串聯(lián)諧振裝置現場(chǎng)做交流耐壓試驗應用說(shuō)明

如何用串聯(lián)諧振裝置給高壓交聯(lián)電纜現場(chǎng)做交流耐壓試驗？ 問(wèn)題的提出，首先我們要從電纜構造說(shuō)起。當前在和國內已有越來(lái)越多的XLPE交聯(lián)聚乙烯絕緣的電力電纜替代原有的充油油紙絕緣的電力電纜。但在交聯(lián)電纜投運前的試驗手段上由于被試容量大和試驗設備的原因，幾十年以來(lái)，電力系統仍沿襲使用直流耐壓的試驗方法。近年來(lái)、國內的很多研究機構的研究成果表明直流試驗對XLPE交聯(lián)聚乙烯電纜有不同程度的損害。有的研究觀(guān)點(diǎn)認為XLPE結構具有存儲積累單極性殘余電荷的能力，當在直流試驗后，如不能有效的釋放掉直流殘余電荷，投運后在直流殘余電荷加上交流電壓峰值將可能致使電纜發(fā)生擊穿。國內一些研究機構認為，交聯(lián)聚乙烯電纜的直流耐壓試驗中，由于空間電荷效應，絕緣中的實(shí)際電場(chǎng)強度可比電纜絕緣的工作電場(chǎng)強度高達11倍。交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜即使通過(guò)了直流試驗不發(fā)生擊穿，也會(huì )引起絕緣的嚴重損傷。其次，由于施加的直流電壓場(chǎng)強分布與運行的交流電壓場(chǎng)強分布不同。直流試驗也不能真實(shí)模擬運行狀態(tài)下電纜承受的過(guò)電壓，并有效的發(fā)現電纜及電纜接頭本身和施工工藝上的缺陷。因此，使用非直流的方法對交聯(lián)電纜進(jìn)行耐壓試驗就越來(lái)越受到人們的重視。目前，在中低壓電纜上國外已使用超低頻電源（VLF）進(jìn)行耐壓試驗。但由于此類(lèi)VLF的電壓等級偏低，尚不能用于110kV及以上的高壓電纜試驗。在國內，對于低壓電纜,這種方法也使用過(guò)，但由于試驗設備的原因，沒(méi)能得到大面積的推廣。而近些年由于城、農網(wǎng)建設改造的進(jìn)行， XLPE交聯(lián)電纜越來(lái)越多，僅僅靠直流耐壓試驗后就將電纜投入運行，而在運行電壓下發(fā)生電纜或電纜頭擊穿的事例也時(shí)有發(fā)生。所以，大家都在探索新的試驗方法。

試驗標準問(wèn)題的探討

由于設備容量和體積等問(wèn)題，目前國家尚無(wú)高壓電力電纜敷設后在現場(chǎng)進(jìn)行交流耐壓試驗的相應標準。但對直流耐壓試驗的標準,由于前面所述原因人們也產(chǎn)生了一些疑問(wèn)。CIGRI大電網(wǎng)工作會(huì )議21工作組的《高壓擠包絕緣電纜竣工驗收試驗建議導則》中對目前采用的直流耐壓試驗方法提出疑議，并推薦使用工頻及近似工頻（30-300Hz）的交流試驗方法。IEC 60840標準中在45-150kV敷設后電纜試驗標準中除原直流試驗標準外，增加了1.7U0 5分鐘或1U0 24小時(shí)的交流試驗標準。而在220kV等級中IEC 62067/CD草案中則取消了電纜敷設后試驗中直流試驗的標準，只有交流試驗的要求，即 20-300Hz 1.4U0 60分鐘。為了更有效的對施工后的交聯(lián)電纜進(jìn)行交接試驗,華北電力集團公司在《電力設備交接和預防性試驗規程》修訂內容中在電纜主絕緣耐壓試驗一項中增加了電纜的交流耐壓試驗標準。之后，國內很多地方也相應的出臺了地方性試驗標準，其試驗頻率大多都在30-300Hz，中低壓電纜試驗電壓為1.6-2.0倍的相電壓，高壓電纜試驗電壓一般都在1.4-1.7倍的相電壓，具體根據各個(gè)地方略有不同，浙江推薦中低壓電纜試驗頻率為45-65 Hz，高壓電纜試驗頻率為35-75 Hz。

電纜試驗頻率爭議

由于電纜的電容量較大，采用傳統的工頻試驗變壓器很笨重，龐大，且大電流的工作電源在現場(chǎng)不易取得。因此一般都采用串聯(lián)諧振交流耐壓試驗設備。其輸入電源的容量能顯著(zhù)降低，重量減輕，便于使用和運輸。初期多采用調感式串聯(lián)諧振設備（50Hz），但存在自動(dòng)化程度差、噪音大等缺點(diǎn)。因此現在大都采用TPXZB系列調頻式（30-300Hz）串聯(lián)諧振試驗設備，可以得到更高的品質(zhì)數（Q值），并具有自動(dòng)調諧、多重保護，以及低噪音、靈活的組合方式（單件重量大為下降）等優(yōu)點(diǎn)。

綜合國內外有關(guān)技術(shù)資料，選擇合適的試驗頻率范圍是個(gè)比較重要的問(wèn)題。在這方面，有一些不同的觀(guān)點(diǎn)和提法。就目前的國內外的提法來(lái)看，我們總結可分成3類(lèi)：第1類(lèi)為較寬頻率范圍30-300Hz、20-300Hz、1-300Hz；第2類(lèi)為工頻范圍，45-65Hz，45-55Hz；第3類(lèi)為接近工頻，35-75Hz。

（1）第1類(lèi)較寬頻率范圍

大電網(wǎng)會(huì )議第21、09工作組發(fā)布的《試驗導則》，建議頻率范圍為30-300Hz。但實(shí)際上更低一些頻率也具有較好地等效性。IEC60840和IEC62067標準草案（2001年和2000年）就規定可采用20-300Hz。

國外有些廠(chǎng)家設計串聯(lián)諧用電抗器，在特殊情況下也有采用zui低頻率為25Hz或20Hz的。當然頻率愈低，被試電纜的長(cháng)度（電容量）可增大。但是電抗器鐵心因此放大，使重量增加。個(gè)別資料顯示, 1-300Hz的交流試驗也具有與工頻交流試驗的等效性，這說(shuō)明實(shí)際應用中頻率下限有可能取得更低，例如小于20Hz甚至到0.1Hz也是可行的。進(jìn)一步表明在這樣的頻率范圍內，絕緣內部各介質(zhì)的電壓分布及介質(zhì)特性仍基本相同。

工作頻率超過(guò)300Hz是否適當？有資料報導說(shuō)，隨頻率增高，串諧電抗器及勵磁變壓器的損耗降低，但是要考慮被試品電容介質(zhì)的極化發(fā)熱問(wèn)題，因此頻率高于300Hz是不可取的。

（2）第2類(lèi)為工頻范圍

上工業(yè)頻率主要指50Hz和60Hz兩種，故IEC標準規定對高壓絕緣的工業(yè)試驗頻率范圍為45-65Hz，在我國額定工頻為50Hz。GB/T16927.1-1997規定工頻試驗頻率范圍為45-55Hz。

認為工頻電力電纜的試驗電壓也必須是工頻，這是趨于比較保守的觀(guān)點(diǎn)。針對此問(wèn)題應該著(zhù)重說(shuō)明交接和預防性試驗的目的在于發(fā)現絕緣缺陷的能力來(lái)定的。在不同的頻率下只要絕緣內部介質(zhì)電壓分布相同，又有基本相同的檢出絕緣故障的能力，就能達到試驗的目的。因此即使選用比工頻范圍更寬的頻率也是可以接受的。

在90年代中期為了選擇適當的交流耐壓試驗的頻率范圍，做了大量、仔細的基礎研究工作。得出頻率在30-300Hz范圍內，橡塑電纜內部幾種典型絕緣缺陷的擊穿特性沒(méi)有明顯差別。這應該是可信的，也得到普遍采用。分析形成這種在不同頻率下良好的擊穿特性，主要原因是優(yōu)良的同軸絕緣結構，單一的絕緣介質(zhì)，材質(zhì)相對純潔、電場(chǎng)分布合理、規則。因此，在不同頻率下結構內部電壓分布相同，形成寬頻率范圍試驗的條件。

油紙絕緣電纜一直采用頻率等于零的直流電壓進(jìn)行耐壓試驗，其實(shí)際效果很好，數十年來(lái)未受到置疑。

（3）第3類(lèi)為接近工頻頻率，35-75Hz

國外曾對正常XLPE（交聯(lián)聚乙烯）絕緣電纜樣品，在不同頻率下進(jìn)行擊穿試驗。結果表明在頻率為35-75Hz時(shí)擊穿電壓均落在可置信度95%之內。因此有觀(guān)點(diǎn)贊成試驗電壓頻率選在35-75Hz,也較為靠近運行電壓頻率50Hz。值得注意的是，上述測試結果是對正常絕緣做的擊穿試驗。而交接和預防性試驗所采用的試驗電壓值是偏低的，它只能擊穿有缺陷的絕緣弱點(diǎn)（機械損傷、水樹(shù)枝、終端頭或接頭盒應力鐵錐施工或用料錯誤，等等），*不足以擊穿電纜本體的正常絕緣?？梢?jiàn)兩種試驗的目的和工作機理均不相同。似乎沒(méi)有必要將正常絕緣35-75Hz的擊穿特性“延伸"應用到檢測絕緣缺陷方面。

串聯(lián)諧振裝置的選型

 35kV及以下電壓等級的電纜使用數量多，實(shí)驗工作量大，所以此類(lèi)耐壓試驗裝置應該體積小，重量輕，滬躍公司生產(chǎn)的電纜串聯(lián)諧振試驗裝置由此誕生。

本裝置中，要求單個(gè)人能現場(chǎng)搬動(dòng)的部件重量不超過(guò)30kg，要求兩人能現場(chǎng)搬動(dòng)的部件不超過(guò)60kg，適合現場(chǎng)搬動(dòng)，電抗器部分采用干式環(huán)氧澆注，美觀(guān)可靠，適合各類(lèi)電纜的要求。本裝置具有以下特點(diǎn)：

（1）、操作簡(jiǎn)便

具有自動(dòng)/手動(dòng)調諧功能；大屏幕顯示電壓、電流和頻率等參數；具有過(guò)壓過(guò)流整定與保護功能；具有失諧保護功能；具有自動(dòng)記時(shí)和時(shí)間到關(guān)閉功能；電壓調節具有零位啟動(dòng)功能，以保證調諧的安全性和高壓回路的零起升壓；

（2）、配置靈活

電抗器采用多臺式，試被試設備可串可并使用，而且可以根據被試設備確定帶到現場(chǎng)區的電抗器的個(gè)數；

（3）、重量輕、體積小

以一套2kM長(cháng)的10kV電纜（高壓電流2.）為例，單臺電抗器重量35kg（2臺），變頻控制箱重量12kg，勵磁變壓器重量15kg。

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