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淺談電力電纜交流耐壓試驗(yàn)的意義
主要試驗(yàn)項(xiàng)目包括：測(cè)量絕緣電阻、直流耐壓和泄漏電流。其中測(cè)量絕緣電阻主要是檢驗(yàn)電纜絕緣是否老化、受潮以及耐壓試驗(yàn)中暴露的絕緣缺陷。直流耐壓和泄漏電流試驗(yàn)是同步進(jìn)行的，其目的是發(fā)現(xiàn)絕緣中的缺陷。但是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的試驗(yàn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明：直流耐壓試驗(yàn)不能有效地發(fā)現(xiàn)交聯(lián)電纜中的絕緣缺陷，甚至造成電纜的絕緣隱患。德國(guó)Sechiswag公司在1978～1980年41個(gè)回路的10 kV電壓等級(jí)的XLPE電纜中，發(fā)生故障87次；瑞典的3 kV～24．5 kV電壓等級(jí)XLPE電纜投運(yùn)超出9 000 km，發(fā)生故障107次，國(guó)內(nèi)也曾多次發(fā)生電纜事故，相當(dāng)數(shù)量的電纜故障是由于經(jīng)常性的直流耐壓試驗(yàn)產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)引起。研究表明，直流耐壓試驗(yàn)對(duì)絕緣的影響主要表現(xiàn)在：
1、直流電壓下，電場(chǎng)度是按照電阻率分布的，而交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣層中的材料含有很多成分，其電阻率的分布是不均勻的，同時(shí)電阻率受溫度等因素影響比較大，所以在直流電壓下，交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣層中的分布電場(chǎng)是不均勻的，這就可能在直流試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)絕緣層有的地方電場(chǎng)很強(qiáng)，有點(diǎn)地方電場(chǎng)比較弱的情況，導(dǎo)致局部絕緣擊穿，在運(yùn)行中引起事故。
2、電纜在直流電壓下會(huì)產(chǎn)生“記憶”效應(yīng)，存儲(chǔ)積累單極性殘余電荷，一旦有了由于直流耐壓試驗(yàn)引起的“記憶性”，需要很長(zhǎng)的時(shí)間才能將這種直流電壓釋放，電纜如果在直流殘余電荷未*釋放之前投入運(yùn)行，直流電壓便會(huì)疊加在工頻電壓峰值上，使得電纜上的電壓值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其額定電壓，從而導(dǎo)致電纜絕緣擊穿。
3、交聯(lián)聚乙烯電纜的直流耐壓試驗(yàn)，由于空間電荷效應(yīng)，絕緣中的實(shí)際電場(chǎng)強(qiáng)度zui高可達(dá)到電纜絕緣工作電場(chǎng)強(qiáng)度的十幾倍，所以即使電纜在通過(guò)了直流耐壓試驗(yàn)不發(fā)生擊穿，也會(huì)引起絕緣的嚴(yán)重?fù)p傷
4、直流耐壓試驗(yàn)所施加的電壓電場(chǎng)強(qiáng)度分布狀況與運(yùn)行中的交流電壓電場(chǎng)強(qiáng)度分布狀況不同，直流耐壓試驗(yàn)并不能模仿運(yùn)行狀態(tài)下電纜成受到過(guò)電壓，而且也不能有效的發(fā)現(xiàn)電纜本身及電纜接頭和施工工藝上的缺陷。
5、直流耐壓試驗(yàn)有一定的積累效應(yīng)，能加速絕緣老化，且試驗(yàn)時(shí)易發(fā)生閃落或擊穿。
實(shí)踐也表明，直流耐壓試驗(yàn)不能有效發(fā)現(xiàn)交流電壓作用下的某些缺陷，如果電纜附件內(nèi)，絕緣若有機(jī)械損傷等缺陷，在交流電壓下絕緣zui易發(fā)現(xiàn)擊穿的地點(diǎn)，在直流耐壓下往往不能擊穿，直流電壓下絕緣擊穿處往往發(fā)生在交流工作條件下絕緣平時(shí)不能發(fā)生擊穿的地點(diǎn)。
交流耐壓試驗(yàn)是鑒定電力設(shè)備絕緣強(qiáng)度zui有效和zui直接的方法。
電力設(shè)備在運(yùn)行中，絕緣長(zhǎng)期受著電場(chǎng)、溫度和機(jī)械振動(dòng)的作用會(huì)逐漸發(fā)生劣化。其中包括整體劣化和部分劣化，形成缺陷。例如由于局部地方電場(chǎng)比較集中或者局部絕緣比較脆弱就存在局部的缺陷。各種預(yù)防性試驗(yàn)方法，各有所長(zhǎng)，均能分別發(fā)現(xiàn)一些缺陷，反映出絕緣的狀況，但其他試驗(yàn)方法的試驗(yàn)電壓往往都低于電力設(shè)備的工作電壓，作為安全運(yùn)行的保證還不夠有力。直流耐壓試驗(yàn)雖然試驗(yàn)電壓比較高，能發(fā)現(xiàn)一些絕緣的弱點(diǎn)，但是由于電力設(shè)備的絕緣大多數(shù)都是組合電介質(zhì)，在直流電壓的作用下，其電壓是按電阻分布的，所以交流電力設(shè)備在交流電場(chǎng)下的弱點(diǎn)使用直流作試驗(yàn)就不一定能夠發(fā)現(xiàn)，例如發(fā)電機(jī)的槽部缺陷在直流下就不易被發(fā)現(xiàn)。交流耐壓試驗(yàn)符合電力設(shè)備在運(yùn)行中所承受的電氣狀況，同時(shí)交流耐壓試驗(yàn)電壓一般比運(yùn)行電壓高，因此通過(guò)試驗(yàn)后，設(shè)備有較大的安全裕度，所以這種試驗(yàn)已成為保證安全運(yùn)行的一個(gè)重要手段。
經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)用直流耐壓或0.1HZ耐壓試驗(yàn)，不能保證安全運(yùn)行。如某廠發(fā)電機(jī)出口10KV橡塑電纜，交接時(shí)按要求進(jìn)行了直流耐壓試驗(yàn)，但運(yùn)行不到一年，在運(yùn)行電壓下發(fā)生擊穿事故；還有一條母線段工作電源進(jìn)線橡塑電纜，在預(yù)試時(shí)加直流的試驗(yàn)電壓下合格，運(yùn)行24小時(shí)后發(fā)生擊穿事故（如下圖所示）。結(jié)合以前的工作經(jīng)驗(yàn)，在一條橡塑電纜上，用鐵釘打入主絕緣1/2處，加直流電壓為8倍的額定電壓、未擊穿，但加交流電壓為2倍的額定電壓就擊穿了，所以，不贊成做直流耐壓試驗(yàn)。
在進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)前，必須預(yù)*行各項(xiàng)非破壞性試驗(yàn)，如測(cè)量絕緣電阻、吸收比等，對(duì)各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析，以決定該設(shè)備是否受潮或含有缺陷。若發(fā)現(xiàn)已存在問(wèn)題，需預(yù)*行處理，待缺陷消除后，方可進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，以免在交流耐壓試驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)生絕緣擊穿，擴(kuò)大絕緣缺陷，延長(zhǎng)檢修時(shí)間，增加檢修工作量。
交流耐壓試驗(yàn)由于試驗(yàn)狀況接近電纜的運(yùn)行工況，耐壓電壓值較高，而且，耐壓時(shí)間適當(dāng)加長(zhǎng)，更能反映電纜絕緣的狀況以及發(fā)現(xiàn)絕緣中的缺陷。因此，國(guó)內(nèi)外機(jī)構(gòu)大力推薦XLPE電纜交流耐壓試驗(yàn)，取代現(xiàn)行的直流耐壓試驗(yàn)。 交流耐壓試驗(yàn)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)IEC和CIGRE推薦的XLPE交流耐壓試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)外現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)包括：標(biāo)準(zhǔn)一：試驗(yàn)電壓為1.7倍Uo(額定相相電壓),耐壓時(shí)間5min。標(biāo)準(zhǔn)二：試驗(yàn)電壓為Uo，耐壓時(shí)間24h。標(biāo)準(zhǔn)三：試驗(yàn)電壓為kUo，耐壓時(shí)間1h，其中k為系數(shù)。 試驗(yàn)設(shè)備。按IEC和CIGRE推薦的交聯(lián)電纜交流耐壓試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，宜于交流耐壓試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備有：帶補(bǔ)償電抗器的試驗(yàn)變壓器(ACTC型):這種試驗(yàn)變壓器重量和體積大，一般適用于試驗(yàn)室的交流耐壓試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)幾乎無(wú)法使用；可調(diào)電感式諧振系統(tǒng)(ACRL):該系統(tǒng)試驗(yàn)電壓頻率為50HZ，與被試電纜的運(yùn)行工況一致，但因電壓調(diào)整過(guò)程操作繁重，現(xiàn)場(chǎng)一般不宜采用；調(diào)頻式諧振系統(tǒng)(ACRF):電感為固定形式，試驗(yàn)變壓器及試驗(yàn)電壓由調(diào)諧電源提供，頻率范圍為30～300HZ。ACRF型設(shè)備因體積小，重量輕，諧振頻率易于調(diào)節(jié)，因而宜在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中使用。 交聯(lián)電纜的交流耐壓試驗(yàn)在有些地方尚未開展，目前國(guó)內(nèi)也未制定出相應(yīng)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。
據(jù)了解，為配合有關(guān)國(guó)標(biāo)的制定，汲取國(guó)外的*技術(shù)，積累試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，河南電力試驗(yàn)研究所在國(guó)家“九五”重點(diǎn)工程---小浪底水電站實(shí)施了220千伏電壓等級(jí)的交聯(lián)聚乙烯電纜的現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓試驗(yàn)。試驗(yàn)一次成功，贏得了電纜生產(chǎn)廠家和小浪底工程指揮部的好評(píng)。試驗(yàn)采用調(diào)頻式諧振試驗(yàn)裝置，電纜試品為德國(guó)生產(chǎn)的245千伏電壓等級(jí)交聯(lián)聚乙烯電纜，長(zhǎng)度約320米，其等效電容量約為5247μF，選擇試驗(yàn)用電抗器的電感量為200L。經(jīng)過(guò)計(jì)算，諧振回路的諧振頻率約為49HZ，試驗(yàn)電壓241千伏，耐壓時(shí)間5min。由于電纜試品以及分佈電容偏大，加之現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下的電暈損耗，試驗(yàn)裝置提供的回路電流明顯偏高。為保證試驗(yàn)電壓值及其穩(wěn)定性，試驗(yàn)中采取了提高試驗(yàn)裝置供電電壓以及對(duì)電抗器、分壓器等加裝均壓環(huán)等一系列措施。試驗(yàn)結(jié)果表明，試驗(yàn)回路的電抗器、分壓器參數(shù)以及防暈措施得當(dāng)，可以有效地保證試驗(yàn)電壓的提高和穩(wěn)定，併使諧振頻率盡可能保證在工頻范圍之內(nèi)(試驗(yàn)的諧振頻率實(shí)測(cè)為51HZ),從而使交聯(lián)耐壓試驗(yàn)更接近電纜的實(shí)際運(yùn)行狀況。 交聯(lián)電纜絕緣的潛在威脅是絕緣中存在電樹枝和水樹枝，由以上所述說(shuō)明電纜不宜做直流耐壓試驗(yàn)，建議用交流耐壓試驗(yàn)代替。