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110kV电缆耐压试验


电缆试验手法的革新
1 概述 随着我公司的发展,尤其是在城网改造和城市美化的要求,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。 过去由于使用交联电缆一般长度都比较 长,因此容量较高,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。存在两 个缺点: 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。 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。根据规范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。

串联谐振的等效电路 当试验回路中 ω0L =1ω0C(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,即:ω0=1 LC 或 L =1ω02C; 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 ω0L = 1 ω0C 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。

并联谐振的等效电路 当试验回路中 ω0L=1ω0C(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。 2· 3 串-并联法 当试验电压较高、被试品电容量较大时 ,采用上述两种方法 都难以满足试验要求,主要是试验设备难以满足要求:一是合适的 高电压大容量的电抗器一般单位都不具备;二是不同长度的电缆 电容量不相同,需要的电抗器也不一样,即使是可调电抗器也往往 由于可调范围有限而难以满足试验要求。 因此仅靠配备合适的电 抗器来满足试验要求就比较困难,所以国内外进行长电缆交流耐 压试验一般均采用串、并联调频谐振方式。

串-并联谐振的等效电路 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 ω0L =1ω0C,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。 举例来说,如一条 110kV 交联电缆长为 2km,其每 km 的电 容量为 0.12μF,每一相电缆总电容量大约为 0.27uF,采用的补偿电 抗器为 4 个并联,每个电抗器的电感量为 200H 左右,串联电抗器 电感也为 200H 左右, 在电抗器 1 串 4 并的串并联谐振接线情况 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 48-45Hz,计算被试品电力电缆的电容电流大约为 9.04A, 4 个电抗器补偿电感电流为 7.23A,每个补偿电抗器通过的电流不 到 2A,而串联回路中的电抗器电流仅为 1.81A,这样每个电抗器只 需 要 耐 压 150kV 电 流 大 于 2A; 升 压 变 压 器 的 变 比 为 K=18 000V/400V=45,输出电压为 18kV,电流也只需要 2A 就能满 足试验要求。
被测相 A B C 谐振频 率 51.9 51.6 51.8 试品电 流 1.25 1.25 1.25 试验回路 Q 值 (Uc/U) 9.5 10.0 9.5

电抗器 5 节,1 串 4 并

注:在电缆芯导体和金属屏蔽层间施加试验电压 110kV,持续 5min, 试验结果全部通过。 1)从试验中可以看出,“串-并联谐振法”实质上仍然是串联谐 振。这次试验主要还是利用 L- C 谐振原理· 与传统的串联谐振不

同之处在于,电抗器 L 不是简单的与被试品电力电缆电容 Cx 构成 串联谐振,而是与电抗器 L1-L4 和被试电缆电容 Cx 的并联回路产 生串联谐振,谐振电压为 Uc。 并联电抗器 L1-L4 主要起补偿作用。 2)由于有了 L1-L4 的补偿作用使得流过励磁变压器高压侧 及串联电抗器 L 上的电流 I 减小电抗器 L 的体积和重量将大大减 轻以及励磁变压器容量也将大大减少相对提高了调频谐振装置 的带负载能力。使得原本很难进行的试验项目,相对变得容易。

编制:田乐 郑锐


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