淺談交流耐壓試驗裝置在高壓交聯電纜耐壓試驗中的運用

目前國內在XLPE交聯電纜交接試驗中存在的問題，從設備和標準上論述了變頻諧振裝置在進行高壓電力電纜現場交流耐壓的可行性。
一、問題的提出
1、問題及現狀
    近年來隨著城網改造工程的實施，高壓交聯電纜開始大量使用。按照IEC840或CIGRE WG21.0 3建議規程，現場試驗的目的不是為了檢驗電纜的制造質量或電纜附件的制造質量的好壞，其制造質量已在型式試驗和出廠試驗中證實。現場竣工驗收試驗的目的是檢查電纜的敷設、附件的安裝是否正確及電纜在運輸、搬運、存放、敷設和回填的過程中，是否有受到意外損害。在交聯電纜投運前的試驗手段上由于被試容量大和試驗設備的原因，很長時間以來，仍沿襲使用直流耐壓的試驗方法，但存在很多缺陷。因此，使用非直流的方法對交聯電纜進行耐壓試驗就越來越受到人們的重視。
2、標準問題
    由于設備容量和體積等問題，目前國家尚無高壓電力電纜敷設后在現場進行交流耐壓試驗的相應標準。CIGRI大電網工作會議21工作組的《高壓擠包絕緣電纜竣工驗收試驗建議導則》中對目前采用的直流耐壓試驗方法提出疑議，并推薦使用工頻及近似工頻(30～300Hz)的交流試驗方法。IEC60840標準中在45～150kV敷設后電纜試驗標準中除原直流試驗標準外，增加了1.7U0 5min或1 U0 24h的交流試驗標準。而在220kV等級中IEC 62067/CD草案中則取消了電纜敷設后試驗中直流試驗的標準，只有交流試驗的要求，即20～300Hz1.4 U0 60min。南方電網公司2004年發布的企業標準之《電力設備預防性試驗規程》內容中在XLPE電纜主絕緣耐壓試驗一項中規定了電纜的交流耐壓試驗標準，其試驗頻率推薦為20～300Hz，35kV及以下電纜試驗電壓為1.6倍的相電壓，110kV電纜試驗電壓為1.36倍的相電壓，220kV及以上電纜試驗電壓為1.12倍的相電壓。
二、交流耐壓試驗方法的選擇
1、超低頻0.1Hz耐壓試驗
    因被試XLPE電纜的電容量很大，工頻試驗時所需試驗變壓器的容量也要很大，導致試驗設備笨重而不適于現場使用。采用0.1Hz作為試驗電源，理論上可以將試驗變壓器的容量降低到1/500，試驗變壓器的重量可大大降低，可以較容易地移動到現場進行試驗。目前，此種方法主要應用于中低壓電纜的試驗，由于試驗條件的真實性畢竟不如近工頻交流電壓，電壓等級偏低，還不能用于110kV及以上的高壓電纜試驗。
2、振蕩電壓試驗
    振蕩電壓試驗是用直流電源給電纜充電，當達到試驗電壓后使放電間隙擊穿而通過電感線圈放電，對電纜施加一定電壓幅位、頻率為kHz級的衰減振蕩波電壓作為擠包絕緣電纜線路的竣工試驗方法的另一種途徑。此種方法比直流耐壓試驗方法有效，但與工頻電壓試驗相比， 其檢查電纜主絕緣和附件缺陷的效果仍不理想， 一是波的衰減厲害，難以滿足長電纜的需要；二是使局放增大，對電纜有較大傷害。
3、諧振耐壓試驗
    諧振耐壓試驗方法是通過改變試驗系統的電感量和試驗頻率，使回路處于諧振狀態，這樣試驗回路中試品上的大部分容性電流與電抗器上的感性電流相抵消，電源供給的能量僅為回路中消耗的用功功率，為試品容量的1/Q(Q為系統的諧振倍數)；因此試驗電源的容量在降低，重量大大減輕。諧振耐壓試驗系統按調節方式分為調感式和調頻式兩種。
    可調電感型諧振試驗系統可以滿足耐壓要求，但由于重量大，可移動性差，主要用于試驗室。變頻串聯諧振耐壓試驗是利用電抗器的電感與被試品電容實現電容諧振，在被試品上獲得高電壓、大電流，是當前高電壓試驗的一種新的方法與潮流，在國內外已經得到廣泛的應用。變頻串聯諧振是諧振式電流濾波電路，能改善電源波形畸變，獲得較好的正弦電壓波形，有效防止諧波峰值對被試品的誤擊穿。變頻串聯諧振工作在諧振狀態，當被試品的絕緣點被擊穿時，電流立即脫諧，回路電流迅速下降為正常試驗電流的數十分之一。發生閃絡擊穿時，因失去諧振條件，除短路電流立即下降外，高電壓也立即消失，電弧即可熄滅。其恢復電壓的再建立過程很長，很容易在再次達到閃絡電壓斷開電源，所以適用于高電壓、大容量的電力設備的絕緣耐壓試驗。
    變頻諧振試驗系統不但能滿足高壓 XLPE電纜的耐壓要求，而且具有重量輕、可移動性好的優點，適宜現場試驗。經分析比較，變頻串聯諧振成套試驗裝置，該裝置采用固定電抗器作為諧振電抗器，以調頻的方式實現諧振，頻率的調節范圍為30～300Hz，符合南方電網公司2004年發布的企業標準之《電力設備預防性試驗規程》內容中推薦使用頻率20～300Hz的諧振耐壓試驗
三、諧振試驗裝置使用中的注意事項
    1、諧振電源產品大多都是高壓試驗設備，要求由高壓試驗專業人員使用，使用前應仔細閱讀使用說明書， 并經反復操作訓練。
    2、操作人員應不少于2人。使用時應嚴格遵守本單位有關高壓試驗的安全作業規程。
    3、為了保證試驗的安全正確，除必須熟悉本產品說明書外，還必須嚴格按國家有關標準和規程進行試驗操作。
    4、各聯接線不能接錯，特別是接地線不能接錯，否則可導致試驗裝置損壞。
    5、本裝置使用時，輸出的是高電壓或超高電壓，必須可靠接地，注意操作安全距離。
    6、串聯諧振試驗系統是利用諧振電抗器與被試品諧振產生高電壓的，也就是說，能不能產生高電壓主要是看試品與諧振電抗器是否諧振，所以，試驗人員在分析現場不能夠產生所需高電壓時，應該分析什么破壞了諧振條件，回路是否接通等。
    7、串聯諧振試驗系統的激磁變壓器有特定的電壓和電流要求，在選用代替品時，一定要考慮電壓和電流， 不能采用只是容量相同的普通的試驗變壓器。
    直流耐壓試驗不能模擬高壓交聯電纜的運行工況，試驗效果差，并且有一定的危害性，在現場竣工驗收試驗時，不宜再采用直流耐壓的方法。交流耐壓試驗是現場檢驗交聯電纜的敷設和附件安裝質量zui有效的手段。我們所用的變頻諧振裝置符合南方電網公司企業標準、IEC和國標的有關要求，通過電抗器串并聯的方式可以滿足高壓交聯電纜現場交流耐壓的要求。