电力电缆的结构及试验-刘增文

电力电缆的结构及试验刘增文目录一、电力电缆的结构、型号二、电力电缆的交接及例行试验三、交叉互联系统的设计及试验电力电缆应用范围城市地下电网，为减少占地或环境美观。发电厂、工厂、工矿企业等厂房设备拥挤，引出线多的地方。严重污染地区，用以提高供电可靠性。跨越江河、海峡的输电线路，解决大跨度问题。国防需要，为避免暴露目标。总之，电力电缆已成为近代电力系统不可缺少的组成部分。例如，瑞士苏黎世整个城市供电的14个170kV变电站，全部为电缆出线，没有一条架空线路，组成了全电缆环网。电力电缆的分类电力电缆可按绝缘材料、结构特征、敷设环境、电压等级等进行分类，按绝缘材料分类如下：油浸纸绝缘粘性浸渍纸绝缘型，如统包和分相屏蔽型不滴流浸渍纸绝缘型，如统包和分相屏蔽型油压浸渍纸绝缘型，如自容式充油型和钢管充油型气压浸渍纸绝缘型，如自容式充气型和钢管充气型聚氯乙稀绝缘型聚乙烯绝缘型交联聚乙烯绝缘型塑料绝缘橡胶绝缘天然橡胶绝缘型乙丙橡胶绝缘型交联聚乙烯绝缘电缆我们常用的10kV、35kV、110kV电缆，绝缘材料都是交联聚乙烯材料。分子结构图：—C—C—C—C—C—CCH2—C—C—C—CH2CH3CXLPE橡塑绝缘电力电缆的结构—单芯电缆单芯电缆典型结构由内向外依次为：电缆线芯、线芯屏蔽、绝缘层、绝缘屏蔽、内衬层(缓冲阻水层）、金属护层、外护层等。1×1600mm2220kV电缆1×2500mm2220kV电缆交联聚乙烯绝缘电缆剖面三芯电缆典型结构由内向外依次为：电缆线芯（导体）、线芯屏蔽、绝缘层、绝缘屏蔽、内衬层(填充层）、金属铠装、外护层等。橡塑绝缘电力电缆的结构—三芯电缆线芯、内屏蔽、绝缘层的作用（1）线芯线芯是电力电缆的导电部分，用来输送电能，是电缆的主要部分。（2）内屏蔽填平导体表面的凹槽，使绝缘层所承受的电场强度的高电极表面平滑，均匀绝缘层中的电场强度。（3）绝缘层绝缘层是将线芯与大地以及不同相的线芯间在电气上彼此隔离，保证电能输送，是电力电缆结构中不可缺少的组成部分。外屏蔽的作用（1）外屏蔽是绝缘层中所承受的电场强度的地电位端，均匀绝缘材料中的电场强度。金属屏蔽、外护套的作用（1）金属屏蔽层（铝护套）均匀电场；电缆发生故障时，通过金属屏蔽层泄放短路故障电流。（2）外护套外护套的作用是保护电力电缆免受外界杂质和水分的侵入，以及防止外力直接损坏电力电缆。电缆产品的表示电缆产品用型号、额定电压和规格表示。其方法是在型号后再加上说明额定电压、芯数和标称截面积的阿拉伯数字。例如：YJV22-26/351*300电缆的型号：YJV22表示交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套钢带铠装额定电压：26/35表示额定电压为35kV芯数和标称截面积：1*300表示单芯，截面为300平方毫米电缆的型号电缆型号按电缆结构的排列一般依次序为：绝缘材料；导体材料；内护层；外护层。a、绝缘种类：V代表聚氯乙稀；X代表橡胶；Y代表聚乙烯；YJ代表交联聚乙烯；Z代表纸。b、导体材料：L代表铝；T（省略）代表铜。c、内护层：V代表聚氯乙稀护套；Y聚乙烯护套；L铝护套；Q铅护套；H橡胶护套；F氯丁橡胶护套。d、特征：D不滴流；F分相；CY充油；P贫油干绝缘；P屏蔽；Z直流。e、控制层：0无；2双钢带；3细钢丝；4粗钢丝。f、外被层：0无；1纤维外被；2聚氯乙稀护套；3聚乙烯护套。g、阻燃电缆在代号前加ZR；耐火电缆在代号前加NH。h、例如：YJV22表示交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套钢带铠装电力电缆的额定电压电力电缆的额定电压是电缆及其附件设计和电气性能试验用的基准电压，用U0/U表示。U0为电缆及其附件设计导体和金属屏蔽（地）之间的额定工频电压有效值，单位kV。U为电缆及其附件设计的各相导体之间的额定工频电压有效值，单位kV。同样额定电压的电力系统，中性点接地方式不同，U相同的电缆，其U0值是不相同的。所以有类似6/10kV、8.7/10kV、8.7/15kV；21/35kV、26/35kV这样相同U，不同U0电压的电缆。橡塑绝缘电力电缆附件包括：户外终端、GIS终端、中间接头，现在一般应用的为预制式结构。橡塑绝缘电力电缆附件—户外终端、GIS终端、中间接头交联聚乙烯电缆的试验项目电缆主绝缘的绝缘电阻测量电缆主绝缘耐压试验电缆外护套绝缘电阻测量电缆外护套直流耐压试验测量金属屏蔽层电阻和导体电阻比交叉互联系统试验主绝缘绝缘电阻测量试验目的：初步判断主绝缘是否受潮、老化，检查耐压试验后电缆主绝缘是否存在缺陷。绝缘电阻下降表示绝缘受潮或发生老化、劣化，可能导致电缆击穿和烧毁。只能有效地检测出整体受潮和贯穿性缺陷，对局部缺陷不敏感。测量方法：分别在每一相测量，非被试相及金属屏蔽（金属护套）、铠装层一起接地。测量时，被测相两端引线拆掉，并与电缆保持20cm以上的安全距离；电缆回路中如有接地刀闸或接地线，试验前应拆除接地线、拉开接地刀闸。采用10000V绝缘电阻表进行测量主绝缘绝缘电阻值要求电缆主绝缘绝缘电阻值参考标准序号电压等级(kV)电缆种类绝缘电阻(M)10.5聚氯乙烯绝缘3021聚氯乙烯绝缘4033聚氯乙烯绝缘5046聚氯乙烯绝缘6056～10交联聚乙烯绝缘10006=35交联聚乙烯绝缘2500注：表中所列数值均为换算到长度为1km时的绝缘电阻值。试验值除符合上述规定外，还应符合与历次数据相比无明显差别。主绝缘交流耐压试验的条件对电缆主绝缘进行耐压试验时，其他两相导体、金属屏蔽或金属套和铠装层一起接地。耐压试验前，电缆两端引线应拆除，电缆与对侧线路应保持2米以上的安全距离，对侧线路可靠接地。电缆终端是组合电器时，应至少有一个刀闸或开关断口隔离，并且对侧可靠接地。对金属屏蔽或金属套一端接地，另一端装有护层过电压保护器的单芯电缆主绝缘进行耐压试验时，必须将护层过电压保护器短接，使这一端的电缆金属屏蔽或金属套临时接地。（1000米以下）电缆停电时间超过1周不满1个月的，测量绝缘电阻；停电超过1个月但不满1年的，做规定试验电压的50%耐压1分钟；停电时间超过1年的电缆线路必须做常规耐压试验。橡塑绝缘电力电缆主绝缘耐压试验GB50150-2006交接试验标准的说明：IEC标准的安装后试验要求中，均提出“推荐进行外护套试验和（或）进行主绝缘交流试验。对仅进行了外护套试验的新电缆线路，经采购方与承包方同意，在附件安装期间的质量保证程序可以代替主绝缘试验”的观点和规定，指出了附件安装期间的质量保证程序是决定安装质量的实质因素，试验只是辅助手段。但前提是能够提供经过验证的可信的“附件安装期间的质量保证程序”。目前我国安装质量保证程序还需要验证，安装经验还需要积累，一般情况下还不能省去主绝缘试验。但应该按这一方向去努力。电缆线路的电容很大，常规的工频耐压设备无法满足其容量要求。传统的方法是对电缆线路进行直流耐压。实践证明这种方法对油纸绝缘的电缆是合适的,但对高电压等级的橡塑绝缘电缆是低效而且有害的。随着技术的发展,大家都在不断地开发和寻求合理可行的技术手段解决这个问题,付诸于实践,逐步积累经验,并提供给IEC和CIGRE(国际大电网会议)等权威的国际机构，不断地修订和发展相关的标准。目前己有的对电缆线路竣工试验的手段主要有直流耐压、0.1Hz耐压、振荡波试验、工频谐振以及变频谐振耐压等几种方法。橡塑绝缘电力电缆主绝缘耐压试验直流耐压试验的局限性直流耐压所需的设备容量很小,因此传统上电缆线路的现场耐压试验均采用直流耐压，直流耐压在油纸绝缘电缆上的应用是成功的。直流电场下场强的分布按介质的电阻系数成正比分布，直流试验时油纸电缆纸绝缘相较于油承受较高的试验电压，容易检测出纸绝缘中存在的局部空隙缺陷。交流电场下场强按介电常数成反比分布，橡塑绝缘是整体型的绝缘，交联聚乙烯绝缘介电常数为2.1－2.3，且一般不受温度变化的影响，因此交流电压下电场分布比较稳定。橡塑绝缘电缆绝缘电阻系数分布不均匀，且受稳定和场强的影响较大，直流电场的分布取决于绝缘本身及所含杂质的多少、分布的不均匀性以及附加的其它介质，电场分布不同于理想圆柱体绝缘结构。直流耐压试验的局限性由于在绝缘层中交、直流电压的电场分布不同，导致击穿不一致性，即：电缆的某些部位，如电缆接头在交流情况下存在的某些缺陷，在直流耐压时却不会击穿，造成交流电压下会导致击穿的缺陷直流耐压下发现不了，而某些在交流电压下不会导致击穿的地方，在直流高压试验时却会击穿。即一方面缺陷捡出率低，另一方面容易造成不应出现的击穿。电缆及附件在直流耐压下会在两极间形成空间电荷，导致运行中击穿或滑闪。交流耐压试验设备－－调感式串联谐振耐压试验装置交流耐压试验设备－－调频式串联谐振耐压试验装置LCf21交流耐压试验设备－－调频式串联谐振耐压试验装置交流耐压试验设备－－调频式串联谐振耐压试验装置交流耐压试验设备－－调频式串联谐振耐压试验装置交流耐压试验参数估算实例电缆参数如下：电缆型号：YJLW03规格：1×1200mm2额定电压：127/220kV单位电容：0.178F/km电缆长度：5023m/相每相电容：0.894F估算试验参数：高压电抗器电感值：L=40/3=13.33H试验电压频率：f=46.12Hz试验电压U1=180kV高压试验电流：I1=46.62A估计品质因数Q=100激励电压U2=1800V励磁变压器低压电流：I2=220A变频器输入电流：I3=I2/1.732=128A考虑一定预度电源电流要求：I4=1.2I3=150A试验发生击穿可能出现的现象电压异常波动：du/dt超过一定范围，一般系统都据此设置设备保护。失去电压：系统失谐，一般不会发生过流现象。可能有放电声、放电火花：试品电缆放电发生反击，在电抗器上产生过电压。耐压后绝缘电阻降低：大部分显著降低，个别也可能变化不明显。变频谐振方法的有效性分析中间接头击穿后解剖图片主绝缘交流耐压试验典型缺陷主绝缘交流耐压试验典型缺陷缺陷分析：序号①中电缆安装完后，曾经进行直流耐压试验通过，但运行后即发生中间接头击穿故障，修理后进行交流耐压试验再次出现接头击穿情况，经修复重做接头后第二次交流耐压试验通过，投入运行后正常，该实例也反映出直流耐压试验有效性较差。序号②缺陷原因在于附件安装质量差。序号③中电缆在升压过程中，未达到试验电压就发生击穿，经检查发现电缆本体被外力破坏，截断电缆，新加做一个中间接头后试验通过，反映出电缆运行管理不规范。序号④、⑤、⑥中缺陷事例为同一电缆工程施工中不同相别电缆在相邻工井出现的问题，检查发现击穿接头所在工井靠近公路，附件安装环境恶劣，加之附件安装工艺差，导致一回电缆出现多次中间接头击穿事例。主绝缘交流耐压试验典型缺陷缺陷分析：序号⑦为运行电缆事故后新做的中间接头试验时击穿，怀疑附件材料可能存在缺陷，重做接头后试验通过，投入运行后正常。从试验检测到的缺陷情况看，交接试验采用工频交流电压或接近工频交流电压试验作为挤包绝缘电缆线路的竣工试验是合适的。除一例原因是由于电缆本体受外力破坏发生击穿外，其它缺陷类型均为电缆终端接头或中间接头击穿，与CIGRE研究结果相符合，电缆竣工试验主要目的是检出电缆与附件预制件间界面的缺陷，更多的反应了现场安装过程施工质量造成的缺陷。另外，对于几个试验缺陷事例的分析也证实现场附件施工质量不高，主要有以下几个方面的问题：施工赶工期或质量控制措施不到位，现场条件比较差，温度、湿度、灰尘都未很好得到控制；电缆接头施工工艺水平不高，有些队伍只经过几天培训就开始施工，有些地方存在盲目施工问题；安装时没有严格按照工艺施工或工艺规定不合理，没有考虑到可能出现的问题。关于电缆耐压试验的结论直流耐压试验不能有效发现橡塑绝缘电缆存在的缺陷，且对电缆有害。空载运行24小时的试验方法不能有效检查电缆可能存在的缺陷。电缆竣工试验主要目的是检出电缆与附件预制件间界面的缺陷，更多的反应了现场安装过程施工质量造成的缺陷（如应力锥安装位置错误或移位、电缆绝缘表面处理不良或是应力锥对电缆绝缘表面压力不够等）。采用附带局部放电测量的交流耐压试验是一种更有前景，可能有效检测电缆及附件内部潜