6.2.3. 现行的IEC标准
★外护套耐压
根据IEC8406.1款,有两种现行的方法:直流耐压:3U0 15分钟;交流耐压:3 U0 5分钟或I U0 24小时
直流耐压试验源于油纸绝缘的电缆试验,以其重量轻,可测电缆长度为特点,尽管直流耐压的有效性存在疑点,有些国家仍然将它作为标准采用。
交流试验在电压强度分布方面重现了电缆的运行工况,1U0和3U0可以直接从运行电网的电压上得到。
在有些国家,在130-150KV的系统下使用3U01小时耐压,取得过一些效果。
6.2.4. 替代方法及未来趋势
很多年以来,我们一直在考虑其它的可替代试验方法,其原因如下:
直流耐压试验的有效性存在疑问,大于U0的交流电压从运行电网中不易取得, 传统的交流电源为普通试验变压器型式,对长的电缆试验时,变压器的重量已不可能运输到现场,从而考虑使用以下系统:
a. 谐振系统
为了减轻电源的系统的重量,以下不同形式的谐振试验系统被开发利用:
*可调电感型谐振试验系统(主要用于试验室)
*变频谐振电源系统,频率范围30-300Hz
*利用空气间隙补偿变压器的变频谐振系统
后面两种变频谐振系统的重量轻,可以采用车载运输到现场。
b. 振荡电压试验
这种试验方法包括用直流电源给电缆充电,然后通过一个触发球隙放电给一组串联电阻和电感,从而得到一个阻尼振荡电压。必须注意对于长电缆,振荡电压方法是有问题的。
尽管振荡电压试验方法比直流耐压试验方法更有效,但此方法优不如工频试验效果好。
c. 超低频实验(VLF)
超低频试验方法已被广泛应用于中压电缆的试验,但目前还没有可用于超高压电缆试验的超低频装置。
d. 局部放电的测量
CIGRE以往的工作已经证明工频耐压再加上局部放电测量对现场试验的效果是相当好的。竣工验收试验做的时间短,有些故障不一定会发生击穿,但故障点在试验电压下会出现局放。
现场的局放试验主要是检查电缆附件及接头,因为电缆本身已进行出厂检验,现场还做了外护套试验,是不会有问题的。局部放电试验正在被广泛的应用于现场试验,目前主要是利用超高频和超声波进行现场局放探测。测量点主要是接头和终端。
6.2.5.讨论
外护套试验是很重要的试验,它检测电缆在敷设和回填的过程中是否受到伤害。是否进行主绝缘耐压试验取决于各运行单位的管理原则。有的运行单位对其施工安装质量保证体系(第2点中讲述)很有信心,而不进行主绝缘试验,其他运行单位则要求进行主绝缘耐压试验,那么就必须了解各种不同的方法及其效果。耐压试验分以下几种:
* 直流试验
由于以下原因,越来越多的运行单位已不再采用直流试验方法:
a) 直流的场强分布不同于交流场强分布
b) 直流试验效果不准确
c) 直流试验甚至有害且危险
* 交流试验
推荐使用工频及近似工频(30-300HZ)的交流电压。这种交流电压可以重现与运行工况下相同的场强,这种试验方法已被证明是最有效的方法。下表为推荐的耐压试验电压及时间。
交流耐压试验 表1
交流电压试验结合局放测量被证明效果更好,局放测量的方法及设备有待继续开发研究。
6.2.6 结论和建议
通过以上分析得出了下列结论:
应尽可能避免直流耐压试验,因为直流试验的效果差且有危害。运输、敷设、安装过程中的完善的质量保证体系永远是电缆安装后移交的基础,电缆外护套耐压试验是必做的试验,当电缆进城在电缆沟中时,这种试验可能无法进行。如果运行单位与施工单位达成协议,建议进行交流主绝缘耐压试验。现在可以使用变频谐振电源,也可以结合局放测量检查电缆接头和终端。
6.3 附录三:串联谐振电源在电力系统中的应用
本篇将分析谐振产品在电力系统中应用的一些优点,并提供电力系统一些主要产品的谐振试验方法和要点,为谐振产品在电力系统中更好的应用提供一些技术思想和数据。在最后,列举了两个常用的选型方案,一方面可以帮助大家分析怎么样对自己将要做试验的对象进行设备选型,另一方面可以帮助大家分析怎么样使用谐振试验方法有效的对自己将要做试验的对象进行试验。
6.3.1 串联谐振电源在电力系统应用中的优点:
a. 所需电源容量大大减小。串联谐振电源是利用谐振电抗器和被试品电容谐振产生高电压和大电流的,在整个系统中,电源只需要提供系统中有功消耗的部分,因此,试验所需的电源功率只有试验容量的1/Q;
b. 设备的重量和体积大大减少。串联谐振电源中,不但省去了笨重的大功率调压装置和普通的大功率工频试验变压器,而且,谐振激磁电源只需试验容量的1/Q,使得系统重量和体积大大减少,一般为普通试验装置的1/3-1/5;
c. 改善输出电压的波形。谐振电源是谐振式滤波电路,能改善输出电压的波形畸变,获得很好的正弦波形,有效的防止了谐波峰值对试品的误击穿;
d. 防止大的短路电流烧伤故障点。在串联谐振状态,当试品的绝缘弱点被击穿时,电路立即脱谐,回路电流迅速下降为正常试验电流的1/Q。而并联谐振或者试验变压器方式做耐压试验时,击穿电流立即上升几十倍,两者相比,短路电流与击穿电流相差数百倍。所以,串联谐振能有效的找到绝缘弱点,又不存在大的短路电流烧伤故障点的忧患;
e. 不会出现任何恢复过电压。试品发生击穿时,因失去谐振条件,高电压也立即消失,电弧即刻熄灭,且恢复电压的再建立过程很长,很容易在再次达到闪落电压前断开电源,这种电压的恢复过程是一种能量积累的间歇振荡过程,其过程长,而且,不会出现任何恢复过电压。
6.3.2 电缆交的流耐压试验
目前在国际和国内已有越来越多的XLPE交联聚乙烯绝缘的电力电缆替代原有的充油油纸绝缘的电力电缆。但在交联电缆投运前的试验手段上由于被试容量大和试验设备的原因,很长时间以来,仍沿袭使用直流耐压的试验方法。近年来国际、国内的很多研究机构的研究成果表明直流试验对XLPE交联聚乙烯电缆有不同程度的损害。有的研究观点认为XLPE结构具有存储积累单极性残余电荷的能力,当在直流试验后,如不能有效的释放掉直流残余电荷,投运后在直流残余电荷加上交流电压峰值将可能致使电缆发生击穿。国内一些研究机构认为,交联聚乙烯电缆的直流耐压试验中,由于空间电荷效应,绝缘中的实际电场强度可比电缆绝缘的工作电场强度高达11倍。交联聚乙烯绝缘电缆即使通过了直流试验不发生击穿,也会引起绝缘的严重损伤。其次,由于施加的直流电压场强分布与运行的交流电压场强分布不同。直流试验也不能真实模拟运行状态下电缆承受的过电压,并有效的发现电缆及电缆接头本身和施工工艺上的缺陷。因此,使用非直流的方法对交联电缆进行耐压试验就越来越受到人们的重视。目前,在中低压电缆上国外已使用超低频电源(VLF)进行耐压试验。但由于此类VLF的电压等级偏低,尚不能用于110kV及以上的高压电缆试验。在国内,对于低压电缆,这种方法也使用过,但由于试验设备的原因,没能得到大面积的推广。而近些年由于城、农网建设改造的进行, XLPE交联电缆越来越多,仅仅靠直流耐压试验后就将电缆投入运行,而在运行电压下发生电缆或电缆头击穿的事例也时有发生。所以,大家都在探索新的试验方法。
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