维普资讯 http://www.cqvip.com 第２４卷第３期 ２００７年６月 供 用 电 ５５ ３５ ｋＶ交联电缆耐压试验装置及试验标准探讨 冯伟，王美根 （上海市南电力工程有限公司，上海２００２４０） 摘要－为进行３５ ｋＶ交联聚乙烯电力电缆的交流耐压试验，选择采用超低频耐压试验，并对几种耐压试验 装置进行了比较。根据国内外经验并结合现场实际，讨论了超低频耐压试验的电压波形、试验电压值和耐压 时间的确定，同时还对在耐压试验中结合局部放电测量以发现缺陷进行了探讨。 关键词：超低频耐压试验；试验装置；试验标准 中图分类号：ＴＭ ８３５．１；ＴＭ ２４７ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００６—６３５７（２００７）０３—００５５—０３ 目前，有越来越多的交联聚乙烯（ＸＬＰＥ）电 器Ｌ１、Ｌ２的自重和体积很大。因此，目前这种串 力电缆被采用，替代充油纸绝缘电力电缆。受所 联谐振电源装置主要仅用于１１０ ｋＶ及以上的电 需试验设备容量大的制约，ＸＬＰＥ电缆投运前的 力电缆的试验。 试验仍沿袭进行直流耐压试验。近年来很多研究 成果表明，ＸＬＰＥ绝缘结构具有存储、积累单极性 残余电荷的能力，直流耐压试验后，如不能有效释 放掉直流残余电荷，投运后在直流残余电荷上叠 加交流电压峰值后将可能致使绝缘发生击穿。国 内一些研究机构认为，ＸＬＰＥ电缆的直流耐压试 验中，由于空间电荷效应，绝缘中的实际场强可达 图１ 串联谐振交流耐压试验原理接线图 允许工作场强的１１倍。这样，ＸＬＰＥ电缆即便通 Ｔ１ 接触型调压器；Ｔ２升压变压器；Ｌ１ 高压电抗器 过了直流耐压试验，不发生击穿，也会造成绝缘严 Ｌ２一可调电抗器；Ｃｌ～高压电容器；Ｃ２一分压电容器； 重损伤；其次，由于直流电压下场强分布与运行时 Ｃｎ高压电容器组；Ｃｘ一试品电容 的交流场强分布不同，直流耐压试验也不能真实 １．２变频串联谐振电源装置 模拟运行状态下电缆承受的过电压，以有效发现 变频串联谐振电源装置实际上是串联谐振电 电缆及电缆接头本身和施工工艺上的缺陷。在实 源装置的一种发展，通过调节输入电源的频率达 际中，确实也有刚刚通过直流耐压试验但运行后 到谐振，试验原理接线图如图２所示。此电源装 很快就发生故障的情况。因此，很有必要探讨使 置中的电抗器自量和体积可以比串联谐振电源装 用非直流的方法对交联电缆进行耐压试验。 置中用的大为减小，整个电源装置的总重约为串 ｌ超低频耐压试验装置与串联谐振耐压 联谐振电源装置的１／４，但对输入电源的容量要 试验装置的比较 求仍较大。 电缆的交流耐压试验电源装置主要有以下 几种。 １．１ 串联谐振电源装置 工频串联谐振交流耐压试验原理接线图如图 １所示。试验电压和频率的调节与试验回路和负 图２变频串联谐振交流耐压试验原理图 载有关。只有当调节回路固有频率与电源频率一 致（谐振）时，试品两端的电压达到电源电压的Ｑ １．３超低频电源（ＶＬＦ）装置 （品质因素，一般为几十）倍，试验电流会达到几到 超低频电源装置是将５０ Ｈｚ电源电压通过整 十几安培，所以这会要求试验变压器Ｔ２和电抗 流、逆变后变成１ ｋＨｚ电压，再由０．１ Ｈｚ正弦振 维普资讯 http://www.cqvip.com ５６ 供 用 电 ２００７年第３期 荡器作调幅处理，使其变成按０．１ Ｈｚ变化的调幅 对表１和表２有以下几点说明。 波，再通过两个高压变压器和电压倍增电路产生 正的或负的０．１ Ｈｚ正弦波高电压，（原理框图如 图３所示）。由于频率降低５００倍，试验电流由此 １）表中试验电压为有效值。若以此电压作 为峰值，则耐压时间应加倍。 ２）表中耐压时间为推荐时间，实际耐压时间 也降低了５００倍，一般在几十毫安的水平。因此 超低频电源设备容量一般也就１ ｋＶＡ左右，比较 轻巧，最大质量不超过１００ ｋｇ，一个小的汽油机 发电机就可供电了。 可根据供应商、用户的要求，并结合试验条件、电 缆系统组成结构、安装条件、测试的频繁程度、试 验方法而定。 ３）当试验中断，计时器应归零后重新试验。 ４）超低频电源的频率范围为０．０１～０．１ 图３一种超低频电源的原理图 超低频电源装置在国内１０ ｋＶ电力电缆试 验中已用得比较多，并取得了一定的经验。 上述三种试验电源装置目前在电缆试验的有 效性方面都得到普遍认可，出于对３５ ｋＶ电缆现 场试验条件的考虑，尤其是对于ＸＬＰＥ电缆，倾 向选用超低频电源装置用于３５ ｋＶ电缆工程交 接耐压试验。 ２ 电缆超低频耐压试验的试验电压值和 耐压时间 ２．１国内外采用的试验标准 目前，国内尚无电缆超低频耐压的试验标准。 供电部门实际采用１０ ｋＶ电缆超低频耐压试验 电压值取３Ｕ。。Ｕ。为电缆的设计电压，耐压时间 为１ ｈ；３５ ｋＶ电缆的Ｕ。为２６ ｋＶ，按此推算，试 验电压取值应为７８ ｋＶ，时间为１ ｈ。 国外电缆超低频电压耐压试验标准见表１、 表２。 表１ 德国ＶＤＥ ０２７６标准和欧洲电工技术委员会标准 表２ ＩＥＥＥ Ｐ４００．２／Ｄ１标准 电缆额定 ・安装时 验收时 维护时 电压／ｋＶ 试验电 耐压时 试验电 耐压时 试验电 耐压时 压／ｋＶ 间／ｍｉｎ 压／ｋＶ 间／ｒａｉｎ 压／ｋＶ 间／ｒａｉｎ ５ １２ Ｏ １４ ３Ｏ １０ １５ ．８ １６ ３０ １８ ３Ｏ １４ １５ １５ ２５ ３０ ２８ ． ３０ ２２ １５ ２５ ３８ ３０ ４４ ３Ｏ ３３ １５ ３５ ５５ ３０ ６２ ３０ ４７． １５ Ｈｚ。最为常用的是０．１ Ｈｚ，如果频率低于０．１ Ｈｚ，耐压时间应加长。 １９８７～１９９８年，德国电力部门采用０．１ Ｈｚ 超低频余弦方波对聚乙烯／交联聚乙烯电缆进行 了３２３７次耐压试验，耐压时间与击穿发生率关系 如表３所示。 表３耐压时间与击穿发生率关系 耐压试验时间 ｏ～１ｏ １ｏ～２Ｏ ２Ｏ～３Ｏ ３Ｏ～４０ ４０～５ｏ ５ｏ～６０ 击穿发生率 ／ ５９ ６ ５ １１ ６ １３ 表３所示的统计资料很好地反映了耐压试验 时间置定在６０ ｍｉｎ的必要性。如果将耐压时间 缩短到３０ ｍｉｎ，那么从统计来看就会有３０ 左右 的潜在故障不能在耐压试验中发现，从而不能保 证电缆重新投入运行后的可靠性。但在这个资料 中没有统计击穿发生在电缆本体还是在电缆 附件。 考虑到对施工后的电缆及其辅件的施工质量 进行耐压和局部放电的考核，主要是为保证电缆 投运前不致于存在缺陷的原始质量要求，并考虑 到实际施工电缆可能发生缺陷的情况和类型，决 定仿照ＩＥＥＥ标准的１５ ｍｉｎ下限作为交接试验 时的耐压时间。 ３ ３５ ｋＶ交联电缆交接试验中的耐压试验 目前国内外采用的标准是针对单纯进行绝缘 耐压试验的情况，而在现场实际交接试验中，不仅 要进行耐压试验，同时还要进行绝缘局部放电试 验。试验流程为：①升压到１．７Ｕ。，进行局部放电 检测；②再升压到３Ｕ。，进行１５ ｍｉｎ耐压试验；③ 降压到１．７Ｕ。，再进行一次局部放电检测；④比较 两次局部放电试验的结果，如果局放没有明显的 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第３期 供 用 电 ５７ 变化，则认为通过试验。 程中也有了一定的发展，则在紧接的局放试验中 也会被检测到。通过３Ｕ。耐压试验及前后局部 放电检测结果的比对，可以有效检测出潜在的故 障隐患。 对以上流程及做法的考虑理由如下。 １）１．７ Ｕ０电压下进行局部放电检测是电缆 局部放电试验规程的规定； ２）３【，。的耐压试验电压是许多国际组织标 准的推荐值。 ４ 结论 根据新施工后交联聚乙烯绝缘电力电缆施工 质量的测试考核要求，以达到为电缆投运提供健 ３）１５ ｍｉｎ耐压时间的确定是考虑到其在 ＩＥＥＥ４００—２００１推荐的１５～６０ ｍｉｎ的耐压时间范 围内，同时也考虑到德国某电力公司所统计的电 康保证和绝缘状况的原始记录，我们对３５ ｋＶ 缆击穿故障大部分（８８ ）发生在耐压试验前１０ ＸＬＰＥ电力电缆的超低频电源耐压装置和试验标 ｍｉｎ内的事实； 准确定如下。‘ ４）我们认为，１ ｈ的耐受时间实际上是在等 １）选择正弦波输出电压大于５５ ｋＶ的０．１ 待一个潜在的故障以电树枝的形式发展到贯通， Ｈｚ超低频耐压试验装置。 在前１５ ｍｉｎ内，这种电树枝应该有了一定的发 ２）配上带局部放电定位功能的电缆局部放 展。如果耐压时间为１５ ｍｉｎ，这种放电在接下来 电定位试验装置。 的第二次局部放电检测中应该可以被检测到； ３）选定耐压试验时间为１５ ｍｉｎ，并进一步作 ５）对于现场施工中在电缆接头和终端留下 好试验结果记录，为进一步核查分析试验效果提 的缺陷，在１５ ｍｉｎ的耐压试验中大多被击穿，即 供资料。 使有少数没有被击穿，因在１５ ｍｉｎ的耐压试验过 收稿日期：２００７年４月 （上接第４４页） 量存在，谐振故障５中则出现了高频谐波分量。 ４ 结语 对比故障１和２的时间记录可见，系统在发生接 本案例在１０ ｋＶ系统采用中性点经消弧线 地故障后同时又诱导发生了谐振故障，故障４、５ 圈接地的运行方式，为保障其高供电可靠性，应装 和６、８也一样，但并非所有接地故障都会造成谐 设绝缘监察信号装置，并采取措施防止电压互感 振故障，比如接地故障３。而接地故障６还造成 器因铁磁谐振威胁电力系统安全运行。实践证 了过电压故障７。 明，利用电压互感器的剩余电压绕组与微机消谐 表２投运后微机消谐器的故障记录 器配合，实现了微机保护功能，达到了及时发现接 故障 故障 谐波电压／Ｖ 逻辑 地故障、消除铁磁谐振的目的。 序号 类型 １７ Ｈｚ ２５ Ｈｚ ５Ｏ Ｈｚ １５Ｏ Ｈｚ 关系 １ 接地 ０００ Ｏ１３ ０５６ ０００ ２００６．０４．０６－１８：０８：５３ 参考文献 ２ 谐振 ０３３ Ｏ１６ ０６１ ０００ ２００６．０４．０６—１８：０８：５３ ３ 接地 ００２ ００６ ０４７ ００１ ２００６．０５．０３—１ ３：４６：ｌ１ ［１］ 中国航空工业规划设计研究院等编．工业与民用配 ４ 接地 Ｏ１６ ０１３ ０３６ ００４ ２００６．０５．０９—０９：１０：５７ 电设计手册（第三版）ＥＭ］．北京：中国电力出版社， ５ 谐振 ０２２ Ｏ１ ３ ００８ ００４ ２００６．０５．０９—０９：１０：５７ ６ 接地 ００２ Ｏ１ ３ ０５８ ０００ ２００６．０５．１２—１５：５１：Ｏ７ ２ＯＯ５ ７ 过电压 ０００ ０００ １２Ｏ ０００ ２００６．０５．１２－１５：５１：０７ ８ 谐振 ０２７ ｏ３２ Ｏ６１ ０００ ２００６．０５．１２—１５：５１：０７ 收稿日期：２００７年１月
