对于10kV电力电缆试验方法的探讨

陈英

摘要：近年来，随着电网改造工程的不断深入,交联聚乙烯电力电缆越来越被广泛使用。本文主要对10kV交联聚乙烯电缆各种耐压试验的方法进行了探讨。

关键词：10kV， 电缆试验， 直流耐压 ，交流耐压

Abstract: in recent years, with the deepening of the network reconstruction project, crosslinked polyethylene power cable is more and more widely used. This paper mainly to 10 kV crosslinked polyethylene cable all kinds of pressure test methods were discussed.

Keywords: 10 kV, cable test, dc voltage ac voltage

中图分类号：F407.61文献标识码：A 文章编号：

前言

电力电缆在电力系统及城市配电网中使用广泛，它的绝缘状况直接影响电力系统发、供、配电的安全运行，因此应该按《规程》要求对其进行电气试验，以便及时发现缺陷，对于油纸绝缘电缆，过去都采用直流耐压试验来判断其绝缘好坏，但是对于交联聚乙烯电力电缆，直流耐压对于缺陷的检测不但无效，甚至对电缆寿命和运行是有害的，取而代之的试验方法是交流耐压试验，包括工频耐压试验，谐振耐压试验，超低频耐压试验，震荡波耐压试验等，本文就这几种试验方法的特点进行简单的分析。

1.直流耐压试验对交联聚乙烯绝缘电缆的局限性

直流耐压试验对发现多数油纸绝缘电缆的绝缘缺陷十分有效，但对交联聚乙烯绝缘电缆则未必，甚至可能产生副作用。

（1）交联聚乙烯绝缘在交流电压下的电场分布不同于施加直流电压时的电场分布。交联聚乙烯绝缘材料是聚乙烯塑料经交联工艺而生成的，属整体型绝缘材料，其介电常数为2.1～2.3，且一般不受温度变化的影响。在交流电压下，交联聚乙烯绝缘层内的电场分布是由介电常数决定的，即电场强度是按照介电常数的反比例分配的，这种分布比较稳定。在直流电压下，绝缘层中的电场强度是按照绝缘电阻率的正比例分配的，且绝缘电阻率分布是不均匀的(在交联聚乙烯塑料生产过程中，因工艺原因不可避免地在主料中有杂质存在，如甲烷聚乙醇，它们具有相对较小的绝缘电阻率，且沿绝缘层径向分布是不均匀的)，所以交联聚乙烯绝缘层中的电场分布不同于理想绝缘结构而与材料的不均匀性有关。

（2） 直流耐压试验不仅不能有效地发现交联聚乙烯绝缘中的水树枝等绝缘缺陷，而且由于空间电荷的作用，还容易造成高压电缆在交流电压作用下某些不应发生问题的地方投运不久就发生击穿。此外，电缆的某些部分，如电缆头，在交流情况下，存在某些缺陷，在直流耐压试验时却不会击穿。

（3）xlpe电缆在直流电压下会产生"记忆"效应，存储积累单极性残余电荷。如果在电缆内的直流残余电荷未完全释放即投入运行，直流偏压便会叠加在工频电压峰值上，使得电缆上的电压值超过其额定电压，从而有可能导致电缆绝缘击穿。

（4）现场进行直流耐压试验，如果发生闪络或击穿可能会对其他正常的电缆和接头的绝缘造成危害。国内外的调查研究和实践都表明，直流耐压试验不能有效发现交流电压作用下的某些缺陷，如电缆附件内的机械损伤或应力锥放错等。

总之，xlpe等高压橡塑绝缘电缆不宜做直流耐压试验已在国内外达成共识。

2.交流耐压试验的主要方法有：工频耐压试验，谐振耐压试验，超低频耐压试验，震荡波耐压试验等

（1）工频交流耐压试验

工频耐压试验装置主要由电源控制器、调压器、升压变压器、保护球隙等组成，是高压试验中最常见的耐压设备。工频耐压试验最能反映电缆绝缘的实际情况，这是因为：电缆是在工频下运行的，其试验电压和频率在工频下最为合理，可完全模拟运行情况;从理论上讲，工频耐压试验不但能反映电缆的泄漏特性，而且能完全反映电缆的耐压特性，还能反映电缆局部电介质损耗引起的局部耐压特性。对XLPE电缆进行工频交流耐压试验，最大的困难是要有很大容量的试验设备。电压越高，线路越长，试验设备容量越大。就使得这些仪器非常笨重，且所占面积较大，不便运输，因此只适用于一些较短较细电缆的交流耐压试验。

（2）交流变频串联谐振试验

为了适应在现场进行XLPE电缆交流耐压试验的需要，关键在于要尽量减小试验设备的容量。应用串联谐振技术，是减小试验设备容量的一项有效措施。试验证明，变频串联谐振装置能够以较低电压、较小容量的电源设备，使电缆绝缘承受较高的试验电压。现在大都采用调频式（30-300Hz）串联谐振试验设备，可以得到更高的品质数（Q值），并具有自动调谐、多重保护，以及低噪音、灵活的组合方式（单件重量大为下降）等优点。

基于一些高校实验室的理论和模拟试验研究以及国外十几年来采用变频试验的经验证明，其等效性好、效率高、设备轻便，试品长度几乎不受限制。

（3）超低频耐压试验

超低频耐压试验装置的输出频率一般为0.01～0.1Hz，输出波形为正弦波或余弦波，故超低频试验也是一种交流耐压试验。采用超低频试验的目的是为了满足在交流电压条件下，尽可能减小试验设备的体积和重量。直流试验不能有效检验出XLPE电缆线路的缺陷，注入的空间电荷又会影响其绝缘性能，而采用交流电压试验，需要高电压大容量的试验设备，因此，可以选用超低频电压试验。从50Hz改到0.1Hz，理论上可以把试验设备容量降低到1/500，实际由于结构原因，容量可降低50～100倍。这样，0.1Hz的试验设备就可以与直流试验设备一样做到容量小、自重轻，适合现场使用。对于XLPE电力电缆，不宜采用直流电压进行现场耐压试验，而应采用0.1Hz超低频电压试验。0.1Hz超低频电压试验的项目主要包括耐压试验和介损测量。目前国际上开发的0.1Hz试验设备，电压均低于100kV，只适用于中压(6～35kV)XLPE电缆线路。实验室的模拟试验研究表明：电缆试品在0.1Hz耐压与工频耐压下的一致性较差，效率是比较低的。无法满足高压电缆的试验要求。但0.1Hz超低频耐压试验在中低压电缆介损测量上得到了很好的应用。

（4）震荡波耐压试验

震荡波耐压试验方法是1990年国际大电网会议推荐的适用于高压聚合物绝缘电力电缆敷设后现场试验的新方法，也适用于定期预防性试验。目前此方法主要用于110kV及以上的高压电缆。震荡波耐压试验方法原理为：通过直流电源对充电电容c1进行充电，达到预定值后使球隙放电，对被试品进行充电，达到预定幅值时球隙停止放电，此时，试验电压通过c1和电感线圈、回路电阻，试品电缆cx形成振荡放电回路，从而在试品上得到的试验电压是一个千赫兹级的衰减震荡波电压。

利用高频震荡波作为电缆敷设后的交接试验或预防性试验，其优缺点如下：

优点：1这种方法在现场比较容易在被试品上得到所需的高电压；

2所需的电源容量较小；

3此方法对于机械损伤和水树枝类型绝缘缺陷的发现效果较好。

缺点：1震荡波装置需要高压电抗器、高压电容和球隙放电控制装置，从而使现场使用不方便；

2此方法效率不高，对于较长电缆线路上高频电压波的衰减问题很难解决，即经长距离传播后电压波的幅值难以保持；

3此试验方法与工频耐压试验的等效性还需进一步研究论证。

结论：

1对于交联聚乙烯电缆，直流耐压试验只能发现电缆绝缘已明显劣化或击穿的情况，因对电缆有破坏作用，因此国内许多地区和国际大电网会议工作组对xlpe电缆不再推荐进行直流耐压试验。

2变频谐振试验装置由变频电源、激励变压器、谐振电抗器、分压器组成，试验设备容量和体积小，携带操作比较方便，发现电缆缺陷比常规的直流耐压更有效，是现在常用的交流耐压试验方法。

3超低频试验装置由操作控制和高压电源组成，现场操作轻巧方便，对电缆没有“破坏”作用，完全可作为橡塑电缆的一种试验方法，目前技术限制使其主要用于小于等于35kV的电缆试验。

4对大于等于110kV的电缆，振荡电压法体积小，现场操作方便，但能否有超低频和变频谐振试验的效果，尚待验证，但基于高频震荡波系统的局部放电检测技术可以检测电缆的特殊部位（中间头，终端头等），对于110kV及以上的电缆，现场进行此试验很有必要。

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