对高压交联电缆变频谐振耐压试验的现场应用探讨

来源：职称驿站所属分类：电力论文发布时间：2012-06-19 09:40:08浏览：次

　　摘要：本文根据多年工作经验，着重分析了高压交联电缆进行直流耐压试验存在的缺点和问题，通过比较，选择子变频谐振设备开展高压交联电缆的现垓交流耐压试验，以供同行参考！
　　关键词：高压；交联电缆；直流耐压试验；交流耐压试验；变频谐振
　　
　　0前言
　　今年来由于交联聚乙烯(XLPE)绝缘电力电缆输送容量大、重量轻、运行维护方便等优点，已经成为高压电力电缆发展的主．流方向，在城网改造和大型工程项目中得到了广泛应用。目前南京电网35kV及以上电压等级，XLPE绝缘电力电缆已经全部取代了油纸绝缘电力电缆，这就使得XLPE绝缘电力电缆的绝缘试验尤为重要。
　　传统的直流耐压试验方法在油纸绝缘电力电缆试验中取得很好效果，能够检测出油浸纸绝缘内部的缺陷，保证电缆安全运行，同时还具备试验设备重量轻，可移动性好，容量低等优点，在油纸绝缘电缆试验中得到广泛应用。但XLPE电力电缆绝缘属于整体绝缘，与油浸纸绝缘电缆的复合型绝缘不同，其绝缘介质在直流电场与交流电场下的场强分步、绝缘老化与绝缘击穿机理都是不同的，因而XIPE绝缘电缆进行直流耐压试验无法模拟电缆实际运行状况，试验效果差；且有一定的危害性。因此直流耐，压试验对检测交联聚乙烯绝缘电缆绝缘缺陷有明显的不足，XLPE绝缘电缆竣工试验与预防性试验应采用交流耐压试验方法，IEC60502，IEC60840，IEC62067等标准对额定电压为1~30kV，30-150kV，150~500kV的电力电缆都要求做交流耐压试验，频率为30-300Hz。
　　1交流耐压技术简介
　　1.l超低频0.1Hz耐压试验
　　0.1Hz超低频耐压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。但试验研究表明，电缆试品在超低频耐压与工频耐压下的一致性较差，作为XLPE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。所以，0.1Hz超低频耐压试验是目前中低压交联聚乙烯绝缘电缆耐压试验的一种选择方法。
　　1.2振荡电压试验
　　振荡电压试验是用直流电源给电缆充电，然后通过一个放电球隙给一组串联电阻和电抗放电，得到一个阻尼振荡电压。CIGREWG21.09(《高压挤包绝缘电缆竣工试验建议导则》)指出，此种方法优于直流耐压试验，但仍不如工频试验有效。
　　1.3串联谐振耐压试验
　　串联谐振试验系统是利用在工作频率下电抗器的感抗和电缆电容的容抗产生谐振的原理来产生高电压的。典型的谐振试验系统的简化线路如图1所示，可调自耦变压器T1，为励磁变压器T2提供一个可变的工作电压，T2供给谐振回路功率，并将试品回路与电源回路隔开，电容器C代表试品电容及其它并联电容。电感L代表可变电抗器，其电感量L调节至抵消电容C的容抗时，回路将达到谐振状态。
　　因为XLPE绝缘电缆的电容量大，若是采用工频或接近工频的交流试验电压，存在的最大困难是长线路需要很大容量的试验设备。重量和体积均十分庞大，现场基本上无法满足试验要求。利用变频谐振试验装置，较小的电源容量可提供较大的试验容量，可提供被试设备高于电源电压Q(品质因数)倍的试验电压，其体积、重量、电源容量等较工频交流试验有很大的优势，而且试品击穿放电时受到的破坏较小，因为试品被击穿后谐振即被破坏，回路中不产生过电压，被试晶上的电位立即降低至零；故障点通过的放电电流仅为被试品的等值电容上的储能，能量有限，对被试品的破坏较小。
　　
　　采用变频谐振试验装置进行电气设备绝缘状况的检测，可以大大降低超XLPE绝缘电缆故障运行的机率，提高可靠性和安全性。同时又可以降低试验费用，节约试验成本，避免因试验可能会对设备造成的的损伤，所以采取这种试验方法所带来的经济效益是非常巨大的。
　　2变频谐振试验系统原理及其试验过程
　　2．1变频谐振试验系统原理
　　变频谐振试验方法是根据串联谐振的原理，通过改变试验回路的试验频率，使得回路的串联电抗器的电感L和试品的电容Cx发生串联谐振。这样，试验回路中试品上的大部分容性电流与电抗器上的感性电流相抵消，电源供给的能量仅为回路中消耗的有功功率，为试品容量的I／Q(Q为回路的品质因数)。因此试验电源的容量大大降低，质量大大减轻。变频串联谐振试验装置原理如图2，其中VF的作用是将幅值和频率固定的工频电源转变成为幅值和频率可调的正弦波，为整套设备提供电源。T的作用是将变频控制器输出的单相电压升到合适的试验电压，满足试品在一定品质因数下试验电压的要求。L与电缆试品组合发生串联谐振，并保证谐振频率在30~300Hz范围内。Cl和C2，的作用是测量试验电压，井将信号反馈给变频控制器以用于过电压保护，C1、C2分别为电容分压器的高压臂和低压臂。
　　
　　2.2变频谐振试验过程
　　进行试验时，被试相设备短路接试验电压，其它非被试相设备短路接地。以试验A相时为例，B、C相接地，A相连接到高压源，A相屏蔽层连同B、C相屏蔽层一起接地，如图3所示。
　　
　　工作时，先由变频器经励磁变压器T向主谐振电路输入一个较低的电压UT，调节变频器的输出频率变频谐振试验原理的等效电路可由图4所示，电抗器的电感值L是固定不变的(包括励磁变压器的电感)，高压试验回路等效电阻为R，被试电缆、电容分压器及引线分布电容等综合电容之和简称为试品电容C。在RLC串联回路中，当变频电源的频率f逐步升高时，谐振电抗器的感抗逐步增大，而试品电容的容抗随着频率f的增大逐步减小。当达到电容中的某一频率时，回路中的感抗与容抗相等，电感中的电磁场能量与试品电容中的电场能量相互来回反馈补偿，试品所需的无功功率全部由电抗器供给，电源只提供回路的有功损耗。此时，电路达到谐振状态，谐振频率回路电流则励磁电压UT=IR，电缆试品电容的容抗产生的电压Uc=Ixc=I/(2πfC)。
　　3试验实例分析
　　下面以某110kV高压电缆的耐压试验的做法进行说明：
　　
　　（1）主绝缘交流耐压参数理论计算
　　①试品电容量：线路选用截面积为630mm2的110kV交联聚乙烯电缆。回路长度为3.85km，其电缆电容量参考值为0.188µF／KM，则电容量为：C=0.188x3.385=0.636µF。
　　②试验频率计算：
　　
　　③试验电压：1.7U0=1.7x64=109kv，加压时间：60min。
　　④试验电流计算：
　　I=Uc2πfC=2πx50x0.636x10-6x109x103=21.76A
　　（2）理论值与实测值对比
　　试验时，在电缆导体和金属铠装层之间施加109kY的交流电压，3条110kV交联电缆分3次试验，各保持1h，均通过试验。试验时的测量值见表1，从表中可以清楚地看出，理论计算与实际值两者相差的范围很小，验的结果是很理想的。
　　表1理论计算值和试验实际数值对比
　　相别试验电压（kV）耐比时间（min）试验频率（Hz）被试品电流（A）
　　理论实际理论实际
　　A 109 60 51.5 50.71 21.76 20.1
　　B 109 60 51.5 50.76 21.76 20.8
　　C 109 60 51.5 50.79 21.76 21.2
　　4结语
　　（1）直流耐压试验不能模拟高压交联电缆的运行工况，试验效果差，并且有一定的危害性，在现场竣工验收试验时，不宜再采用直流耐压的方法。
　　（2）交流耐压试验是现场检验交联电缆的敷设和附件安装质量做有效的手段。我们所用的变频谐振装置符合IEC和国际的有关要求，通过电抗器串并联的方法可以满足110kV高压交联电缆现场交流耐压的要求。