110kV交联电力电缆现场交流耐压试验

110kV交联电力电缆现场交流耐压试验
发表时间：2018-06-13T09:59:18.720Z 来源：《电力设备》2018年第5期作者：王利臣江宁
[导读] 摘要：利用调频电源装置，采用带串联补偿电抗器的串联谐振接线方式电缆进行交流耐压试验，可代替以往的直流耐压试验，能更真实反映电缆绝缘状况，使交联电缆能更可靠的运行。

（中国电建集团青海工程有限公司青海西宁 810003）
摘要：利用调频电源装置，采用带串联补偿电抗器的串联谐振接线方式电缆进行交流耐压试验，可代替以往的直流耐压试验，能更真实反映电缆绝缘状况，使交联电缆能更可靠的运行。

关键词：串联谐振；调频电源；交联电缆；交流耐压试验
引言
随着我国的电力事业的迅速发展，尤其是在城网改造中，用交联聚乙烯电缆（以下简称：“交联电缆”）代替架空线路已成为一种趋势，高电压的电力交联电缆使用的数量越来越多。

为了检验和保证交联电缆的安装质量，在送电投运前，对交联电缆进行现场交流耐压试验十分必要。

过去由于受试验设备的限制，在现场对交联电缆进行交流耐压试验比较困难，一般采用直流耐压试验来代替。

1.直流耐压存在两个缺点
1.1 直流电压对交联聚乙烯绝缘，有积累效应，即“记忆性”。

一旦电缆有了由于直流试验而引起的“记忆性”，它就需要很长时间来释放尽残留在电缆中直流电荷。

而当该电缆投入运行时，直流电荷便会叠加在交流电压峰值上，产生“和电压”，远超过电缆的额定电压，使绝缘加速老化，缩短使用寿命。

1.2 直流电压分布与实际运行的交流电压不同，直流电场分布受电阻率影响，而交流下电场分布与电阻率和介电系数都有关。

因此直流耐压试验并不能象交流耐压一样可以准确地反映电缆的机械损伤等明显缺陷，直流试验合格的电缆，投入运行后，在正常工作电压作用下，也会发生绝缘故障。

由此可见，对于交联电缆采用传统的直流耐压试验是不可取的，应予淘汰。

近年来，国内外许多专家都建议现场对交联电缆进行交流耐压试验来代替直流电压试验。

由于电力电缆对地电容量很大，在现场采用50Hz工频进行交流耐压试验条件难以具备，但采用调频电源进行交流耐压试验，条件是基本具备的。

根据GB11017-89 [1]及IEC840，现场绝缘耐压试验中使用的交流电压频率，可采用30—300Hz。

2.交流耐压的几种试验方法
2.1串联谐振
如果被试品的试验电压较高，而电容量较小，一般可采用串联谐振方法，见图1所示。

当试验回路中ωL =1/ωC（C包括CX、C1、C2）时，试验回路产生串联谐振，此时能在试品上产生较高的试验电压（试验电压高低与回路品质因数有关），如果电容C较大，试验回路电流也较大，通过电抗器的电流也较大，这时试验设备一般难以满足现场试验需要；通常该试验接线仅适用于被试品电容量较小而试验电压较高，试验变压器能满足试验容量要求而不能满足试验电压要求的情况。

对于电力电缆来说，被试设备的电容量C是固定的，要使试验回路产生谐振就要改变试验回路的电感L或频率ω，因ωL =1/ωC时电路发生谐振。

采用改变电感的方法来满足串联谐振需采用可调电抗器，但限于运输和在现场搬动，电抗器的体积和重量不能做得很大，因此可调电抗器的调节范围是有限的。

所以在现场试验时采用调感的方法往往由于电抗器的范围有限而不能满足试验要求。

另一种方法是采用调频的方法，即当电抗器和电容固定时通过改变试验电源频率来使ωL = 1 /ωC来达到所需的电压，但这时需要一套调频电源装置。

2.2并联谐振
如果被试品的试验电压较低而试品容量较大时，一般可采用并联谐振方法，见图2所示。

当试验回路中ωL=1/ωC（C包括CX、C1、C2）时，试验回路产生并联谐振，此时试品电压等于电抗器电压也等于升压变压器高压侧电压。

由于电抗器的补偿作用，变压器理论上仅提供回路阻性电流，可以大大降低对试验变压器的容量要求。

因此该试验回路适用于试品电容量大，而电压较低的情况。

低电压的电抗器一般容易制作，试验时可采用几个低电压电抗器并联的方法或利用可调电抗器改变电感的方法来满足并联谐振要求。

如果有一套调频电源装置的话，也可采用改变试验电源频率的方法，使回路满足试验要求。

如图3所示，在试验回路中串入电抗器产生串联谐振来提高被试品试验电压，在被试品两端并联电抗器使被试品电容电流大部份由电抗器来补偿，从而使通过串联电路中电抗器的电流大为减少，从而降低试验对电抗器、试验变压器的要求。

采用调频电源装置来改变试验频率使ωL =1/ωC，使试验回路产生谐振。

这样试验设备就比较容易满足试验要求。

3.格尔木110kV光明变电所交联电力电缆交流耐压试验
青海火电工程公司电气试验班对格尔木110kV光明变电所三根单芯交联电力电缆进行交流耐压试验，采用的是调频方法及串联谐振接线方式（见图1所示）；其三根电缆长度均为100m，电缆导体截面为：300（mm2），通过测试，每根电缆芯导体对金属屏蔽层及地的电容量为0.012μF，采用的补偿电抗器为5节串联，每个电抗器的电感量为130H，额定电压为37kV，额定电流为1.0A，在电抗器5节串联谐振接线情况下，通过变频电源尽量使试验频率接近于50Hz，计算的试验频率大约为54.6Hz，计算被试品电力电缆的电容电流大约为0.57A，试验数据见下表。

使用仪器：HDSR-F220/330串联谐振试验设备编号：0612364
注：在电缆芯导体对金属屏蔽层间及地施加试验电压128kV，持续60min，试验结果全部通过4.调频电源装置的主要技术参数：
4.1变频控制箱1台
a.输入工作电源：三相380V±10%，50Hz，最大电流约36A（有效值）
b.输出电压和电流： 0~450V，最大电流约49A
c.输出频率： 30~300Hz，最大调节细度0.1Hz
d.最大输出容量： 20.0kVA
4.2 励磁变压器1台
a.输入容量： 10.0kVA
b.输入电压： 0~450V
c.输出电压： 0~2.47kV×4
d.工作频率： 45~300Hz
4.3 谐振电抗器共5节（每台谐振电抗器的技术规范）
a.额定最高工作电压： 37kV（有效值）
b.额定最大工作电流： 1.0A（有效值）
c.额定电感量： 130H
d.工作频率： 45~300Hz
5.结语
5.1）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。

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最有效的手段。

我们所用的变频谐振装置符合国标的有关要求，通过电抗器串并联的方式可以满足高压交联电缆现场交流耐压的要求。

5.2）可调电感型谐振试验系统可以满足耐压要求，但由于重量大，可移动性差，主要用于试验室。

变频串联谐振耐压试验是利用电抗器的电感与被试品电容实现电容谐振，在被试品上获得高电压、大电流，是当前高电压试验的一种新的方法与潮流，在国内外已经得到广泛的应用。

5.3）变频串联谐振是谐振式电流滤波电路，能改善电源波形畸变，获得较好的正弦电压波形，有效防止谐波峰值对被试品的误击穿。

变频串联谐振工作在谐振状态，当被试品的绝缘点被击穿时，电流立即脱谐，回路电流迅速下降为正常试验电流的数十分之一。

发生闪络击穿时，因失去谐振条件，除短路电流立即下降外，高电压也立即消失，电弧即可熄灭。

其恢复电压的再建立过程很长，很容易在再次达到闪络电压断开电源，所以适用于高电压、大容量的电力设备的绝缘耐压试验。

5.4）变频谐振试验系统不但能满足高压电缆的耐压要求，而且具有重量轻、可移动性好的优点，适宜现场试验。

经分析比较，我们采用上海思源电气有限公司生产的HDSR型串联谐振成套试验装置，该装置采用固定电抗器作为谐振电抗器，以调频的方式实现谐振，频率
的调节范围为30～300Hz，符合《电力设备预防性试验规程》内容中推荐使用频率30～300Hz的谐振耐压试验。

参考文献：
[1] GB11017-89•额定电压110kV铜芯、铝芯交联聚乙稀绝缘电力电缆。

[2] CSBTS-213-01-1999•额定电压220kV交联聚乙稀绝缘电力电缆。