预防性试验——高压电缆

第1页共25页高压电缆的特点及运行方式和预防性试验的原理2.1高压电缆的特点及运行方式2.1.1绝缘结构及特点大多电缆采用的是充油电缆，其电缆横截面如图2-1所示。其中，中心油管直径30mm，主绝缘厚度为28.5mm，主绝缘外面有多层金属护层，如铅层、加固层、防蛀层、铠甲层等。最外面的外被层厚度为4mm。图2-1OKZA型525kV电缆横截面图2.2高压电缆试验的基本方法[6]预防性试验是在电力电缆投入运行后，根据电缆的绝缘、运行等状况按一定周期进行的试验，其目的是为了掌握运行中的电力电缆线路绝缘状况，及时发现和排除电缆线路在运行中发生和发展的隐形缺陷，保证电缆线路安全、可靠、不间断地输送电能。国内外专家对电力电缆线路的预防性试验主要有：绝缘电阻测试、直流耐压试验、泄漏电流试验、交流耐压试验、介质损耗因数试验、局部放电测试试验、电缆的油样试验等。第2页共25页2.2.1绝缘电阻测试电力电缆的绝缘电阻，是指电缆芯线对外皮或电缆某芯线对其他芯线及外皮间的绝缘电阻。在一定直流电压作用下，电缆的绝缘电阻可以反映流过它传导电流的大小。测量电缆绝缘电阻的最基本的方法是在被试电缆两端施加一个恒定的直流试验电压，该电压产生一个通过电缆试品的电流，借助仪表测量出电缆的电流—时间特性，就可以换算出电缆的绝缘电阻—时间的变化特性或某一特定时间下的绝缘电阻值。工程上进行电缆绝缘电阻测试所采用的设备为兆欧表，如图一所示。兆欧表有三个端子：线路端子（L），接地端子（E），被试电缆绝缘接在L和E之间，测得的绝缘电阻是表面电阻和体积电阻的并联值。图2-2绝缘电阻测量接线图2.2.2直流耐压试验直流耐压试验的基本方法是：在电缆主绝缘上施加高于其工作电压一定倍数的直流电压值，并保持一定的时间，要求被试电缆能承受这一试验电压而不击穿。从而达到考核电缆在工作电压下运行的可靠性和发现绝缘内部严重缺陷的目的。电缆直流耐压试验是一般采用串级直流倍压整流产生施加在被试电缆所需的直流高压，如图2-3所示。在这种现场组合式直流试验设备基础上发展起来的直流耐压成套设备，采用了一系列新技术，是设备的重量和可靠性基本满足了现场工作的需要。第3页共25页T2T1VuARRoC1'C2'C1C2Cn'CnCCxV1'V1V2V2'Vn-1VnVn'kV图2-3直流耐压试验电路原理接线图2.2.3泄漏电流试验泄漏电流试验是测量电缆在直流电压作用下，流过被试电缆绝缘的持续电流，从而有效的发现电缆线路的绝缘缺陷。通常，泄漏电流试验一般和直流耐压试验同时进行，如图2-3所示，在被试电缆的高压侧安装微安表来指示泄漏电流。泄漏电流试验的原理与用兆欧表测量绝缘电阻完全相同，不过泄漏电流试验中所用的直流电源是有高压整流装置供给，用微安表指示电流。根据泄漏电流的变化规律来判断绝缘的劣化程度。2.2.4交流耐压试验交流耐压试验是用来检验电缆绝缘在工频交流工作电压下的性能的试验。图2-4表示交流耐压试验常用的原理接线。调压器用来调节工频试验电压的大小和升降速度；试验变压器用可以用单台变压器亦可用串级高压试验变压器；球隙用来保护被试电缆免受过电压，1R用来限制被试品放电时试验变压器的短路电流不超过允许值和高压绕组的电压梯度不超过危险值，2R用来限制球隙放电时的电流不致灼伤铜球表面。实际的试验接线应根据被试电缆的要求和现场设备的具体条件来确定。国家规定在电缆绝缘上施加工频试验电压一分钟，不发生绝缘闪络、击穿或其它异常现象，则认为电缆绝缘是合格的。图2-4交流耐压试验原理接线图~TMLfCfAVTR1R2FTO(Cx)第4页共25页2.2.5介质损耗因数tg试验当电缆绝缘受潮，电缆油脏污或老化变质，绝缘中有气隙放电等现象时，在电压作用下，流过绝缘的电流中有功电流分量增大，即在绝缘中的损耗增大。但损耗的大小不仅与有功电流的大小有关，还与绝缘的体积大小有关，试验时一般测量绝缘介质的tg。介质损耗角正切的测量方法很多，从原理上来分，可分为平衡测量法和角差测量法两类。传统的测量方法为平衡测量法，即高压西林电桥法。随着技术的发展和检测手段的不断完善，可以通过直接测量电压和电流的角差来测量tg，即角差法测量tg，如图2-5所示。这种方法免去了平衡法中需要调节平衡的繁琐，大大的减少了试验的工作了，使得角差测量法使用的越来越普遍。图2-5角差法示意图2.2.6局部放电测试试验电缆的绝缘中，各部位的电场强度往往是不相等的，当局部区域的电场强度达到电介质的击穿场强时，该区域就会出现放电，但这种放电并没有贯穿施加电压的两导体之间，即整个绝缘系统并没有击穿，仍然保持绝缘性能，这种现象称为局部放电。局部放电时产生电、光、热、声等现象，利用上述现象都可以检测局部放电，局部放电的检测内容如下：检测是否存在局部放电；并测量起始放电电压值和熄灭电压值；确定放电量大小，这是主要的一个检测项目；确定放电部位，为处理提供方便。局部放电检测分为电的和非电的两大类。主要有一下检测方法：脉冲电流法、介质损耗法、DGA法、超声波法、RIV法、光测法和射频检测法等。目前应用得比较广泛和成功的是电气检测法。特别是测量绝缘内部气息发生局部放电时的电脉冲，它不仅可以灵敏地检出是第5页共25页否存在局部放电，还可以判定放电强弱程度。2.2.7电缆的油样试验充油电缆线路在正常情况下运行时，通过绝缘油样试验可以大致反映整条线路的绝缘状况。充油电缆的油样试验一般包括交流击穿强度试验、介质损耗角正切测量、色谱分析、含水量试验等。在电缆油试验中采集油样是十分重要的一环。为了使油样能充分代表电缆内绝缘油的实际质量，在采集时应特别谨慎，避免因为采集方法不当而造成水分、灰尘等杂质的污染而得出错误的试验结果。取油样应在干燥晴天进行，要严防空气进入电缆。所取的油样应在每一油段离供油点的远端处取，如一个油段两端均有供油点时允许在油压低的一端取，取出的油样应盛放在经过干燥处理的有盖的磨口广口瓶内。第6页共25页高压电缆绝缘预防性试验方法3.1高压电缆主绝缘交流耐压试验的研究[8]3.1.1.1电压选择根据电缆试验电压的要求，选择具有合适电压的试验变压器，使试验变压器的高压侧的额定电压NU大于电缆的试验电压CU，即CNUU；其次检查试验变压器所需的低压侧电压，是否能和现场的电源电压、调压器相匹配。图3-1交流耐压试验接线图交流耐压试验电压值既要能满足发现被试品的绝缘缺陷，考核其绝缘的抗电强度，又要尽可能避免在试验过程中对绝缘造成较大的损伤，所以确定恰当的试验电压值意义重大。一般对定型的电缆，根据预防性试验规程确定其试验电压值。在这里取试验电压kVkVUUC32035001.11.10，0U为电缆的相电压。由此，变压器电压高压侧的额定电压设为kVUN330。3.1.1.2电流选择根据电缆所需的电流CI选择试验变压器的额定输出电流NI，使其大于电缆所需的保护控制回路VVPV1PV2ST2T1R1R2C1C2CxF~第7页共25页电流CI，即CNII而电缆所需的电流CI可按下式进行估算：AUfCICxC7.765103206161.750210233其中xC为被试品电容和附加电容。试验变压器的额定输出电流取AIN770。3.1.1.3试验变压器容量的选择根据被试品的高压侧充电流sI和试验变压器的额定电压NU，可以确定试验变压器的容量，其公式为：kVAIUPNN254100770330应当指出，选择的试验变压器的容量应尽可能大于计算结果，因为试验线路、试验设备，本身对地存在杂散电容，使得估算的试验电流小于实际值的缘故。采用50Hz电压进行试验，由于电缆线路的电容较大，做工频耐压试验就需要大容量的试验变压器、调压器以及电源等工频试验设备。由上面的计算可知，变压器的电流和额定容量都比较大，现场往往难以办到，即使有试验设备，也需动用大型汽车、吊车等，费力费时。3.1.2串联变频谐振（参照讲义）3.1.3并联谐振（参照讲义）3.1.4串、并联谐振（参照讲义）3.1.5Hz1.0超低频交流耐压试验工频交流试验由于试验设备容量大而不适合现场试验要求，谐振交流耐压试验产生谐振的条件难以满足，借鉴高压XLPE电缆的交流耐压试验中采用Hz1.0超低频作为试验电源的方法。Hz1.0超低频交流耐压试验的工作频率仅为工频的5001，理论上它的容量可以比工频交流试验降低500倍：AfCUI31.15103206161.71.0210233kVAfCUP02.490103206161.71.021023232所以Hz1.0超低频交流耐压的试验设备的容量远比工频交流耐压的试验设备小。使得试第8页共25页验变压器的重量可大大降低，按照100~200N/kVA计算，变压器的重量达5~10吨，并不能很容易地移动到现场进行试验。因此这种方法主要应用于中低压电缆的试验，由于电压等级偏低，还不能用于110kV及以上的高压电缆试验。3.1.6交流耐压试验对绝缘缺陷的检测能力交流耐压试验是鉴定电气设备绝缘强度的最严格、最有效和最直接的试验方法，它对判断电气设备能否继续参加运行具有决定性的意义，也是保证设备绝缘水平，避免发生绝缘事故的重要手段。对电缆进行一系列的非破坏试验（绝缘电阻、tg试验、直流泄漏试验），能发现一部分绝缘缺陷，但是因为这些试验的试验电压比较低，对电缆某些局部缺陷反映不灵敏，而这些局部缺陷在实际运行中可能会逐渐发展成为影响安全运行的严重隐患。如局部放电缺陷可能会逐渐发展成为整体缺陷或局部缺陷，在过电压情况下使设备失去绝缘性能而引发事故。因此，为了更灵敏有效地查出电缆较危险的某些局部缺陷和的集中性缺陷，考验电缆主绝缘承受各种过电压的能力，就必须对电缆进行交流耐压试验。交流耐压试验的电压、波形、频率和电压电缆的绝缘内的分布，一般应实际运行情况相吻合才能有效地发现绝缘缺陷。即电缆上所施加的试验电压场强必须模拟电缆的运行工况。电缆得出的通过或不通过的结论要代表电缆中的薄弱点是否对今后的运行带来危害。这就意味着试验中的故障机理应与电缆运行中的机理有相同的物理过程。因此，交流耐压试验对绝缘的考验比直流耐压试验更接近实际。交流耐压试验是在接近运行条件的情况下，检验设备助绝缘水平。对设备来说，是一种破坏性试验。在交流耐压试验中，由于电压不断改变方向，因而如气隙发生放电后，每个半波里都要发生局部放电，这种放电往往会促使有机绝缘材料的分解、老化变质，降低其绝缘性能，使局部缺陷逐渐扩大。可能会对绝缘造成新的损伤或者加剧绝缘原有的损伤，但这些损伤在加压的时间内并未击穿显现出来，由于造成的绝缘损伤是不可恢复，永久性的，如果电缆继续投入使用，将会存在很大的安全隐患。因此，在进行交流耐压之前，必须先对其他绝缘试验（如测量绝缘电阻及吸收比，泄漏电流试验、tg试验、绝缘油试验等）结果进行综合分析，以判断该设备能否承受耐压试验的电压。如果发现绝缘不良、受期等，应先进行必要的处理，以免在耐压的过程中造成不应有的绝缘击穿。第9页共25页3.2电缆主绝缘直流耐压试验[2]3.2.1试验接线及仪器设备的选择根据规程，500kV交流电缆的直流耐压试验电压为775kV，产生直流高电压的方法通常是将工频高电压经整流而变换成直流高电压的方法，而利用倍压整流原理制成的直流高压串级装置能产生出更高的直流试验电压。如图3-7所示。T2T1VuARRoC1'C2'C1C2Cn'CnCCxV1'V1V2V2'Vn-1VnVn'kV图3-7直流耐压试验原理接线图3.2.1.1交流高压电源这部分包括升压变压器2T、调压变压器1T和控制保护装置等。1T：调压变压器，输出电压V400~0，容量为kVA20。2T：升压变压器，采用HRYDJ（W）系列试验变压器，输入电压380V，输出电压kV300（具体电压的高低根据所选择的串级直流高压发生器的级数来定），变压器容量要大于kVA10。3.2.1.2串级直流倍压整流以选择1000kV多级直流高压发生器，考虑到试品为大电容设备，在设备选