兩種電纜耐壓試驗技術分析

范玉潔 ，林佑祥，高智群

（1.山東冶金設計院股份有限公司，山東濟南 250101；2.山東鋼鐵集團萊鋼能源動力廠，山東萊蕪 271104）

1 引言

目前電纜耐壓試驗主要采用直流耐壓試驗方法，然而隨著聚氯乙烯電纜和交聯聚乙烯電纜廣泛取代油紙電纜，直流耐壓方法已不適合于該類型電纜。

2 直流耐壓試驗方法缺陷分析

（1）在直流電壓下，電場強度是按照電阻率分布的，而交聯聚乙烯電纜絕緣層中的材料含有很多成分，其電阻率分布是不均勻的，同時電阻率受溫度等因素影響比較大，所以在直流電壓下，交聯聚乙烯電纜絕緣層中的電場分布是不均勻的，這就可能在直流試驗過程中出現絕緣層有的地方電場很強，有的地方電場卻比較弱的情況，導致局部絕緣擊穿，在運行中引起事故。

（2）電纜在直流電壓下會產生“記憶”效應，存儲積累單極性殘余電荷。一旦有了由于直流耐壓試驗引起的“記憶性”，需要很長時間才能將這種直流電壓釋放。電纜如果在直流殘余電荷未完全釋放之前投入運行，直流電壓便會疊加在工頻電壓峰值上，使得電纜上的電壓值遠遠超過其額定電壓，從而有可能導致電纜絕緣擊穿。

（3）交聯聚乙烯電纜的直流耐壓試驗，由于空間電荷的效應，絕緣中的實際電場強度最高可達電纜絕緣工作電場強度的十幾倍，所以即使電纜在通過了直流耐壓試驗不發生擊穿，也會引起絕緣的嚴重損傷。

（4）直流耐壓試驗所施加的直流電壓電場強度分布狀況與運行中的交流電壓電場強度分布狀況不同，直流耐壓試驗并不能模仿運行狀態下電纜承受的過電壓，而且也不能有效地發現電纜本身及電纜接頭和施工工藝上的缺陷。

（5）直流耐壓試驗有一定的積累效應，能加速絕緣老化，且試驗時易發生閃絡或擊穿。

3 0.1 Hz超低頻技術簡介

0.1Hz超低頻試驗項目根據電壓波形的不同而有所區別。0.1 Hz超低頻電壓波形基本上有3種:正弦波、三角波和余弦方波。其原理是用超低頻以低充電電流，相對長一點的時間間隔對試品充電至高壓，此時正弦波形避免了其他波形可能產生的高頻諧波，而該高頻諧波會對測試目標產生駐波或有害的電壓突變。

3.1 超低頻系統原理

該0.1 Hz超低頻試驗儀器的原理圖如圖1所示，系統所需的輸入功率是從一個正常的220 V、50 Hz的電源處獲得。輸出電壓的振幅是由自動可調變壓器控制的，由圖1中的T1來表示。該變壓器的輸出用相應需要的超低頻來調節，如0.1 Hz頻率。該過程在圖1中用T2來表示，T2輸出以正弦波模式周期性地增加或減少，頻率是兩倍的輸出頻率，這樣就會產生一個50 Hz電壓。該調制工頻電壓經過高壓變壓器逐步升壓，即圖1中的T3。該高壓變壓器的輸出通過一個能產生單極電壓的全波整流器來整流。最后，整流器與終端之間的一個極性開關每個半個周期就會將整流后的電壓的極性顛倒以下。輸出電纜和被試品的電容將提供充足的濾波，以便將120 Hz的波動減至一個可接受的水平，其終端波形是一個高壓超頻正弦波。0.1 Hz超低頻試驗系統。系統的工作頻率可通過調整圖1中的T2獲得0.05 Hz、0.02 Hz、0.1 Hz等不同的工作頻率，較低的頻率可測試超長電纜。

圖1 超低頻系統原理圖

3.2 超低頻技術的試驗過程

超低頻技術的試驗仿效工頻試驗，對橡塑電纜進行交流耐壓試驗，在試驗過程中不會累積空間電荷，對電纜的絕緣不會造成損壞。

3.3 采用超低頻技術原因分析

由于電力電纜容量大，根據：

式中：C——被試電纜電容量，μf/km；

US——試驗電壓，kV；

f——工頻頻率，我國為50 Hz。

例如，在工頻50 Hz下，試驗1μf（約3 km)的8.7/10 kV的電纜，當試驗電壓為26 kV（3U0）時,試驗設備容量需達到213 kVA,因此所需的試驗設備容量很大，使得設備體積大而笨重，同時價格也很昂貴。所以工頻交流耐壓試驗方法不適于現場應用。根據S=ωCUS2=2πfCUS2，可以得出頻率越低，在試驗電壓下所需功率越小。如使用0.1 Hz交流耐壓設備所需的功率比使用工頻50 Hz交流耐壓設備小500倍，故采用超低頻交流電進行耐壓試驗。

4 0.1 Hz超低頻耐壓技術與直流耐壓技術的比較

直流耐壓試驗能有效地發現電纜絕緣缺陷，但對交聯聚乙烯電纜則不一定有效，甚至可能產生負作用。在做直流耐壓試驗時，直流高壓在運行電纜的水樹區域形成負電荷積累，這些積累的電荷將一直殘留在絕緣體上，待耐壓試驗后，投入運行時通過的是交流電，正電荷與直流耐壓產生的負極性空間電荷處電壓疊加，導致局部放電、電樹形成、直至絕緣擊穿。

5 結束語

超低頻技術引用于耐壓試驗上，既減少了設備的體積、降低設備制造成本；又不會對大容量設備的絕緣造成損壞，非常適合于現場的使用。