用交流电压进行高压XLPE绝缘电缆线路的现场试验

电力18讯：    数千米长的电缆线路具有大电容，例如10 km长的110 kV交联聚乙烯(XLPE)绝缘电缆，按其截面积的不同，电容可达2～3 μF。如果在系统的频率(50 Hz)下用交流电压进行现场试验，就需要很大的无功功率。如上所述的电缆，在160 kV(2.5 u0)下进行交流电压试验，则可能需要高达20 MVA的试验功率。常规的交流电压试验设备(运行频率50 Hz)的缺点在于其单位试验功率的重量较大，达100～200 N/kVA，试验设备的运输很不经济，而且需要在现场提供相当大的电源。
　　众所周知，油浸纸绝缘电力电缆的现场试验一般都采用直流电压。试验时可以同时测量泄漏电流，由泄漏电流的变化或者泄漏电流与试验电压的关系，可用以判断绝缘状况。数十年对油浸纸绝缘电力电缆采用直流耐压试验的实践，已证明其作为现场定期预防性试验项目能得出满意的试验结果，这也就是充油和压气电缆用直流电压进行现场试验的理由。这个试验方法也同样用于高压XLPE绝缘电缆，它似乎是唯一可行的方法。

1　XLPE绝缘电缆线路用直流耐压试验的缺点

　　高压XLPE电缆线路的运行试验表明，现场采用直流耐压试验不能有效地检出有缺陷的XLPE绝缘电缆及附件。各国运行经验发现通过直流耐压试验的XLPE绝缘电缆及附件在投入运行后有击穿故障发生。

　　为此，CIGRE WG21-09工作组(高压挤包绝缘电缆试验)于1984年向世界各国电缆制造商和电力公司调查，并组织进行模拟结构样品试验，进一步确认高压XLPE绝缘电缆采用直流耐压试验是不恰当的，其存在以下明显的缺点：

　　a)直流电压下绝缘电场分布与交流电压下电场分布不同，前者按电阻率分布，而后者按介电系数分布，尤其在电缆终端和接头等高压电缆附件中，直流电场强度的分布与交流电场强度分布完全不同。这往往造成交流工作电压下有缺陷部位在直流耐压的现场试验时不会击穿而被检出，或者在交流工作电压下绝不会产生问题的部位，而在直流耐压现场试验时发生击穿。

　　b)XLPE自身的固有场强高，要用很高的直流试验电压甚至严重损伤电缆才能检出。例如，20 kV XLPE电缆绝缘的50%处有金属尖端，结果却在10 U0的直流电压下才能使其击穿。再者，在接头内有金属尖端或密封电缆头周围有严重的缺陷，即使用12 U0～16 U0直流电压试验也不可能检出。

　　c)由于XLPE的高绝缘电阻和相应的空间电荷效应，尚不能排除在直流电压下会造成XLPE电缆绝缘非故意的预先损伤。直流耐压试验时形成的空间电荷，可造成电缆在投入交流工作电压运行时击穿，或附件界面因积聚电荷而沿界面滑闪。

2　调频串联谐振装置实例

　　传统的直流电压试验存在着严重缺点，必须寻求新的较为有效的试验方法。非常自然的、符合绝缘机理的倾向，是采用交流电压试验方法，关键是要开发新型的交流电压试验设备。本文将详细介绍由西门子柏林电力电缆厂等研制的8 MVA，160 kV调频串联谐振试验装置。

2.1　移动式

　　调频串联谐振装置设计的首要目的是试验安全、简便和快速，整个试验设备均安装在低底架的大卡车上。最重的组件是电抗器，重156.8 kN。车辆总重量约400 kN。

2.2　试验电压连接线

　　电源电压经OHL门架的户外终端和变压器的输出端或气体绝缘开关(GIS)而馈电至用户的电缆线路。通常连接到试验设备的电抗器，包括可接至户外套管或试验电缆的插入式浇注树脂绝缘管。内部绝缘为SF6，以便能够快速、安全和干燥地装配。

1―带有固定电感的电抗器，并可改变电压输出；2―户外终端；3―已装在电缆盘上的试验电缆，带有符合IEC859的开关设备的密封终端；4―馈电连接电缆；5―SF6气体充气站；6―用液压驱动的起吊机；7―控制室；8―户外终端运输用的贮存器

2.3　户外套管

　　户外套管的户外部分有防水硅橡胶裙边，并模铸在耐压的增强玻璃纤维塑料支撑管上。户外套管的内部，导体是用交联聚乙烯绝缘并用硅橡胶电容式应力锥来控制场强。附加的内部绝缘为SF6。这种结构使安装比较容易，此外，试验也不会受天气的影响。

　　户外套管装在电抗器上，用柔软的铜导线接至被试电缆线路的户外密封终端。如果该铜导线很长或沿着曲折的途径，则应采用绝缘子来支撑。

2.4　GIS馈电的试验电缆

　　如果被试电缆和系统端接在GIS(气体绝缘开关设备)内，则电源馈电线可接至为试验而特殊安装的连接器壳体，壳体尺寸符合IEC 859要求。

　　两端都有密封终端的试验电缆绕在电缆盘(安装在车上)上，而且可拉开至70 m长。用电子器件控制电缆盘的传动机构使敷设试验电缆时达到灵活而且支撑牢固。用试验电缆可接至现场GIS附近的任何地方。

　　试验电缆的密封终端，与户外套管一样都是充以SF6气体，确保装配工作简易和安全。

2.5　初级电源的连接电缆

　　在大多数使用场合，试验电源均从用户的系统获取。根据被试电缆的长度和电容，视在功率可能需要达200 kV