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XLPE絕緣電力電纜試驗(yàn)方法
摘要:綜述了XLPE絕緣電力電纜試驗(yàn)方法,包括在線和離線試驗(yàn)方法,并指出各方法的特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞:XLPE絕緣電力電纜,試驗(yàn)方法
Abstract:Testmethodsincludingon-lineandoff-linemethodsofXLPEinsulatedcablesarereviewed,whoseadvantagesanddisadvantagesarepointedout.
Keywords:XLPEinsulatedcable,testmethods0前言
由于XLPE絕緣電力電纜在制造、運(yùn)行過(guò)程以及退役后基本沒(méi)有環(huán)境污染問(wèn)題,且具有輸送容量大、敷設(shè)方便、不受落差限制、運(yùn)行安全可靠和使用壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn),隨著制造成本降低,XLPE絕緣電力電纜在城市輸配電系統(tǒng)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。然而,電力電纜試驗(yàn)技術(shù)嚴(yán)重滯后于電力電纜應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展,國(guó)家關(guān)于XLPE絕緣電力電纜投運(yùn)后的試驗(yàn)方法、標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)行規(guī)程大多在二十世紀(jì)七十年代頒布,比較陳舊落后,有的甚至是沿用油紙絕緣電力電纜的試驗(yàn)方法。1996年修編的《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》中,僅用很少的篇幅提及XLPE絕緣電力電纜投運(yùn)后的預(yù)防性試驗(yàn)方法,不具有可操作性,下對(duì)近年來(lái)XLPE絕緣電力電纜的試驗(yàn)方法做一綜述。
1XLPE電纜試驗(yàn)技術(shù)
電纜試驗(yàn)按試驗(yàn)方式分類可分為:在線試驗(yàn)和離線試驗(yàn)兩類;按試驗(yàn)性質(zhì)分類可分為:破壞性試驗(yàn)和非破壞性試驗(yàn)兩類。鑒于XLPE絕緣電力電纜電容量較大,要求試驗(yàn)設(shè)備具有很大的電源容量,選擇試驗(yàn)項(xiàng)目和試驗(yàn)方法時(shí),首先必須考慮試驗(yàn)的等效性、有效性和可靠性,同時(shí)還必須考慮試驗(yàn)場(chǎng)地、試驗(yàn)條件、試驗(yàn)設(shè)備的體積和重量以及運(yùn)輸儲(chǔ)存等諸多限制因素。因此,各國(guó)專家提出了許多離線和在線的試驗(yàn)方法和手段[2],如表1所示。
至今,國(guó)內(nèi)外各界評(píng)價(jià)表1所列的這些試驗(yàn)方法的等效性、有效性和可靠性的意見(jiàn)分歧較大,除了直流耐壓試驗(yàn)被公認(rèn)為無(wú)效且有害以外,其它試驗(yàn)項(xiàng)目和方法仍然處于不斷探索和研究階段[3]。
2XLPE電纜試驗(yàn)技術(shù)探討
2.1直流耐壓試驗(yàn)
直流耐壓試驗(yàn)常用于油介質(zhì)電氣設(shè)備的預(yù)防性診斷試驗(yàn),二十世紀(jì)九十年代初期之前,國(guó)內(nèi)外普遍沿用油紙絕緣電纜的試驗(yàn)方法,常采取離線直流耐壓破壞性試驗(yàn)作為XLPE絕緣電力電纜竣工交接試驗(yàn)和周期性預(yù)防性試驗(yàn)的唯一手段。理論分析計(jì)算、試驗(yàn)研究和長(zhǎng)期積累的大量實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明[21]:一方面,由于直流耐壓試驗(yàn)過(guò)程是向電纜絕緣介質(zhì)注入大量的空間電荷過(guò)程,空間電荷限于XLPE介質(zhì)良好的絕緣性能而不能夠及時(shí)地泄漏。這些殘留空間電荷積聚形成的局部電場(chǎng)與外施工頻電場(chǎng)迭加,畸變介質(zhì)內(nèi)部電場(chǎng)分布,嚴(yán)重?fù)p傷電纜絕緣,往往使得試驗(yàn)合格的XLPE電力電纜在投入運(yùn)行后幾小時(shí)或幾十小時(shí)內(nèi)就發(fā)生電纜絕緣擊穿故障,甚至發(fā)生多點(diǎn)擊穿故障。另一方面,直流耐壓試驗(yàn)的電壓取值很高,試驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng),直流電場(chǎng)促使介質(zhì)中的水樹(shù)枝向電樹(shù)枝轉(zhuǎn)變,周期性的直流耐壓試驗(yàn)無(wú)疑是導(dǎo)致電纜絕緣早期劣化,相對(duì)縮短電纜安全運(yùn)行壽命的重要原因之一。到目前為止,許多國(guó)家包括中國(guó)在內(nèi),已不在采用直流耐壓試驗(yàn)作為交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜的預(yù)防性試驗(yàn)手段。
2.2工頻耐壓試驗(yàn)
采用1U0工頻交流電壓充電24h的工頻交流電壓試驗(yàn)是當(dāng)前110kV及以上電壓等級(jí)的高壓和超高壓XLPE絕緣電力電纜通常選用的竣工交接試驗(yàn)方法和手段。但是,該試驗(yàn)所選取的試驗(yàn)電壓幅值偏低,短時(shí)期內(nèi)難以發(fā)現(xiàn)電纜制造缺陷和施工缺陷。
2.3介損與絕緣電阻測(cè)量
介質(zhì)損耗角正切值試驗(yàn)僅只能反映電纜介質(zhì)的平均絕緣品質(zhì)狀態(tài),對(duì)介質(zhì)局部缺陷反映不靈敏,缺少科學(xué)合理的判據(jù),此外,XLPE電纜本身的介損較小,容易受到外界干擾而無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)出。因此,在實(shí)際應(yīng)用中,往往認(rèn)為介質(zhì)損耗角正切值試驗(yàn)是輔助試驗(yàn),僅與耐壓試驗(yàn)配合一起,作為試驗(yàn)結(jié)果輔助參考;絕緣電阻測(cè)量只對(duì)于電纜介質(zhì)普遍受潮和貫穿缺陷具有較高的靈敏度。
2.4直流迭加法
該方法(接線示意圖見(jiàn)圖1)利用在接地電壓互感器的中性點(diǎn)處加進(jìn)低壓直流電源,即將此直流電壓疊加在電纜絕緣上原已施加的交流電壓上,從而測(cè)量通過(guò)電纜絕緣層的微弱的直流電流或其絕緣電阻。實(shí)驗(yàn)表明:疊加50V直流電壓下的絕緣電阻的帶電測(cè)量值與停電后加直流高壓時(shí)的測(cè)量結(jié)果很相似,因此可以用來(lái)判斷電纜的絕緣狀況。其主要問(wèn)題是:a.根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)絕緣狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)和對(duì)絕緣壽命進(jìn)行估計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)還未擬出。主要原因是積累的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)不多,但可根據(jù)絕緣電阻/泄漏電流的增大趨勢(shì)來(lái)對(duì)絕緣老化情況進(jìn)行判斷;b.存在電纜屏蔽接地化學(xué)電勢(shì)Es和護(hù)套絕緣電阻Rs對(duì)測(cè)量值的影響??梢圆捎脤?duì)所加直流電壓的極性進(jìn)行正負(fù)切換,取兩者差值除以2來(lái)解決。但當(dāng)干擾電流過(guò)大時(shí),可能將真實(shí)值完全淹沒(méi),這時(shí)可以采用精密可調(diào)補(bǔ)償電動(dòng)勢(shì)來(lái)抵消電纜屏蔽接地化學(xué)電勢(shì)Es,從而獲得較好的測(cè)量結(jié)果。
圖1直流迭加法
2.5直流成分法
接線示意圖見(jiàn)圖2,研究表明:電纜中樹(shù)枝發(fā)展的越長(zhǎng),樹(shù)枝的密度越大,直流成分的電流就越大。然而該方法存在的問(wèn)題有二:一是電纜屏蔽接地化學(xué)電勢(shì)Es和護(hù)套絕緣電阻Rs對(duì)測(cè)量值的影響。當(dāng)電纜護(hù)套嚴(yán)重受損或老化,Rs較小,Es較大時(shí),干擾電流將使nA級(jí)的直流分量無(wú)法檢出;二是只能根據(jù)測(cè)量值的增大來(lái)判斷絕緣老化,如果根據(jù)所測(cè)電流值的大小來(lái)判斷絕緣的老化程度,則需要根據(jù)大量測(cè)量數(shù)據(jù)的積累來(lái)得到相應(yīng)的可以比較的基準(zhǔn)值。
圖2直流成分法
2.6交流迭加法
日本九洲電力公司綜合研究所研制的采用疊加低頻法的XLPE電力電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)裝置(接線示意圖見(jiàn)圖3)為:將低頻電壓(7.5Hz,20V)接入配電線高壓回路的高壓端和接地端之間,并由電纜接地線上測(cè)出低頻電流。由于電纜絕緣層可以看作R、C的并聯(lián)等值電路,當(dāng)外施電壓為低頻而非工頻時(shí)流過(guò)絕緣層的容性電流(IC=UωC)較工頻時(shí)小得多,而阻性電流卻無(wú)明顯變化,因而較易從總電流中分出。且阻性電流越大表示老化發(fā)展越快。由于tgδ等于頻率、電容、電阻相乘的倒數(shù),頻率下降使等值介損數(shù)值增大,從而更易測(cè)出,但其發(fā)現(xiàn)電纜絕緣早期缺陷的等效性尚在研究之中。
圖3交流迭加法
2.7其它方法
工頻電壓下局部放電試驗(yàn)以脈沖電流法為佳[21],近年來(lái),為了盡可能地等效工頻電壓并盡可能地減小試驗(yàn)設(shè)備的體積和重量,適應(yīng)電纜運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的需要,國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者先后提出多種離線破壞性試驗(yàn)方法,如0.1Hz超低頻電壓試驗(yàn)、kHz振蕩波電壓試驗(yàn)、變頻諧振交流電壓試驗(yàn);以及離線非破壞性試驗(yàn)方法,如在0.1Hz超低頻電壓、kHz振蕩波電壓下的電纜局部放電量試驗(yàn),并推薦上述試驗(yàn)方法和手段作為今后XLPE電力電纜竣工交接試驗(yàn)或預(yù)防性試驗(yàn)方法和手段。顯然,上述試驗(yàn)方法均存在許多不成熟、不完善之處,其與工頻電壓試驗(yàn)的等效性、發(fā)現(xiàn)電纜絕緣早期缺陷的有效性等尚在研究之中。
其次,不論預(yù)防性試驗(yàn)采用上述哪種試驗(yàn)方法,其所選取的試驗(yàn)電壓均很高,實(shí)際上是對(duì)電纜主絕緣進(jìn)行一次損傷,相應(yīng)縮短了電纜安全運(yùn)行壽命。但是,在目前還沒(méi)有更好的試驗(yàn)方法誕生之前,這些試驗(yàn)方法無(wú)疑是比較熱門的研究課題,亦是人們可以選用的試驗(yàn)方法。
3結(jié)語(yǔ)
隨著供電可靠性要求提高,在線檢測(cè)、狀態(tài)檢修是國(guó)內(nèi)外電力企業(yè)今后發(fā)展的必然趨勢(shì)。大型電氣設(shè)備如變壓器、開(kāi)關(guān)等在線檢測(cè)技術(shù)發(fā)展較快,已進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段,實(shí)現(xiàn)XLPE絕緣電力電纜在線檢測(cè)、逐步達(dá)到狀態(tài)檢修的要求迫在眉睫。然而,近年來(lái)關(guān)于XLPE絕緣電力電纜試驗(yàn)新技術(shù)和絕緣在線監(jiān)測(cè)新技術(shù)尚不完善,尚沒(méi)有作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行推廣應(yīng)用,特別是發(fā)現(xiàn)電纜絕緣早期缺陷的有效性和可靠性、以及抗干擾能力、缺陷信號(hào)提取技術(shù)和識(shí)別技術(shù)還需要從理論和實(shí)踐上做進(jìn)一步創(chuàng)新。
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