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

　隨著我國(guó)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(jiǎn)稱:“交聯(lián)電纜”）代替架空線路已成為一種趨勢(shì),高電壓的電力交聯(lián)電纜使用的數(shù)量越來(lái)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(duì)交聯(lián)電纜進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓試驗(yàn)十分必要。過(guò)去由于受試驗(yàn)設(shè)備的限制,在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)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(lái)代替。存在兩個(gè)缺點(diǎn):
　　1）直流電壓對(duì)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(zhǎng)時(shí)間來(lái)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(shí),直流電
　　荷便會(huì)疊加在交流電壓峰值上,產(chǎn)生“和電壓”,遠(yuǎn)超過(guò)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(chǎng)分布受電阻率影響,而交流下電場(chǎng)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(huì)發(fā)生絕緣故障。由此可見(jiàn),對(duì)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(lái),國(guó)內(nèi)外許多專(zhuān)家都建議現(xiàn)場(chǎng)對(duì)交聯(lián)電纜進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)來(lái)代替直流電壓試驗(yàn)。由于電力電纜對(duì)地電容量很大,在現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(jiàn)圖1所示。
　　

　　　當(dāng)試驗(yàn)回路中ω0L =1ω0C（C包括CX、C1、C2）時(shí),試驗(yàn)回路產(chǎn)生串聯(lián)諧振,此時(shí)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(guò)電抗器的電流也較大,這時(shí)試驗(yàn)設(shè)備一般難以滿足現(xiàn)場(chǎng)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(duì)于電力電纜來(lái)說(shuō),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?cè)囼?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(lái)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(chǎng)搬動(dòng),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(chǎng)試驗(yàn)時(shí)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(shí)通過(guò)改變?cè)囼?yàn)電源頻率來(lái)使ω0L = 1 ω0C來(lái)達(dá)到所需的電壓,但這時(shí)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(shí),一般可采用并聯(lián)諧振方法,見(jiàn)圖2所示。
　　

　　 當(dāng)試驗(yàn)回路中ω0L=1ω0C（C包括CX、C1、C2） 時(shí),試驗(yàn)回路產(chǎn)生并聯(lián)諧振,此時(shí)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(duì)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(shí)可采用幾個(gè)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(lái)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?cè)囼?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(shí),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(zhǎng)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(lái)滿足試驗(yàn)要求就比較困難,所以國(guó)內(nèi)外進(jìn)行長(zhǎng)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(lái)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(lái)補(bǔ)償,從而使通過(guò)串聯(lián)電路中電抗器的電流大為減少,從而降低試驗(yàn)對(duì)電抗器、試驗(yàn)變壓器的要求。采用調(diào)頻電源裝置來(lái)改變?cè)囼?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(duì)昆明*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(jiàn)圖3所示）;其兩條電纜長(zhǎng)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(gè)并聯(lián),每個(gè)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(guò)變頻電源盡量使試驗(yàn)頻率接近于50Hz,計(jì)算的試驗(yàn)頻率大約為48·45Hz,計(jì)算被試品電力電纜的電容電流大約為9·04A, 4個(gè)電抗器補(bǔ)償電感電流為7·23A,每個(gè)補(bǔ)償電抗器通過(guò)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(gè)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(jiàn)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(guò)。
　　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(shí)的品質(zhì)因素Q: 50
　　　重量: 1 000kg
　　5　結(jié)束語(yǔ)
　　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(jiǎn)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(guò)勵(lì)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(lì)磁變壓器容量也將大大減少,相對(duì)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(duì)變得容易。