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用交流電壓進(jìn)行高壓XLPE絕緣電纜線路的現(xiàn)場試驗(yàn)
摘 要 根據(jù)XLPE絕緣電纜用直流電壓進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn),要求開發(fā)新的方法。現(xiàn)在有一種移動式調(diào)頻串聯(lián)諧振裝置能夠用交流電壓進(jìn)行試驗(yàn),這意味著適用于塑料絕緣電纜敷設(shè)后的試驗(yàn)將有重大突破。配有經(jīng)由戶外和戶內(nèi)開關(guān)設(shè)備而接至電纜線路的連接線,以滿足不同用戶的要求。
數(shù)千米長的電纜線路具有大電容,例如10 km長的110 kV交聯(lián)聚乙烯(XLPE)絕緣電纜,按其截面積的不同,電容可達(dá)2~3 μF。如果在系統(tǒng)的頻率(50 Hz)下用交流電壓進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn),就需要很大的無功功率。如上所述的電纜,在160 kV(2.5 u0)下進(jìn)行交流電壓試驗(yàn),則可能需要高達(dá)20 MVA的試驗(yàn)功率。常規(guī)的交流電壓試驗(yàn)設(shè)備(運(yùn)行頻率50 Hz)的缺點(diǎn)在于其單位試驗(yàn)功率的重量較大,達(dá)100~200 N/kVA,試驗(yàn)設(shè)備的運(yùn)輸很不經(jīng)濟(jì),而且需要在現(xiàn)場提供相當(dāng)大的電源。
眾所周知,油浸紙絕緣電力電纜的現(xiàn)場試驗(yàn)一般都采用直流電壓。試驗(yàn)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(yàn)電壓的關(guān)系,可用以判斷絕緣狀況。數(shù)十年對油浸紙絕緣電力電纜采用直流耐壓試驗(yàn)的實(shí)踐,已證明其作為現(xiàn)場定期預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目能得出滿意的試驗(yàn)結(jié)果,這也就是充油和壓氣電纜用直流電壓進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)的理由。這個試驗(yàn)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絕緣電纜線路用直流耐壓試驗(yàn)的缺點(diǎn)
高壓XLPE電纜線路的運(yùn)行試驗(yàn)表明,現(xiàn)場采用直流耐壓試驗(yàn)不能有效地檢出有缺陷的XLPE絕緣電纜及附件。各國運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)通過直流耐壓試驗(yàn)的XLPE絕緣電纜及附件在投入運(yùn)行后有擊穿故障發(fā)生。
為此,CIGRE WG21-09工作組(高壓擠包絕緣電纜試驗(yàn))于1984年向世界各國電纜制造商和電力公司調(diào)查,并組織進(jìn)行模擬結(jié)構(gòu)樣品試驗(yàn),進(jìn)一步確認(rèn)高壓XLPE絕緣電纜采用直流耐壓試驗(yàn)是不恰當(dāng)?shù),其存在以下明顯的缺點(diǎn):
a)直流電壓下絕緣電場分布與交流電壓下電場分布不同,前者按電阻率分布,而后者按介電系數(shù)分布,尤其在電纜終端和接頭等高壓電纜附件中,直流電場強(qiáng)度的分布與交流電場強(qiáng)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(xiàn)場試驗(yàn)時(shí)不會擊穿而被檢出,或者在交流工作電壓下絕不會產(chǎn)生問題的部位,而在直流耐壓現(xiàn)場試驗(yàn)時(shí)發(fā)生擊穿。
b)XLPE自身的固有場強(qiáng)高,要用很高的直流試驗(yàn)電壓甚至嚴(yán)重?fù)p傷電纜才能檢出。例如,20 kV XLPE電纜絕緣的50%處有金屬尖端,結(jié)果卻在10 U0的直流電壓下才能使其擊穿。再者,在接頭內(nèi)有金屬尖端或密封電纜頭周圍有嚴(yán)重的缺陷,即使用12 U0~16 U0直流電壓試驗(yàn)也不可能檢出。
c)由于XLPE的高絕緣電阻和相應(yīng)的空間電荷效應(yīng),尚不能排除在直流電壓下會造成XLPE電纜絕緣非故意的預(yù)先損傷。直流耐壓試驗(yàn)時(shí)形成的空間電荷,可造成電纜在投入交流工作電壓運(yùn)行時(shí)擊穿,或附件界面因積聚電荷而沿界面滑閃。
2 調(diào)頻串聯(lián)諧振裝置實(shí)例
傳統(tǒng)的直流電壓試驗(yàn)存在著嚴(yán)重缺點(diǎn),必須尋求新的較為有效的試驗(yàn)方法。非常自然的、符合絕緣機(jī)理的傾向,是采用交流電壓試驗(yàn)方法,關(guān)鍵是要開發(fā)新型的交流電壓試驗(yàn)設(shè)備。本文將詳細(xì)介紹由西門子柏林電力電纜廠等研制的8 MVA,160 kV調(diào)頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置。
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