淺談工廠電纜耐壓試驗方法

婁春剛 羅雙 賀菁 何彤 薛文俊

摘 要：本文詳細對比了各種電纜耐壓試驗的常用方法，著重研究了變頻串聯諧振耐壓試驗及其注意事項。

關鍵詞：交聯聚乙烯電纜；變頻串聯諧振；耐壓試驗

中圖分類號： TM247 文獻標識碼：A

隨著工廠規模越來越大，結合用電負荷需求大、供電線路多而雜、土地資源緊張、以及人身安全的因素，更多工廠內部普通投入使用了高壓電纜，且以交聯聚乙烯電纜（XLPE）為主要代表。交聯聚乙烯具有良好的電氣性能、耐熱性能、機械強度和耐化學特性。在電纜安裝結束、大修以及長期停用再開工前，必須要對電纜做耐壓試驗，以檢測電纜的電氣特性，保證送電的安全及成功。電纜耐壓試驗是檢測電纜電氣特性最重要的試驗。

1 進行耐壓試驗的原因

耐壓試驗是一種預防性試驗，一般產品在設計時考慮到了額定電壓的因素，但也要考慮發生突發狀況時的過電壓因素，過電壓會大大超過儀器的額定電壓，如果沒考慮到這些因素，儀器絕緣材料則容易發生擊穿，故必須要做耐壓試驗。

2 電力電纜耐壓試驗方法

常見的電纜耐壓試驗方法主要有直流耐壓試驗，0.1Hz超低頻耐壓、變頻串聯諧振耐壓試驗等。

2.1 直流耐壓

直流耐壓試驗對油紙絕緣電纜有很大的優點，它設備體積小、重量輕、容量小、最重要的是能夠有效發現故障隱患，并且不會損害電纜的絕緣，隨著工業技術的發展，越來越多的油紙絕緣電纜被交流聚乙烯（XLPE）電纜所取代，但直流耐壓試驗對XLPE電纜有不同程度的損害。

（1）交流聚乙烯（XLPE）電纜結構具有存儲積累單極性殘余電荷的能力，當在直流試驗后，如不能有效的釋放掉直流殘余電荷，投運后在直流殘余電荷加上交流電壓峰值將可能致使電纜發生擊穿，甚至發生人員觸電的嚴重后果，這就是為什么做直流試驗后必須要放電的原因。

（2）做相同電壓等耐壓試驗，直流測試電壓是交流測試電壓的倍， 所以交流響應就比較安全一些。

（3）水樹老化一直是影響XLPE電纜正常運行的重要因素，根據權威統計，70%的XLPE電纜絕緣問題與水樹有關；而在直流電壓下水樹會快速發展成電樹，進而形成放電，加速絕緣老化，直至擊穿電纜。因此，XLPE電纜不建議進行直流耐壓試驗

2.2 振蕩電壓耐壓試驗

振蕩電壓耐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扔不理想，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。

2.3 交流耐壓

交流耐壓包括0.1Hz超低頻耐壓和串聯諧振耐壓。

2.3.1 0.1Hz超低頻耐壓試驗

由于直流試驗不能有效檢驗出XLPE電纜線路的缺陷，其空間電荷又會影響其絕緣性能，而采用交流電壓試驗需要高電壓、大容量的試驗設備。0.1Hz超低頻耐壓試驗能解決上述問題。從50Hz改到0.1Hz，理論上可以把試驗設備容量降低到1/500。這樣，0.1Hz的試驗設備就可以與和直流試驗設備一樣做到容量小、自重輕、適合現場使用。而且由于呼和浩特石化公司進線電壓是110kV，110kV及以上等級的線路歸國家電網公司管，我們只需對35kV及以下等級電壓進行試驗，故0.1Hz的耐壓試驗設備可以滿足試驗要求。值得注意的是，由于0.1Hz低頻耐壓試驗是破壞性試驗，試驗時，必須用10000伏兆歐表對試品電纜先進行絕緣電阻試驗，記錄試驗結果后方可做試驗。

2.3.2 諧振耐壓試驗

串聯變頻諧振利用勵磁變壓器激發串聯諧振回路，通過調節變頻控制器的輸出頻率，使得回路中的電抗器電感和試品電容發生串聯諧振，繼而達到用低壓電做高壓試驗的目的，諧振電壓即為試品上所加電壓，如圖1所示。

我們知道回路頻率 f=1/（2*π*）時，回路發生諧振，此時試品上的電壓是勵磁變高壓端輸出電壓的Q（Q=/R）倍，Q為系統品質因素，即電壓諧振倍數。一般為幾十到一百以上，先通過調節變頻電源的輸出頻率使回路發生串聯諧振，再在回路諧振的條件下調節變頻電源輸出電壓使試品電壓達到試驗值。由于回路的諧振，變頻電源較小的輸出電壓就可以在試品上產生較高的試驗電壓。

諧振耐壓試驗有以下特點：

①由于諧振電抗器和被試品電容產生諧振，電源只需要提供系統中有功消耗的部分，因此， 所需電源容量大大減小。。

②由于電容量減小，故設備的體積和重量也相應減少，繼而成本降低。

③由于諧振電源能獲得很好的正弦波形，能改善輸出電壓的波形畸變，所以能防止了諧波峰值對試品的傷害。

諧振耐壓試驗注意事項：

①試驗設備接地點與被測物接地點在一起一同接地（否則會增大系統總電阻，Q值變小）。

②絕緣筒架高電抗器或遠離導電物質離開鐵磁物體，以免形成渦流，使Q值變小。

③電纜過短時，適當并聯電容器。

④必須有專業人士試驗，且保證2人以上在場。

⑤必須嚴格按國家有關標準和規程進行試驗操作。

結語

綜上所述，傳統的直流耐壓試驗對XLPE電纜不能準確診斷絕緣狀況，且對電纜起破壞作用，不宜使用。交流耐壓試驗更適合XLPE電纜的耐壓試驗，尤其諧振碾壓試驗特點更突出，是現在工廠比較常用的試驗方式。

參考文獻

[1]肖如泉，何金良.高電壓試驗工程[M].北京：清華大學出版社，2001.

[2] CIGREWG21.09，高壓擠包絕緣電纜竣工驗收建議導則[S].