用交流電壓進(jìn)行高壓XLPE絕緣電纜線(xiàn)路的現場(chǎng)試驗

摘　要　根據XLPE絕緣電纜用直流電壓進(jìn)行現場(chǎng)試驗的經(jīng)驗，要求開(kāi)發(fā)新的方法�，F在有一種移動(dòng)式調頻串聯(lián)諧振裝置能夠用交流電壓進(jìn)行試驗，這意味著(zhù)適用于塑料絕緣電纜敷設后的試驗將有重大突破。配有經(jīng)由戶(hù)外和戶(hù)內開(kāi)關(guān)設備而接至電纜線(xiàn)路的連接線(xiàn)，以滿(mǎn)足不同用戶(hù)的要求。

　　數千米長(cháng)的電纜線(xiàn)路具有大電容，例如10km長(cháng)的110kV交聯(lián)聚乙烯(XLPE)絕緣電纜，按其截面積的不同，電容可達2～3μF。如果在系統的頻率(50Hz)下用交流電壓進(jìn)行現場(chǎng)試驗，就需要很大的無(wú)功功率。如上所述的電纜，在160kV(2.5u0)下進(jìn)行交流電壓試驗，則可能需要高達20MVA的試驗功率。常規的交流電壓試驗設備(運行頻率50Hz)的缺點(diǎn)在于其單位試驗功率的重量較大，達100～200N/kVA，試驗設備的運輸很不經(jīng)濟，而且需要在現場(chǎng)提供相當大的電源。

　　眾所周知，油浸紙絕緣電力電纜的現場(chǎng)試驗一般都采用直流電壓。試驗時(shí)可以同時(shí)測量泄漏電流，由泄漏電流的變化或者泄漏電流與試驗電壓的關(guān)系，可用以判斷絕緣狀況。數十年對油浸紙絕緣電力電纜采用直流耐壓試驗的實(shí)踐，已證明其作為現場(chǎng)定期預防性試驗項目能得出滿(mǎn)意的試驗結果，這也就是充油和壓氣電纜用直流電壓進(jìn)行現場(chǎng)試驗的理由。這個(gè)試驗方法也同樣用于高壓XLPE絕緣電纜，它似乎是唯一可行的方法。

1　XLPE絕緣電纜線(xiàn)路用直流耐壓試驗的缺點(diǎn)

　　高壓XLPE電纜線(xiàn)路的運行試驗表明，現場(chǎng)采用直流耐壓試驗不能有效地檢出有缺陷的XLPE絕緣電纜及附件。各國運行經(jīng)驗發(fā)現通過(guò)直流耐壓試驗的XLPE絕緣電纜及附件在投入運行后有擊穿故障發(fā)生。

　　為此，CIGREWG21-09工作組(高壓擠包絕緣電纜試驗)于1984年向世界各國電纜制造商和電力公司調查，并組織進(jìn)行模擬結構樣品試驗，進(jìn)一步確認高壓XLPE絕緣電纜采用直流耐壓試驗是不恰當的，其存在以下明顯的缺點(diǎn)：

　　a)直流電壓下絕緣電場(chǎng)分布與交流電壓下電場(chǎng)分布不同，前者按電阻率分布，而后者按介電系數分布，尤其在電纜終端和接頭等高壓電纜附件中，直流電場(chǎng)強度的分布與交流電場(chǎng)強度分布完全不同。這往往造成交流工作電壓下有缺陷部位在直流耐壓的現場(chǎng)試驗時(shí)不會(huì )擊穿而被檢出，或者在交流工作電壓下絕不會(huì )產(chǎn)生問(wèn)題的部位，而在直流耐壓現場(chǎng)試驗時(shí)發(fā)生擊穿。

　　b)XLPE自身的固有場(chǎng)強高，要用很高的直流試驗電壓甚至嚴重損傷電纜才能檢出。例如，20kVXLPE電纜絕緣的50%處有金屬尖端，結果卻在10U0的直流電壓下才能使其擊穿。再者，在接頭內有金屬尖端或密封電纜頭周?chē)�有嚴重的缺陷，即使�?2U0～16U0直流電壓試驗也不可能檢出。

　　c)由于XLPE的高絕緣電阻和相應的空間電荷效應，尚不能排除在直流電壓下會(huì )造成XLPE電纜絕緣非故意的預先損傷。直流耐壓試驗時(shí)形成的空間電荷，可造成電纜在投入交流工作電壓運行時(shí)擊穿，或附件界面因積聚電荷而沿界面滑閃。

2　調頻串聯(lián)諧振裝置實(shí)例

　　傳統的直流電壓試驗存在著(zhù)嚴重缺點(diǎn)，必須尋求新的較為有效的試驗方法。非常自然的、符合絕緣機理的傾向，是采用交流電壓試驗方法，關(guān)鍵是要開(kāi)發(fā)新型的交流電壓試驗設備。本文將詳細介紹由西門(mén)子柏林電力電纜廠(chǎng)等研制的8MVA，160kV調頻串聯(lián)諧振試驗裝置。

2.1　移動(dòng)式

　　調頻串聯(lián)諧振裝置設計的首要目的是試驗安全、簡(jiǎn)便和快速，整個(gè)試驗設備均安裝在低底架的大卡車(chē)上。最重的組件是電抗器，重156.8kN。車(chē)輛總重量約400kN。

2.2　試驗電壓連接線(xiàn)

　　電源電壓經(jīng)OHL門(mén)架的戶(hù)外終端和變壓器的輸出端或氣體絕緣開(kāi)關(guān)(GIS)而饋電至用戶(hù)的電纜線(xiàn)路。通常連接到試驗設備的電抗器，包括可接至戶(hù)外套管或試驗電纜的插入式澆注樹(shù)脂絕緣管。內部絕緣為SF6，以便能夠快速、安全和干燥地裝配。

1—帶有固定電感的電抗器，并可改變電壓輸出；2—戶(hù)外終端；3—已裝在電纜盤(pán)上的試驗電纜，帶有符合IEC859的開(kāi)關(guān)設備的密封終端；4—饋電連接電纜；5—SF6氣體充氣站；6—用液壓驅動(dòng)的起吊機；7—控制室；8—戶(hù)外終端運輸用的貯存器

2.3　戶(hù)外套管

　　戶(hù)外套管的戶(hù)外部分有防水硅橡膠裙邊，并模鑄在耐壓的增強玻璃纖維塑料支撐管上。戶(hù)外套管的內部，導體是用交聯(lián)聚乙烯絕緣并用硅橡膠電容式應力錐來(lái)控制場(chǎng)強。附加的內部絕緣為SF6。這種結構使安裝比較容易，此外，試驗也不會(huì )受天氣的影響。

　　戶(hù)外套管裝在電抗器上，用柔軟的銅導線(xiàn)接至被試電纜線(xiàn)路的戶(hù)外密封終端。如果該銅導線(xiàn)很長(cháng)或沿著(zhù)曲折的途徑，則應采用絕緣子來(lái)支撐。

2.4　GIS饋電的試驗電纜

　　如果被試電纜和系統端接在GIS(氣體絕緣開(kāi)關(guān)設備)內，則電源饋電線(xiàn)可接至為試驗而特殊安裝的連接器殼體，殼體尺寸符合IEC859要求。

　　兩端都有密封終端的試驗電纜繞在電纜盤(pán)(安裝在車(chē)上)上，而且可拉開(kāi)至70m長(cháng)。用電子器件控制電纜盤(pán)的傳動(dòng)機構使敷設試驗電纜時(shí)達到靈活而且支撐牢固。用試驗電纜可接至現場(chǎng)GIS附近的任何地方。

　　試驗電纜的密封終端，與戶(hù)外套管一樣都是充以SF6氣體，確保裝配工作簡(jiǎn)易和安全。

2.5　初級電源的連接電纜

　　在大多數使用場(chǎng)合，試驗電源均從用戶(hù)的系統獲取。根據被試電纜的長(cháng)度和電容，視在功率可能需要達200kVA。但是，在很多的試驗場(chǎng)合下，可能僅僅需要電源視在功率小于50kVA。為此，運輸車(chē)還有裝在電纜盤(pán)上的連接電纜，長(cháng)度200m。

　　在所接入的電源負荷較大的場(chǎng)合或者饋電位置遠離公用電源系統時(shí)，本移動(dòng)式大容量調頻串聯(lián)諧振裝置還添加有可靈活移動(dòng)的發(fā)電機。

2.6　絕緣氣體源的環(huán)境安全

　　運輸車(chē)上有SF6氣體充氣站，提供所需的SF6氣體以及充氣至密封終端的真空和壓力系統，并提供可排氣和再充氣5MPa的壓力容器。

2.7　在運輸車(chē)上起吊工作

　　戶(hù)外終端或試驗電纜密封終端安裝至電抗器需要質(zhì)量達100kg的起重機。起重機也安裝在拖車(chē)上。這樣，在用戶(hù)的現場(chǎng)就可直接進(jìn)行工作而不受其他任何輔助設備的限制。

　　在開(kāi)始安裝的時(shí)候，通常不可能與用戶(hù)的電網(wǎng)相連接。因此，起重機由直流電動(dòng)機液壓驅動(dòng)，直流電動(dòng)機由拖車(chē)上的蓄電池供電。這樣，進(jìn)行試驗的準備工作不會(huì )有任何延誤。

2.8　設備控制和用戶(hù)操作室

　　運輸車(chē)是按成套移動(dòng)式調頻串聯(lián)裝置而設計的，適用于戶(hù)外使用。因此，也裝有寬敞的測試間。其內包括電子器件控制設備，計算機控制的聯(lián)機裝置以及容納操作和觀(guān)察人員的足夠空間。用戶(hù)能在各種氣候條件下從事試驗，而且便于試驗時(shí)做記錄或試驗全部結束后立即編寫(xiě)試驗報告。
3　運行經(jīng)驗

　　本試驗裝置自研制成功后，已用于110kVXLPE絕緣電纜線(xiàn)路的現場(chǎng)試驗，并取得初步有效運行經(jīng)驗。

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