高压电缆试验方式选择

　　摘要：本文分析了直流耐压试验对交联聚乙烯电缆存在的缺点和问题，通过比较选择变频谐振装置进行现场交流耐压试验；
　　关键词：高压电缆，直流耐压试验，交流耐压试验
　　前言：
　　电力电缆常用作发电厂、变电所以及工矿企业的动力线，当需跨越江河、铁路等时也常用。电力电缆用作城市输配电线路以及工矿企业内部的主干线路可少占地，美化环境。电力建设的发展直接带动了国家的发展，在电力建设中电力电缆扮演着举足轻重的角色，它以其受外界气候影响小，隐蔽、耐用，绝缘性能高，防水防酸性能好，抗拉、抗压性强而备受电力用户喜爱，但在使用过程中容易出现一些故障，如机械损伤、铅包腐蚀、过热老化等。所以电力电缆必须以其常规的预防性试验来检验其存在的隐蔽性故障，以确保电力系统的正常运行。
　　按照IEC840或CIGREWG21.03建议规程，现场试验的目的不是为了检验电缆的制造质量或电缆附件的制造质量的好坏，其制造质量已在型式试验和出厂试验中证实。现场竣工验收试验的目的是检查电缆的敷设及附件的安装是否正确。电缆在运输、搬运、存放、敷设和回填的过程中，有可能受到意外损害。检查的方法是按照IEC229，对于外护套厚度大于等于2.5mm的电缆，在电缆屏蔽与地之间施加10kV的直流，耐压1分钟。对于电缆主绝缘的耐压试验IEC推荐了两种方法：
　　直流耐压：3U015分钟；交流耐压：U05分钟。
　　传统的直流耐压具有试验设备重量轻，可移动性好，容量低等优点，对于油纸绝缘电缆应用效果很好，但对于交联聚乙烯电缆，无论从理论上还是实践上都证明了不宜采用直流耐压的方法。
　　正文：
　　国标第18.0.1条中规定高压电缆的试验项目：
　　1. 测量绝缘电阻；
　　2. 直流耐压试验及泄漏电流测量；
　　3. 交流耐压试验；
　　4. 测量金属屏蔽层电阻和导体电阻比；
　　5. 检查电缆线路两端的相位；
　　6. 充油电缆的绝缘油试验；
　　7. 交叉互联系统试验。
　　国标中未有要求检测电缆内衬层和外护套进水的试验项目，现就检测及判断论述如下：
　　1、由于国标的规定无法检测电缆外护套内衬层是否进水，所以各省增加的试验项目有：
　　1.1、利用铜蔽层电阻和导体电阻比来判断。其步骤为，用双壁电桥测量在相同温度下的铜屏蔽层和导体的直流电阻。当前者与后者之比投运前相比有所增加时，表明铜屏蔽层的直流电阻增大，则铜屏蔽有可能被腐蚀；当该比值与投运前相比减少时，表明该附件中的导体连接点的接触电阻有增大的可能。一般在现场实验时，测量钢铠和屏蔽绝缘电阻值，利用其电阻比来判断电缆外护套和内衬层是否进水。
　　1.2、用兆欧表测量绝缘电阻值来判断。其步骤为，用500V兆欧表分别测量橡塑电缆内衬层外护套的绝缘电阻，当每公里的绝缘电阻小于0.5兆欧时，再用下述方法进一步判断，使用万用表测量绝缘电阻，利用原电池原理，由于橡塑电缆的金属层、铠装层及其涂层用的材料有是铜、铅、铁、锌和铝等，当电缆的外护套内衬层进水后，这些金属的电极、电位分别为+0.334、-0.122、-0.44、-0.76V和-1.33V，其原理是，当橡塑电缆的外护套破损并进水后,由于地下水是电解质,在铠装层的镀锌钢带上会产生对地-0.76V的电位。当外护套或内衬层破损进水后,用兆欧表测量时,每公里绝缘电阻低于0.5兆欧时,用万用表的正负表笔轮换测量铠装层对地或铠装层对铜屏蔽层的绝缘电阻,此时在测量回路中由于形成的原电池与万用表内的干电池相串联。当极性组合使电压相加时，测得的电阻值较小；反之，测得的电阻值较大。因此，上述的两次测得的绝缘电阻值相差较大时，表明已形成原电池，就可以判断外护套和内衬层已破损进水。
　　例如，某橡塑电缆护套损伤受潮后，测得的电阻分别为7千欧和55千欧。
　　2、电缆的耐压试验，国标规定做直流耐压、交流耐压试验，但地方省份根据自己的实际情况多选择其中之一，现就这两者的利与弊对比如下:交联聚乙烯电缆不宜做直流耐压试验，而应做交流耐压试验。
　　2.1直流耐压试验：
　　高压试验的一个通用原则，被试品上所施加的试验电压场强应模拟高压电器的运行状况。而直流耐压试验对发现纸绝缘电缆缺陷十分有效，但对交联聚乙烯绝缘电缆则未必有效，而且还可能产生负作用，主要表现在以下几个方面：
　　2.1.1交联聚乙烯电缆在交、直流电压下的电场分布不同，交联聚乙烯绝缘层是采用聚乙烯经化学交联而成，属整体型绝缘结构，其介电常数为2.1--2.3受温度变化的影响较小。在交流电压下，交联聚乙烯电缆绝缘层内的电场分布是由各介质的介电常数决定的，即电场强度按介电常数而反比例分配的，这种分配是比较稳定的。在直流电压下，其绝缘层中的电场分布是由材料的体积电阻率决定的，且成正比例分配，而这种绝缘电阻分布系数是不均匀的。特别是在电缆终端头、接头盒等电缆附件中的交流电场强度的分布和直流电场强度的分布完全不同，而且交流电压下绝缘老化的机理和直流电压下的老化机理不相同。因此，直流耐压试验不能模拟交联聚乙烯电缆的运行工况。
　　2.1.2交联聚乙烯电缆在直流电压下会产生“积累”效应，存储积累单极性残余电荷。在直流耐压试验时引起的电荷积累，需要很长时间才能将这种残余电荷释放。电缆如果在直流残余电荷未完全释放之前投入运行，直流残压便会叠加在工频电压峰值上，使得电缆上的电压值超过运行工况下的额定电压，它将加速绝缘老化缩短电缆的使用寿命，甚至绝缘击穿。
　　2.1.3交联聚乙烯电缆致命的一个弱点是绝缘内易产生水树枝，水树枝在直流电压下会迅速转变为电树枝，并形成放电，加速了绝缘劣化，以致于运行后在工频电压作用下形成击穿。而单纯的水树枝在交流工作电压下还能保持相当的耐压值，并能保持一段时间。
　　2.1.4在现场进行直流高压实验时发生闪落或击穿可能会对其正常的电缆和接头绝缘造成危害。而且直流耐压试验不能有效发现交流电压作用下的某些缺陷，如在电缆附件内，绝缘若有机械损伤或应力锥放错等缺陷。在交流电压下绝缘最易发生击穿的地点，在直流电压下往往不能击穿。直流电压下绝缘击穿处往往发生在交流工作条件下绝缘平时不发生击穿的地点。
　　2.2交流耐压试验：
　　既然直流耐压试验不能模拟交联聚乙烯绝缘电缆的运行场强状态，不能达到我们所期望的试验效果，我们考虑采用交流高电压进行试验。由于电缆的电容值不同，试验前我们应该首先测量电力电缆的电容值，根据电容值计算出在试验电压下的电容电流，以选择合适的试验仪器。
　　2.2.1经了解绝大部分发电厂电缆额定电压都是6kV，且长度大多都在1.5km以内,所以我们可采用常规的交流耐压试验方法。如用一台50KV、20KVA的试验变压器，其最大输出电流为1000mA，据I=2πfUC可知，以6kV电缆为例，此试验变压器能试验的电缆的最大电容值为265nF（f=50Hz,U=12KV）。
　　2.2.2对于一些大电容量电缆，如采用常规的交流耐压试验方法，则需要大容量的试验变压器，对调压器和电源的容量也有特别大的要求。现场往往难以办到，试验仪器的运输、就位往往需要动用大型汽车、吊车等，既费时又费力。所以我们根据具体情况分别采用变频试验、串联或串并联谐振的方法来进行电缆的耐压试验。
　　2.2.3超低频0.1Hz耐压试验：
　　根据试验容量(的公式S=wCUs2=2∏fUs2KVA，式中的C-被试电缆电容量，Us–为试验电压，f-工频频率，我国为50HZ)，由此可见，0.1Hz交流电压与50Hz电压相比，前者需要的功率相当于后者的1/500，因而，它可以毫无问题的生产出便携式设备在现场使用。目前，此种方法主要应用于中低压电缆的试验。
　　经现场实践论证，对交联聚乙烯电缆进行耐压实验，采用0.1Hz超低频电压进行试验时，其试验电压可取为50Hz时的1.5-1.8倍，较直流耐压更易发现电缆绝缘缺陷，较50Hz交流电压容易使绝缘缺陷暴露击穿。
　　2.2.4变频谐振耐压试验：
　　变频谐振试验系统不但能满足高压交联聚乙烯电缆的耐压要求，而且具有重量轻、可移动性好的优点，适宜现场试验。该装置采用固定电抗器作为谐振电抗器，以调频的方式实现谐振，频率的调节范围为30-300Hz，符合CIGREWG21.09《高压挤包绝缘电缆竣工试验建议导则》中推荐使用工频及近似工频（30～300Hz）的交流电压。这种交流电压可以重现与运行工况下相同的场强，其等效性好、效率高、设备轻便，试品长度几乎不受限制。
　　综上所述，鉴于电缆现场工频试验设备容量和体积小,携带操作比较方便,发现电缆缺陷比常规的直流耐压更有效,所以应采用工频或变频谐振试验的方法,进行电缆现场竣工验收试验。而且变频谐振装置能满足l10kv和220kV及以上交联聚乙烯电缆交接试验的要求，建议首选变频谐振耐压。