对被试品耐压试验的目的。

图1为串联谐振的等值电路图

图1

L为电感，C为电容（包括被试电容、电容分压器、高压试验回路电容）

当RLC电路产生谐振时，XL=XC UC=UXL/R=UXC/R

此时的谐振频率为f=2∏(√LC) /1,在C上将产生很高的电压 UC=QUe

式中Ue为电源输入电压，Q是品质因数。即在被试品上获得的电压是电源输入电压的Q倍。

串联谐振的优点：利用额定电压较低的电源，通过谐振（谐振条件XL=XC）可以在被试品上获得较高的输出电压。此电路形成1个良好的滤波电路，故输出电压UC是1个良好的正弦波电压。当试品击穿失去谐振，高低压电流自动减小，不会扩大被试品的故障点。

2.2交联电缆变频串联谐振耐压过程

串联谐振设备由5个部件组成，分别是电抗器、励磁变、变频控制箱、分压器、负载补偿电容器。

2.2.1. 电抗器

例：F-DK36/22

额定电压：22kV额定电流：1.65A工时制：15分钟

额定电感量: 66.3H工作频率：32—300Hz 最大负载373nf

上述的铭牌标称即为此电抗器的极限值，请勿擅自超越。超过极限将可能造成人身及设备事故。

2.2.2. 励磁变压器

输出接线柱——励磁变输出高端，连接至电抗器低压端。

电流取样输出插座——用专配电缆线连接至控制箱的电流取样输入插座，用于试品电流测量。

接地接线柱E——励磁变输出低端，用专配接地线组接大地。

变频输入插座——五心快速卡口联接插座，用专配电缆线连接至控制箱的变频输出插座。

2.2.3.电容分压器

高压端——与被试品高压端（或电抗器高压端）相连。

测量输出插座——采用专配的测量电缆与控制箱电压测量输入端连接。

接地端子——采用专配接地线按接线图指示接地。

2.2.4电抗器的组配

串联谐振设备主要运用于被试品主绝缘耐压。其中根据两种不同形式的试验，对电抗器的配置要求也不相同。

配置步骤：

a根据试验标准选择试验电压，并根据试验电压考虑电抗器的组配。

如：3公里规格为8.7/15kV 300mm2电缆试验

10kV电缆交流耐压试验电压为2.5U0=2.5*8.7=21.75kVF-DK36/22电抗器额定电压为22kV，单台可以满足21.75kV。

b.估算或者通过仪器测量被试品的电容量，根据电容量选择电抗器组配

例：3公里规格为8.7/15kV 300mm2电缆

估算电容量3*0.37=1.11μf型号为 F-DK36/22电抗器最大负载为0.373μf。 3X0.373μf=1.119μf >1.11μf 所以只需选择3台电抗器就可满足要求，理论值是如此，但是实际试验中建议选择4台电抗器，即4X0.373μf=1.492μf。根据计算得出需要最少3台电抗器并联使用。

c.频率核算

根据公式f= 1/2∏(√LC)计算频率是否超出试验要求。

例：根据上两步配置需要3个电抗器并联使用

则L=66.3/3H=22.1HCx=1.11μfCb=250Pf（分压器电容量与被试品相比极小时可忽略）f=32.13Hz>32Hz

结论：3公里规格为8.7/15kV 300mm2电缆试验可以用3台型号为F-DK36/22的电抗器并联组合进行试验。

3芯电缆电容参数表（单位：uF）

截面mm2

试验前应先检查试验接线是否正确，检查各设设备接地是否可靠，无问题后打开主机电源对变频器进行试验电压和试验时间的设置，然后选择自动搜索谐振频率，也可选择手动搜索谐振频率，自动搜索成功后再进行调压，使电压达到预设的电压值，在保持此电压的情况下开始计时，到达时间后，将电压降低至零，查看电缆有无异常，无异常后表明该电缆耐压通过，完成变频谐振耐压试验。

4现实工程应用及推广

2011年11月14日，110kV东凤变电站10kV峨嵋线717开关间隔出线电缆做交流谐振耐压试验，长度3132米，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。变频串联谐振试验装置广泛用于电力、冶金、石油、化工等行业，适用于大容量，高电压的电容性试品的交接和预防性试验。例如：6kV-500kV高压交联电缆的交流耐压试验，6kV-500kV变压器的工频耐压试验 ，GIS和SF6开关的交流耐压试验，发电机的交流耐压试验，其它电力高压设备如母耐压试验代替交流耐压试验，如果采用交流耐压试验，大部分采用变频串联谐振线、套管、互感器的交流耐压试验。

参考文献1夏门理工学院陈天翔、王寅仲、海世杰 编 《电气试验第2版》 中国电力出版社2广东省广电集团有限公司深圳供电分公司 江毅、钟建灵 著 《交联电缆技术要求的新趋势及交流耐压试验的状况》

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看