技術(shù)天地
電力電纜交流耐壓
發(fā)布日期：2020-08-24 點(diǎn)擊：3332次
近幾年，在我國(guó)城網(wǎng)改造的實(shí)施下，高壓電力電纜在城市電網(wǎng)中得到有效運(yùn)用，其中以110KV交聯(lián)聚乙烯電纜為主要代表，在各大城市電網(wǎng)中投入使用。眾說周知，該類電纜從出廠到安裝，其間會(huì)產(chǎn)生損傷，只有在竣工試驗(yàn)之后，才能從根本上保證電纜的安全使用。一般情況下，在受到現(xiàn)場(chǎng)大容量工頻試驗(yàn)的影響下，該類電纜在使用前需要進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)，雖然油浸紙絕緣電力電纜在試驗(yàn)中會(huì)選用直流耐壓，但是在電纜的日后運(yùn)用中仍然出現(xiàn)電纜缺陷。并且在將交流聚乙烯電纜的試驗(yàn)中運(yùn)用直流耐壓試驗(yàn)，會(huì)在直流耐壓通電后出現(xiàn)絕緣穿擊的現(xiàn)象。因此，加強(qiáng)對(duì)交聯(lián)聚乙烯電纜交流耐壓試驗(yàn)是極其重要的研究課題。
一、交聯(lián)電纜在進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)中所出現(xiàn)的問題
依據(jù)相關(guān)理論研究及文獻(xiàn)資料，交聯(lián)聚乙烯在采用直流耐壓試驗(yàn)中所出現(xiàn)的問題主要寶庫奧以下幾點(diǎn)：
（1）交聯(lián)電纜或其它擠包絕緣電纜，在整個(gè)直流電壓之下，電纜絕緣的電場(chǎng)需嚴(yán)格按照材料所具備電阻率進(jìn)行分布，但是在交流電壓下，電纜絕緣的電場(chǎng)需按照各種介質(zhì)的介電質(zhì)數(shù)進(jìn)行分布。由此得知，直流電壓與交流電壓的電場(chǎng)強(qiáng)度有所不同，并且在整個(gè)交流電壓下，絕緣的薄弱區(qū)域無法再直流電壓試驗(yàn)中進(jìn)行檢測(cè)。
（2）在進(jìn)行直流電壓之下，將電子逐漸注入到交聯(lián)聚乙烯聚合物質(zhì)的內(nèi)部，會(huì)在電纜半導(dǎo)體突出區(qū)域以及絕緣雜質(zhì)局域形成一定數(shù)量的空間電荷，在空間電荷的影響下，該區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)得到降低，并且不會(huì)出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，但是在交流電壓下，直流電壓電場(chǎng)強(qiáng)度降低的區(qū)域則是絕緣最為薄弱的地區(qū)。
（3）在交聯(lián)電纜中，最為關(guān)鍵的一個(gè)弱點(diǎn)便是在絕緣的內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)水樹枝現(xiàn)象，并且在隨著外施電壓性質(zhì)的改變以及加壓時(shí)間下，會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)內(nèi)的水樹枝產(chǎn)生不同程度的影響。在直流電壓下，水樹枝會(huì)在短時(shí)間內(nèi)形成電樹枝，并從根本上導(dǎo)致整個(gè)介質(zhì)的絕緣性質(zhì)發(fā)生改變，產(chǎn)生早期損傷。
（4）在交聯(lián)聚乙烯電纜進(jìn)行直流電壓試驗(yàn)的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生電荷的記憶現(xiàn)象，也就是在整個(gè)直流電壓下單極性參與電荷需要在非常長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)將所有介質(zhì)釋放干凈，但是如果在電纜已經(jīng)投入使用情況下，該類直流電壓會(huì)與交流電壓相結(jié)合，容易導(dǎo)致電纜發(fā)生擊穿現(xiàn)象，甚至?xí)陔娎|的終端區(qū)域形成滑閃放電的現(xiàn)象。
二、交流耐壓試驗(yàn)中常見的方法
（1）超低頻法
眾所周知，電纜的電容量比較大，在進(jìn)行工頻試驗(yàn)的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致變?nèi)萜鞯娜萘堪l(fā)生變化，并且需要提高容量比較大的試驗(yàn)電源，從根本上保證電纜在運(yùn)行中能夠提供無功功率，但是這種方法在現(xiàn)場(chǎng)中無法得到使用，需要采用超低頻作為主要的試驗(yàn)電源，利用超低頻法能夠?qū)⒆內(nèi)萜鞯娜萘績(jī)r(jià)格低，并且在現(xiàn)場(chǎng)施工中比較容易，具有方便性、快捷性。但是，采用超低頻法對(duì)所檢驗(yàn)出的交聯(lián)聚乙烯電纜以及附件絕緣的缺陷效果比較差，因此現(xiàn)階段超頻法在電壓電纜中運(yùn)用頻率比較高。
（2）振蕩電壓法
在對(duì)電纜進(jìn)行直流沖電的時(shí)候，會(huì)在通過一定電壓之后對(duì)電阻電感進(jìn)行放電，進(jìn)而會(huì)形成一個(gè)阻尼振蕩電壓，利用阻尼振蕩電壓，能夠?qū)㈦娎|絕緣以及附件中所存在的缺陷進(jìn)行檢查與檢測(cè)，這種情況，在直流耐壓試驗(yàn)中具有非常大的效果，但是從本質(zhì)上而言，仍然存在一定的缺陷，其中主要表現(xiàn)在兩方面：一方面會(huì)導(dǎo)致振蕩電壓有所減弱，無法從根本上滿足電纜的需求；另一方面因?yàn)楦哳l率的電壓會(huì)對(duì)電纜造成一定程度的損傷。
（3）諧振耐壓法
所謂的諧振耐壓法主要是將實(shí)驗(yàn)回路中的電纜、頻率進(jìn)行改變，使整個(gè)回路狀態(tài)處于諧振狀態(tài)，利用諧振耐壓法能夠?qū)Ω唠妷阂约按箅娏鞯脑囼?yàn)要求有所滿足。除此之外，從諧振耐壓法的調(diào)整方法而言，可以分為兩組類型，分別是調(diào)感式以及調(diào)頻式，從諧振耐壓法的使用方法而言，可以分為串聯(lián)諧振以及并聯(lián)諧振兩種類型。
1. 調(diào)感式諧振耐壓
在對(duì)電抗器的電量感以及電纜線的基本容量進(jìn)行回路調(diào)節(jié)的時(shí)候，會(huì)在50HZ下產(chǎn)生諧振，滿足整個(gè)試驗(yàn)的基本需求。
2. 調(diào)頻式諧振耐壓
在對(duì)試驗(yàn)中電源的輸出頻率進(jìn)行改變的時(shí)候，其回路中的固定電感量以及相應(yīng)的試品要從根本上滿足諧振的基本要求，進(jìn)而達(dá)到整個(gè)試驗(yàn)的基本要求。
3. 串聯(lián)諧還早呢法
在進(jìn)行試驗(yàn)的時(shí)候，變壓器的電流需要滿足整個(gè)試驗(yàn)的要求，但是如果在電壓無法達(dá)到試驗(yàn)電壓的時(shí)候，需要選擇利用電抗器以及試品串聯(lián)方式對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)，如果回路處于諧振狀態(tài)的時(shí)候，試品上就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的回路品質(zhì)因數(shù)的倍數(shù)，將變壓器中的輸出電壓有所改變，等到電源的共給能力得到滿足的時(shí)候，會(huì)對(duì)回路中的有功功率造成損耗。
4. 并聯(lián)諧振法
在試驗(yàn)中變壓器的電壓滿足試驗(yàn)要求，但是電流卻達(dá)不到要求的時(shí)候，需要采用電抗器以及試品并聯(lián)的方式對(duì)整個(gè)試驗(yàn)中諧振要求的回路參數(shù)進(jìn)行滿足，并促使試驗(yàn)的積極開展，與此同時(shí)，當(dāng)選取并聯(lián)諧振法的同時(shí)，電抗器的基本感性電流需要對(duì)試品的容性電流進(jìn)行補(bǔ)償。
隨著華意電力的發(fā)展，尤其是在城網(wǎng)改造和城市美化的要求，用交聯(lián)聚乙烯電纜代替架空線路已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，高電壓的電力交聯(lián)使用的數(shù)量越來越多。為了檢驗(yàn)和保證交聯(lián)電纜的安裝質(zhì)量，在送電投運(yùn)前，對(duì)交聯(lián)電纜進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓試驗(yàn)十分必要。過去由于使用交聯(lián)電纜一般長(zhǎng)度都比較長(zhǎng)，因此容量較高，受試驗(yàn)設(shè)備的限制，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)交聯(lián)電纜進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)比較困難，一般采用直流耐壓試驗(yàn)來代替。存在兩個(gè)缺點(diǎn)：
（1）直流電壓對(duì)交聯(lián)聚乙烯絕緣，有積累效應(yīng)，即“記憶性”。一旦電纜有了由于直流試驗(yàn)而引起的“記憶性”，它就需要很長(zhǎng)時(shí)間來釋放盡殘留在電纜中的直流電荷。而當(dāng)該電纜投入運(yùn)行時(shí)，直流電荷便會(huì)疊加在交流電壓峰值上，產(chǎn)生“和電壓”，遠(yuǎn)超過電纜的額定電壓，使絕緣加速老化，縮短使用壽命。
（2）直流電壓分布與實(shí)際運(yùn)行的交流電壓不同，直流電場(chǎng)分布受電阻率影響，而交流下電場(chǎng)分布與電阻率和介電系數(shù)都有關(guān)。因此直流耐壓試驗(yàn)并不能象交流耐壓一樣可以準(zhǔn)確地反映電纜的機(jī)械損傷等明顯缺陷，直流試驗(yàn)合格的電纜，投入運(yùn)行后，在正常工作電壓作用下，也會(huì)發(fā)生絕緣故障。因此可見，對(duì)于交聯(lián)電纜采用傳統(tǒng)的直流耐壓試驗(yàn)是不可取的，應(yīng)予淘汰。近年來，國(guó)內(nèi)外許多專家都建議現(xiàn)場(chǎng)對(duì)交聯(lián)電纜進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)來代替直流電壓試驗(yàn)。由于電力電纜對(duì)地電容量很大，在現(xiàn)場(chǎng)采用50HZ工頻進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)條件難以具備，但采用調(diào)頻電源進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，條件是基本具備的。根據(jù)規(guī)范現(xiàn)場(chǎng)絕緣耐壓試驗(yàn)中使用的交流電壓頻率可采用30-300HZ。
