油浸纸绝缘电缆、塑料绝缘电缆和交联聚乙烯电缆的试验方法

   2022-08-15 工业品商城123
核心提示:目前电缆线路的电气试验有:DC耐压和泄漏电流试验、工频耐压试验、绝缘电阻测量、绝缘油试验、局部放电试验、0.1 Hz超低频试验、交流变频谐振试验等。目前,电力部门对不同电压等级、不同类型的电力电缆线路的测试方法和测试内容是不同的。1油浸纸绝缘电缆的DC耐压试验DC耐压反映了电缆绝缘的泄漏和耐压特性。理论分析和实际
目前电缆线路的电气试验有:DC耐压和泄漏电流试验、工频耐压试验、绝缘电阻测量、绝缘油试验、局部放电试验、0.1 Hz超低频试验、交流变频谐振试验等。目前,电力部门对不同电压等级、不同类型的电力电缆线路的测试方法和测试内容是不同的。
1油浸纸绝缘电缆的DC耐压试验
DC耐压反映了电缆绝缘的泄漏和耐压特性。理论分析和实际结果表明,油浸纸介质电缆、充油电缆或充气电缆的DC和交流耐压特性基本相同。
对于油纸绝缘电力电缆的试验,除了制造厂在例行试验中使用的交流电压外,安装运行单位在电缆线路交接验收、预防性试验或故障修复后试验时使用DC耐压,因为DC耐压试验有以下优点。
A.DC测试设备是便携式的,适合野外使用。在对电缆进行DC耐压试验时,一般采用半波整流获得试验电压,并应用多重电压整流技术。因此,可以使用体积和容量较小的试验设备(试验变压器和整流设备)在较长的电缆线路上获得DC高压试验的电压。
B.交流耐压试验可能会在绝缘间隙产生自由放电,导致绝缘永久性损坏,而DC耐压试验可以避免这种情况。
C.进行DC耐压试验时,可以同时测量泄漏电流。根据泄漏电流的大小及其随时间的变化,泄漏电流与试验电压的关系,可以判断电缆的绝缘状况。
D.对电缆进行DC耐压试验时,应按规定采用负极性接线,即将导体接到负极上。这种连接的好处是,如果纸绝缘已经被润湿,由于水带正电,在DC电压下会出现明显的“电渗现象”,使水分子从表层向导体(负极)移动,从而增加泄漏电流,甚至形成穿透通道,有利于暴露纸绝缘中部分被润湿的缺陷。
E.DC耐压试验的加压时间可以很短,如规程规定的6 ~ 35 kV电缆交接和预防性试验时每相5 min。这是因为DC击穿电压与加压时间几乎没有关系。如果有缺陷,一般在DC电压下几分钟就能发现,不需要长时间加压。
油绝缘电力电缆DC试验的电压标准见表1。其中6 ~ 35 kV电缆同预防性试验,110~220 kV电缆同电缆故障修复时交接试验和接线后试验。10 ~ 220 kV电缆护套交接试验电压为10 kV DC,加压时间为1 min。
事实上,在DC耐压试验中测量泄漏电流与用兆欧表测量电缆绝缘电阻是完全一样的。但DC耐压试验所用的外加电压和仪器的精度比兆欧表高,而且在加压过程中可以观察到泄漏电流的变化,所以泄漏电流试验比测量绝缘电阻更能有效地发现绝缘缺陷。
在DC电压下,流过电缆绝缘的电流是电容电流、吸收电流和传导电流的叠加。过流绝缘泄漏电流随时间变化,与电缆绝缘质量、杂质、气泡、水分等内容有关:随着加压时间的延长,绝缘良好的电缆泄漏电流减小并趋于稳定值;对于绝缘较差的电缆,泄漏电流很快趋于一个稳定值,该稳定值非常接近初始值;当存在严重的绝缘缺陷时,泄漏电流并不随时间减少,而是增加。如果增压时间延长或DC电压增加,泄漏电流可能继续增加,直到绝缘击穿。
为了使测得的泄漏电流反映电缆绝缘的真实情况,应采取措施消除外界因素对泄漏电流的影响。如果测得的漏电流不稳定,漏电流随时间增加,或随试验电压的增加而急剧上升,必须找出原因。
一般来说,DC耐压试验后和耐压试验前测得的泄漏电流之比称为吸收比。耐压试验前的泄漏电流是指DC耐压试验施加到规定电压后1 min的泄漏电流I1,耐压试验后的泄漏电流是指耐压持续4min(6 ~ 35kv电缆)或14min(110 ~ 220kV电缆)时的泄漏电流I2。根据规定,电缆泄漏试验的合格标准是吸收比I2/I1≤1。
2交联聚乙烯电缆的耐压试验
在中国,DC电压仍然是XLPE电缆试验的主要电源。交联聚乙烯电缆DC试验的电压标准见表2。IEC标准中明确规定,额定电压150 kV以上的XLPE电缆及其附件安装后的电气试验应采用交流电压试验,即施加电力系统相间电压,1 h后试验,或施加正常运行电压,24 h后试验,不建议采用DC电压试验。
我国高压(110 ~ 220 kV)交联聚乙烯电缆的使用始于1984年。随着城市电网建设和改造的发展,从1985年开始,广州、上海、北京等大城市陆续从国外进口高压交联聚乙烯电缆及其附件。正是从这个时候开始,一些国家对高压XLPE电缆的DC耐压试验结果和电缆的运行情况进行了研究和分析,得出了一个共同的结论:DC耐压试验不适用于高压XLPE电缆。认为XLPE电缆进行DC耐压试验时主要存在以下问题。a .在DC和交流电压下,XLPE电缆绝缘层的内部电场分布完全不同。在DC电压下,电场按照绝缘电阻系数成正比分布,而XLPE绝缘材料的电阻系数是不均匀的,这就导致了在DC电压下电场分布的不均匀性。在交流电压下,电场按介电系数成反比分布。XLPE为整体绝缘结构,其介电系数为2.1 ~ 2.3,一般不受温度变化的影响。因此,在交流电压下,XLPE绝缘中的电场分布相对稳定。这样,交流工作电压下的缺陷零件在DC测试中往往不会被击穿,反过来,在DC测试中被击穿的零件在交流工作电压下也不会出问题。
B.如果XLPE绝缘内部有水枝,在交流工作电压下水枝发展很慢,但在DC耐压试验时会加速水枝的发展,甚至变成电枝,即DC试验会导致XLPE绝缘的积累效应,加速绝缘老化,缩短使用寿命。
C.在DC耐压试验中,XLPE电缆及其附件的绝缘中会形成空间电荷。空间电荷的不断形成会导致电缆在交流工作电压下击穿,或者附件的接口会因积累的电荷而沿接口闪络。
综上所述,DC试验电压不能有效地发现XLPE电缆的绝缘缺陷,DC试验电压可能造成XLPE电缆的绝缘损坏,以至于试验后再次投入运行时,在交流工作电压下绝缘击穿事故提前发生。因此,有必要对XLPE电缆采用除DC试验以外的其他试验方法。
2.1超低频电压测试
超低频耐压试验装置的输出频率一般为0.01~0.1 Hz,输出波形为正弦波或余弦波,所以超低频试验也是交流耐压试验。超低频测试的目的是在交流电压条件下,尽可能减小测试设备的体积和重量。
DC试验不能有效检测XLPE电缆线路的缺陷,注入的空间电荷会影响其绝缘性能。而交流电压试验需要高电压、大容量的试验设备,所以可以采用超低频电压试验。从50 Hz变为0.1 Hz,理论上可以将测试设备的容量降低到1/500。这样,0.1 Hz测试设备可以像DC测试设备一样小容量和轻重量,并且适合于现场使用。
对于XLPE电力电缆,现场耐压试验不应采用DC电压,而应采用0.1 Hz超低频电压试验。0.1 Hz超低频电压试验主要包括耐压试验和介质损耗测量。目前国际上研制的0.1 Hz试验设备,其电压低于100 kV,仅适用于中压(6 ~ 35 kV) XLPE电缆线路。推荐的测试标准为3U0/1 h。
2.2交流变频串联谐振试验
工频耐压试验最能反映电缆绝缘的实际情况,因为:电缆在工频下运行,其试验电压和频率在工频下最合理,可以完全模拟运行情况;从理论上讲,工频耐压试验不仅能反映电缆的泄漏特性,还能全面反映电缆的耐压特性,还能反映电缆局部介质损耗引起的局部耐压特性。XLPE电缆工频交流耐压试验的最大难点是要有大容量的试验设备。电压越高,线路越长,测试设备的容量越大。为了满足现场XLPE电缆交流耐压试验的需要,关键是尽量减小试验设备的容量。串联谐振技术的应用是降低测试设备容量的有效措施。试验证明,变频串联谐振装置能以较低的电压和较小容量的供电设备使电缆绝缘承受较高的试验电压。
目前从国外进口的成套变频串联谐振试验设备包括一个固定电感为10 ~ 100 h的电抗器,安装在20 t平板车上,用一辆集装箱车安装频率调节器、变压器、计算机控制系统等设备。整套装置的变频范围为30 ~ 300 Hz,输出电压可达250 kV,电流为75 A,可适用于220 kV XLPE电缆的交流耐压试验。
塑料电缆的局部放电试验
橡塑电缆的绝缘中有气隙和潮水。在额定DC电压下,通常只有很短的局部放电过程或没有局部放电。在额定交流电压下,局部放电可能发生,也可能不发生。如果发生局部放电,放电过程较短,局部放电过程在一定时间内不会造成电缆绝缘击穿,但危害很大。因此,局部放电测量只在电缆的特定部位进行,如电缆的可疑部位、中间接头、终端头等。
4结论
A.对于橡塑电缆,DC耐压试验只能发现电缆绝缘明显劣化或击穿。由于它对电缆有“破坏性”影响,因此只能作为最后手段使用,并且仅供参考。信息来源:输配电设备网
B.超低频测试装置由操作控制和高压电源两部分组成。现场操作轻便,对电缆无“损伤”作用。可作为橡塑电缆的试验方法。目前的技术限制使其主要用于小于等于35 kV的电缆测试。
C.变频谐振试验装置由变频电源、励磁变压器、谐振电抗器和分压器组成。对于小于等于35 kV的电缆,现场使用这种方法比较麻烦,对于大于等于66 kV的电缆,可以作为现场测试方法。
D.对于大于等于110 kV的电缆,振荡电压法体积小,现场操作方便,但能否起到超低频和变频谐振试验的效果,还有待验证。
E.局部放电试验只能检测电缆的特殊部位(中间接头、终端头等。),对于大于或等于110 kV的电缆,需要在现场进行此项测试。
F.介质损耗测量方法,由于其自身的局限性,在现场使用几乎没有意义。
 
 
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