基于110kV交聯(lián)電力電纜現(xiàn)場交流耐壓試驗(yàn)

　　1　概述

　　隨著我國的電力事業(yè)的迅速發(fā)展,尤其是在城網(wǎng)改造中,用交聯(lián)聚乙烯電纜(以下簡稱:“交聯(lián)電纜”)代替架空線路已成為一種趨勢,高電壓的電力交聯(lián)電纜使用的數(shù)量越來越多。為了檢驗(yàn)和保證交聯(lián)電纜的安裝質(zhì)量,在送電投運(yùn)前,對交聯(lián)電纜進(jìn)行現(xiàn)場交流耐壓試驗(yàn)十分必要。過去由于受試驗(yàn)設(shè)備的限制,在現(xiàn)場對交聯(lián)電纜進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)比較困難,一般采用直流耐壓試驗(yàn)來代替。存在兩個缺點(diǎn):

　　1)直流電壓對交聯(lián)聚乙烯絕緣,有積累效應(yīng),即“記憶性”。一旦電纜有了由于直流試驗(yàn)而引起的“記憶性”,它就需要很長時間來釋放盡殘留在電纜中直流電荷。而當(dāng)該電纜投入運(yùn)行時,直流電荷便會疊加在交流電壓峰值上,產(chǎn)生“和電壓”,遠(yuǎn)超過電纜的額定電壓,使絕緣加速老化,縮短使用壽命。

　　2)直流電壓分布與實(shí)際運(yùn)行的交流電壓不同,直流電場分布受電阻率影響,而交流下電場分布與電阻率和介電系數(shù)都有關(guān)。因此直流耐壓試驗(yàn)并不能象交流耐壓一樣可以準(zhǔn)確地反映電纜的機(jī)械損傷等明顯缺陷,直流試驗(yàn)合格的電纜,投入運(yùn)行后,在正常工作電壓作用下,也會發(fā)生絕緣故障。由此可見,對于交聯(lián)電纜采用傳統(tǒng)的直流耐壓試驗(yàn)是不可取的,應(yīng)予淘汰。近年來,國內(nèi)外許多專家都建議現(xiàn)場對交聯(lián)電纜進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)來代替直流電壓試驗(yàn)。由于電力電纜對地電容量很大,在現(xiàn)場采用50Hz工頻進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)條件難以具備,但采用調(diào)頻電源進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn),條件是基本具備的。根據(jù)GB11017-89 [1]及IEC840,現(xiàn)場絕緣耐壓試驗(yàn)中使用的交流電壓頻率,可采用30—300Hz。

　　2　交流耐壓的幾種試驗(yàn)方法

　　2·1　串聯(lián)諧振

　　如果被試品的試驗(yàn)電壓較高,而電容量較小, 一般可采用串聯(lián)諧振方法,見圖1所示。

　　當(dāng)試驗(yàn)回路中ω0L =1ω0C(C包括CX、C1、C2)時,試驗(yàn)回路產(chǎn)生串聯(lián)諧振,此時能在試品上產(chǎn)生較高的試驗(yàn)電壓(試驗(yàn)電壓高低與回路品質(zhì)因數(shù)有關(guān)),如果電容C較大,試驗(yàn)回路電流也較大,通過電抗器的電流也較大,這時試驗(yàn)設(shè)備一般難以滿足現(xiàn)場試驗(yàn)需要;通常該試驗(yàn)接線僅適用于被試品電容量較小而試驗(yàn)電壓較高,試驗(yàn)變壓器能滿足試驗(yàn)容量要求而不能滿足試驗(yàn)電壓要求的情況。

　　對于電力電纜來說,被試設(shè)備的電容量C是固定的,要使試驗(yàn)回路產(chǎn)生諧振就要改變試驗(yàn)回路的電感L或頻率ω,即:ω0=1 LC或L =1ω02C;

　　采用改變電感的方法來滿足串聯(lián)諧振需采用可調(diào)電抗器,但限于運(yùn)輸和在現(xiàn)場搬動,電抗器的體積和重量不能做得很大,因此可調(diào)電抗器的調(diào)節(jié)范圍是有限的。所以在現(xiàn)場試驗(yàn)時采用調(diào)感的方法往往由于電抗器的范圍有限而不能滿足試驗(yàn)要求。

　　另一種方法是采用調(diào)頻的方法,即當(dāng)電抗器和電容固定時通過改變試驗(yàn)電源頻率來使ω0L = 1 ω0C來達(dá)到所需的電壓,但這時需要一套調(diào)頻電源裝置。

　　2·2　并聯(lián)諧振

　　如果被試品的試驗(yàn)電壓較低而試品容量較大時,一般可采用并聯(lián)諧振方法,見圖2所示。

　　當(dāng)試驗(yàn)回路中ω0L=1ω0C(C包括CX、C1、C2) 時,試驗(yàn)回路產(chǎn)生并聯(lián)諧振,此時試品電壓等于電抗器電壓也等于升壓變壓器高壓側(cè)電壓。由于電抗器的補(bǔ)償作用,變壓器理論上僅提供回路阻性電流,可以大大降低對試驗(yàn)變壓器的容量要求。因此該試驗(yàn)回路適用于試品電容量大,而電壓較低的情況。低電壓的電抗器一般容易制作,試驗(yàn)時可采用幾個低電壓電抗器并聯(lián)的方法或利用可調(diào)電抗器改變電感的方法來滿足并聯(lián)諧振要求。如果有一套調(diào)頻電源裝置的話,也可采用改變試驗(yàn)電源頻率的方法,使回路滿足試驗(yàn)要求。

　　2·3　串-并聯(lián)法

　　當(dāng)試驗(yàn)電壓較高、被試品電容量較大時,采用上述兩種方法都難以滿足試驗(yàn)要求,主要是試驗(yàn)設(shè)備難以滿足要求:一是合適的高電壓大容量的電抗器一般單位都不具備;二是不同長度的電纜電容量不相同,需要的電抗器也不一樣,即使是可調(diào)電抗器也往往由于可調(diào)范圍有限而難以滿足試驗(yàn)要求。因此僅靠配備合適的電抗器來滿足試驗(yàn)要求就比較困難,所以國內(nèi)外進(jìn)行長電纜交流耐壓試驗(yàn)一般均采用串、并聯(lián)調(diào)頻諧振方式。

　　如圖3所示,在試驗(yàn)回路中串入電抗器產(chǎn)生串聯(lián)諧振來提高被試品試驗(yàn)電壓,在被試品兩端并聯(lián)電抗器使被試品電容電流大部份由電抗器來補(bǔ)償,從而使通過串聯(lián)電路中電抗器的電流大為減少,從而降低試驗(yàn)對電抗器、試驗(yàn)變壓器的要求。采用調(diào)頻電源裝置來改變試驗(yàn)頻率使ω0L =1ω0C,使試驗(yàn)回路產(chǎn)生諧振。這樣試驗(yàn)設(shè)備就比較容易滿足試驗(yàn)要求。

　　3　柳東I、II回電力電纜交流耐壓試驗(yàn)

　　云南電力試驗(yàn)研究所對昆明供電局柳東I、II回110kV交聯(lián)電力電纜進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn),采用的是調(diào)頻方法及串-并聯(lián)諧振接線方式(見圖3所示);其兩條電纜長度均為2·1km,每km的電容量為0·12μF,每一相電纜總電容量大約為0·27uF,采用的補(bǔ)償電抗器為4個并聯(lián),每個電抗器的電感量為200H左右,串聯(lián)電抗器電感也為200H左右, 在電抗器1串4并的串并聯(lián)諧振接線情況下,通過變頻電源盡量使試驗(yàn)頻率接近于50Hz,計算的試驗(yàn)頻率大約為48·45Hz,計算被試品電力電纜的電容電流大約為9·04A, 4個電抗器補(bǔ)償電感電流為7·23A,每個補(bǔ)償電抗器通過的電流不到2A,而串聯(lián)回路中的電抗器電流僅為1·81A,這樣每個電抗器只需要耐壓150kV電流大于2A;升壓變壓器的變比為K=18 000V/400V=45,輸出電壓為18kV,電流也只需要2A就能滿足試驗(yàn)要求,試驗(yàn)數(shù)據(jù)見下表。

　　注:在電纜芯導(dǎo)體和金屬屏蔽層間施加試驗(yàn)電壓110kV,持續(xù)5min,試驗(yàn)結(jié)果全部通過。

　　4　調(diào)頻電源裝置的主要技術(shù)參數(shù):

　　4·1　調(diào)頻電源柜
　　　額定輸入電壓:三相380V交流
　　　單相輸出電壓: 0~365V,標(biāo)準(zhǔn)正弦波
　　　額定輸出電流: 0~800A
　　　頻率調(diào)節(jié)范圍: 30~300Hz
　　　重量: 800kg

　　4·2　中間升壓變壓器
　　　額定容量: 80kVA
　　　高低壓變比: 18000V/400V

　　4·3　諧振電抗器(單節(jié)的額定參數(shù))
　　　額定電感量: 200H
　　　額定電流: 4A
　　　額定電壓250kV
　　　50Hz時的品質(zhì)因素Q: 50
　　　重量: 1 000kg

　　5　結(jié)束語

　　1)從試驗(yàn)中可以看出,“串-并聯(lián)諧振法”實(shí)質(zhì)上仍然是串聯(lián)諧振。這次試驗(yàn)主要還是利用L- C諧振原理·與傳統(tǒng)的串聯(lián)諧振不同之處在于,電抗器L不是簡單地與被試品電力電纜電容Cx構(gòu)成串聯(lián)諧振,而是與電抗器L1-L4和被試電纜電容Cx的并聯(lián)回路產(chǎn)生串聯(lián)諧振,諧振電壓為Uc。并聯(lián)電抗器L1-L4主要起補(bǔ)償作用。

　　2)由于有了L1-L4的補(bǔ)償作用,使得流過勵磁變壓器高壓側(cè)及串聯(lián)電抗器L上的電流I減小,電抗器L的體積和重量將大大減輕以及勵磁變壓器容量也將大大減少,相對提高了調(diào)頻諧振裝置的帶負(fù)載能力。使得原本很難進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)目,相對變得容易。