小议配电电缆的超低频试验方法

　　
　　【摘要】:本文主要阐述了高压电力电缆超低频试验的各种方法。
　　【关键词】:电力电缆，超低频试验
　　1前言
　　在主要使用铅包油浸纸绝缘(PILC)电缆的电力配电系统中,引入了配电电缆的直流试验方法是有效的。直流试验的持续时间和电压水平可以在AEIC规范和IEEE标准中查到。平均直流试验电压为4-4.5倍的额定电压。直流试验可发现故障电缆而不会进一步损坏好电缆的绝缘。
　　随着固体介质绝缘电缆使用的增加,同样的直流试验方法被采用于新的系统,并用于固体介质绝缘电缆与铅包油浸纸绝缘电缆的连接接头上。由于固体介质绝缘电缆比铅包油浸纸绝缘电缆的直流击穿强度高,采用的试验电压为5—8倍的额定电压。
　　未经过试验的固体介质绝缘电缆的寿命比经过试验的同样的电缆的寿命长,一般由行业推荐高直流试验电压。但采用推荐电压水平的直流试验不易发现大的绝缘缺陷。对运行了一段时间后的固体介质绝缘电缆进行推荐电压等级的直流试验,会使电缆在返回使用时发生故障。
　　2超低频试验
　　为克服直流高压试验的不足,采用新的试验电压波形,对新的可替代试验技术进行了评价,以便作为运行了一段时间后的固体介质绝缘电缆的替代试验方法。
　　从试验所造成的不良后果来分,试验方法可以分为破坏性试验和非破坏性试验。通过测试电缆的绝缘使缺陷击穿,并用标准电缆故障定位技术确定电缆故障位置,此方法称为破坏性试验。非破坏性试验可以确定缺陷或有缺陷的电缆段的位置而不破坏电缆,从而使电缆可以继续使用直到缺陷被消除。。
　　2.1破坏性试验方法
　　●共振/工频(60HZ)试验;
　　●超低频(0.1HZ)余弦—脉冲波形试验;
　　●超低频(0.1HZ)正弦波形试验;
　　●振荡放电(1-10kHZ)试验;
　　●直流试验。
　　2.2非破坏性试验方法
　　●损耗因数(tanδ)测量;
　　●局部放电测量;
　　●回流电压测量。
　　现场试验经常采用几种试验方法的组合。
　　3三种方法的比较
　　对运行了一段时间后的电缆做高压试验,试验所加电压的持续时间为几分钟到一个小时,结果有两种,一种是泄漏电流增加,局部放电,击穿,然后闪络。另一种是什么现象也不发生。可从试验结果判断电缆的好坏。
　　通过对聚乙烯(PE)和交联聚乙烯(XLPE)电缆的直流、交流(工频)和甚低频(0.1HZ正弦波)试验进行比较得知,由于空间电荷在聚乙烯(PE)和交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘的缺陷周围聚集,(1)直流试验无法确定运行了一段时间后的固体介质绝缘电缆的交流击穿强度;(2)直流试验也会使运行了一段时间后的固体介质绝缘电缆在以后的使用中发生故障。

电压梯度图
　　相反,通过比较0.1HZ正弦波和50HZ试验电压,前述的研究人员发现:故障和绝缘损坏的程度越严重,发生空间放电或缺陷击穿的电压越低。
　　研究表明,当直流试验电压加到电缆缺陷上时,缺陷周围就会有空间电荷聚集。空间电荷为同极的电荷,离缺陷越近,电荷密度越高见图1。与无电荷区域相比,缺陷和在缺陷前方紧接区域的电场强度,即电位梯度,迅速降低见图2a。空间电荷起到了屏蔽缺陷的作用。为了使缺陷附近发生局部放电或者击穿,需要更高的外加直流电压。
　　施加负极性电压图

　　绝缘中缺陷周围的空间电荷由于受到缺陷限制,不能迅速改变。当行波或外加交流电压改变了缺陷的极性(相对于周围空间电荷)时见图1,会产生很高的局部电压梯度。局部的电场强度如此之高,以至于经常超过绝缘材料的击穿电压见图2b。每当电压极性变化时,会发生局部放电并形成新的电树枝。

施加正极性电压图
　　因此,当直流试验完成后,继续进行交流试验时,由于电缆绝缘中缺陷周围的空间电荷还没散开或者发生闪络,所加的交流电压经常对电缆的绝缘造成破坏。这样的试验可能会掩盖电缆的问题并且加剧电缆的缺陷,电缆经常会在试验之后返回使用的几个月中发生故障。
　　对运行了一段时间的固体介质绝缘电缆不宜进行直流试验。
　　对工频(50HZ)和超低频(0.1HZ)试验的优缺点进行比较,得出了结论:对于聚乙烯(PE)和交联聚乙烯(XLPE)电缆,在相同的试验电压下50HZ比0.1HZ的空间放电大约快10,000次,电缆缺陷在0.1HZ比在50HZ的击穿速度快得多。50HZ升高试验电压等级可以使缺陷的尺寸增加而不击穿,但在0.1HZ升高试验电压等级时可以使故障的击穿时间呈指数降低见图3。
　　

实验对生产速率的影响

不同HZ电压实验的电树
　　4超低频试验的优点

超低频试验的优点
　　应用超低频试验设备,能产生按正弦方式改变极性的0.1HZ的脉冲波见图4。在工频范围内按正弦方式的极性改变能激发在绝缘缺陷处的局部放电。而0.1HZ的脉冲波则能以合适的速度发展成为击穿通道。由于高压脉冲之间的连续正弦极性改变,抑制了行波的产生,有害的空间电荷也就不能聚集了。
　　5超低频现场试验
　　电力配电系统中投资最大的是电缆系统。电缆系统要求具有高度的可靠性和合理的寿命。为了保证电缆系统的可靠性和达到规范和工业标准,我们就必须对其做试验。电缆制造厂家的责任是必须保证生产并提供高质量的产品。他们必须保证和验证产品适用于特定的用途。为了提供符合要求的电缆产品,保证产品的材料质量和对生产过程的控制,制造厂家必须对电缆进行试验。
　　对于电缆用户来说,电缆试验意味着不同的事。安装前的检查可以拒绝接收运输导致的损坏电缆。电缆安装后和投产使用前的试验可以发现可能的机械损害和不合格的安装工艺。检修后的试验可以保证检修质量和检测到其它可以导致电缆在返回投入使用中产生故障的缺陷。对电缆的定期试验可以了解电缆系统的整体情况,从而可以按计划检修,排除将来的电缆系统故障,以避免突发故障。
　　通过对几十万英尺的交联聚乙烯(XLPE)电缆的试验证实,当从一批电缆中挑出有故障的电缆时,超低频(0.1HZ余弦脉冲)试验的效果最好。对于测试存在大量均匀分布“水树枝”损伤的交联聚乙烯电缆,超低频试验的结果是不明确的。如果把缺陷数量和缺陷尺寸作为验收电缆的标准,可以采用以下规则来简化选择过程。
　　1)对于缺陷数量少、尺寸小的电缆,采用非破坏性试验来监测它。
　　2)缺陷数量少、尺寸大的电缆最适合做超低频试验,可使电缆缺陷显现出来而不破坏电缆绝缘的完好性。当缺陷被修复后,电缆可返回投入使用。
　　3)缺陷数量多、尺寸大的电缆应该更换。
　　4)缺陷数量多、尺寸小的电缆应该采用非破坏性试验来监测并尽可能喷注以增进绝缘的完好性。
　　超低频(0.1HZ正弦波)测量介质损耗因数(tanδ)可以用来监测固体绝缘电缆的老化和磨损。报告指出0.1HZ的介质损耗因数主要取决于电缆绝缘的“水树枝”损伤,而不是取决于导电表面的水。如果在额定电压水平下测量介质损耗因数,其tanδ>4x10-3,则对于使用过一段时间的电缆必须更换,且电缆试验电压等级不应升高超高V0以防止绝缘击穿;如果在额定电压水平下测量介质损耗因数,其tanδ<<4x10-3,使用过一段时间的电缆,必须另外做3倍额定电压的超低频试验60分钟。当电缆通过这项试验后,电缆可以毫无保留地继续使用。超低频介质损耗因数测量可以作为判断电缆更换或继续使用的基准。
　　6结论
　　对使用一段时间后的固体介质绝缘电缆采用的试验方法的适宜性、实用性和有效性取决于以下几个方面:
　　1)在什么试验电压水平下缺陷能被检测到。
　　2)是否漏掉导致在电缆返回投入使用后发生故障的缺陷。
　　3)试验是否会使缺陷恶化,从导致电缆在返回投入使用后发生故障。
　　直流试验有可能使电缆在返回投入使用后发生故障。目前,正弦波超低频试验结合介质损耗因数测量、余弦脉冲波超低频试验结合回流电压测量这两种甚低频技术最有希望成为对运行一段时间后的固体介质绝缘电缆的可替代试验技术。
　　