浅谈交联聚乙烯（XLPE）电缆的现场耐压试验方法

浅谈交联聚乙烯（XLPE）电缆的现场耐压试验方法

余昌洪

余昌洪

（广东省输变电工程公广东广州510000）

摘要：本文详细介绍了电缆线路的耐压试验方法及具体实施，重点讨论了大容量长电缆的耐压试验方法，对于现场试验具有一定的指导和借鉴意义。

关键词：高压电力电缆;主绝缘;试验技术;有效性

前言

近年来，随着城市不断发展，各变电站间经济实用的架空线路走廊也不断减少，高压电力电缆随之出现。为保证设备正常运行，需要对新安装的高压电力电缆进行试验，根据国标交接试验规程，需要对高压电力电缆进行主绝缘试验。通过运行和研究的例子分析，部分高压电力电缆的主绝缘仅用直流耐压试验方法进行检测，投运后不久便发生电缆击穿事故。而交联聚乙烯电缆的绝缘层，在直流电压下易发生树枝化放电，进而令绝缘加速老化。因此，为保障设备乃至系统的安全运行，需要高试技术人员充分认识高压电力电缆的绝缘特性，通过不断试验总结分析，选择有效的耐压试验方法，以提前发现或预防高压电缆的绝缘缺陷。

1.耐压试验方法的选择。

目前己有高压电力电缆主绝缘试验的技术方法中，将最常用直流耐压和交流耐压两种方法进行对比。

1.1直流耐压试验法

（1）对高压电力电缆进行直流耐压试验，是传统的方法。实践证明，这种方法非常适合油纸绝缘的电缆，但是，对于高电压等级的橡塑绝缘电缆，却是低效而且有害的。

（2）对高压电力电缆进行直流耐压试验过程中，施加在电力电缆上的电压是按照电阻率分布的，不能反映电缆在交流耐压下电压按介电常数分布的实际工况，因此这种方法，对检验出高压电力电缆在交流电压作用下的绝缘缺陷，不是非常有效。

（3）对高压电力电缆进行直流耐压试验后，在电缆内部将集起空间电荷，电缆投入运行时，其残留的直流电荷会在交流电压峰值上产生叠加，令电缆某一时刻的运行电压大于其额定电压，会造成电缆的老化，并且有可能导致绝缘降低而击穿。

（4）电缆内部，某些绝缘弱点的部位均可能产生局部放电，持续的局部放电对绝缘是非常有害的。直流电压可使电缆内部的局部放电大为减弱，不利于检出绝缘缺陷。

结合已有的相关文献资料，通过案例及试验情况分析结果，交联电缆的直流耐压试验法，有其局限性，不能有效发现电缆存在的缺陷，对电缆有害，因此国内许多地区及国际大电网工作组，对交联电缆不再推荐直流耐压试验法。

1.2交流耐压试验法

（1）传统的电气设备工频交流耐压试验，要利用专门的升压变压器(试验变压器)来获得高电压。由于电力电缆长度越长电容量越大，特别是城市中几公里的长电缆线路，在交流试验电压下呈现为一个巨大的电容负载，所以要用大容量的试验变压器来获取高电压。但是，试验变压器容量越大，意味着成本越高、体积越大、重量越大，现场试验使用不便。

（2）利用变频串联谐振设备，产生频率为30-300HZ交流电压，串联回路达到谐振状态时，能在被试品上产生高电压，得以实现对试品耐压的目的。变频串联谐振，通过绘制电路等效图，可以看出其是谐振式电流滤波电路，具有改善电源波形畸变的效果，能令试验回路中获得较好的正弦电压波形，能够有效的防止谐波峰值对被试品的误击穿。现有设备，对于试验发生击穿时，电压异常波动-du/dt越限情况，一般控制系统都据此设置设备保护；系统失谐时，一般不会发生过流现象。

串联谐振设备制造技术比较成熟，设备越来越轻便，通过使用不同电抗值的电抗组合，可以满足现场多种高压电力电缆的试验要求。因此，我们在现场更多是采用交流耐压试验法中的变频串联谐振试验方法。

2.变频串联谐振试验方法简单介绍

2.1变频串联谐振的工作原理

变频串联谐振试验方法是利用R-L-C串联电路的谐振原理如下图所示，通过改变试验回路的频率，使得电感L和电容c发生串联谐振。此时回路中的感抗与容抗相等，即XL=XC。回路的有功损耗由电源提供，电容消耗的无功功率全部由电抗器供给，电感磁场能量和电容电场能量能够相互转换，使得整个电路呈阻性。由于XL=Xc>>R，感抗远远大于回路电阻值，因此UL=Uc>>UA，为Q倍(一般这个Q值可达到30-120之间)，Uc=QU（即被试品上的电压是电源电压的Q倍)。此时谐振回路的频率为f=1／Л√LC。

2.2变频串联谐振试验法的优点

（1）安全性高。在高压电力电缆交流耐压试验过程中，发生绝缘闪络或者绝缘弱点被击穿，试验设备的回路上，将失去谐振条件，导致高电压因为回路失谐而立即消失，电弧同时熄灭。谐振电路恢复电压建立需要较长的过程，可以在再次达到闪络电压之前就令控制电源跳闸，可以避免发生恢复过电压而导致试品再次发生击穿、回路失谐、避免损坏试验设备及试品。

（2）现场适用性高。现有试验设备，变频电源、试验变压器容量不需要太大，理论上，变频电源、试验变压器的容量可以比实际试验所需的容量小Q倍。因此，可以制作更加轻便的试验设备，方便现场运输及布置。

（3）输出的电压波形较好。正如之前所说，试验回路是对谐波分量的电流来讲是高阻抗回路，但是对工作频率下的电流来讲是一个纯电阻回路，，所以想在试品上获得最佳的正弦电压波形，轻而易举。

3.串联谐振原理图

由上表可见，采用交流电压耐压试验需要高压大容量交流电压试验设备。变频串联谐振设备可以满足试验要求。

4.2我们在每次试验前均按不同试验对象和规程要求进行预先计算，在满足试验设备的额定电流的前提下，通过改变谐振电抗器的数量及组合方式（必要时将加补偿电容器），从而就能确定每次试验具体应携带的电抗器或电容器的数量。

4.3试验参数计算：

（1）计算公式：

（2）对于琴韵站电缆至莲花站电缆终端的参数计算：

电缆参数：单芯XLPE电缆，型号YJLW02-Z-127/220，12500mm2，电容量0.232uF/km，总长约9003m试品容量约为：单相电缆电容C=0.232×9.003=2.0887uF；试验电压为：178kV，60分钟。

由于单相电缆较长，电容量大，本次试验考虑逐相进行试验，电抗器的配置方式采用4台YDTK-6500/250，48H并联补偿，此时电路总电抗值为12H，总直流电阻值为15Ω。使用设备相对于其他耐压试验方法所需设备来说，已经达到经济实用的效果。

将L=12H，C=2.0888μF,代入谐振频率公式可得:

=1/2*3.14√12*2.0887=31.81(HZ)

回路电流为:

I0=2ЛfCU=2*3.14*31.81*2.0887*178=74.27(A)

被试电缆上视在功率为:

PS=UCXI0=78*74.27=13220.06(kvA)

假设此时Q值为100(Q值可根据高、低压侧电压比求得)则励磁变压器有效功率公为P=PS/Q=132.2(kvA)

试验结果与计算值相近，试验通过。

5结论

（1）进行交联聚乙烯电缆耐压试验，应逐步淘汰传统的直流耐压试验，而改为采用交流耐压试验。

（2）变频型交流耐压设备已逐步替代传统的常规交流耐压设备及调感式交流耐压设备。

（3）大容量长电缆的交流耐压试验，可以通过用多节电抗器并联的方式实现。

（4）通过220kV琴莲甲乙线等电缆耐压试验实例表明采用串联电抗器的方式能很好的解决长电缆耐压试验难题，值得推广。

参考文献：

[1]胡其秀电力电缆线路手册中国水利水电出版社

[2]马国栋电线电缆载流量中国电力出版社

[3]朱匡宇，周良才．中压橡塑绝缘电力电缆现场交流耐压试验