高壓電力電纜試驗方法與檢測技術分析

張建　李寧　張宇琦

【摘 要】電力電纜有多種，橡膠絕緣高壓電力電纜是其中的一種，其功效被國民所認可，很是受國民的青睞。但是，隨著其使用數量的增多，一旦發生故障，便會引起一系列嚴重的后果，有時還會發生短時間內大面積停電事故，影響電力供、配系統的正常穩定運行。所以，高壓電力電纜故障分析工作是必不可少的，防止電力電纜發生故障時引發人身安全事故。

【關鍵詞】高壓電力電纜;試驗方法;檢測技術

1高壓電力電纜試驗方法

1.1出廠前試驗

1.1.1例行試驗

例行試驗也稱為出廠試驗，主要目的是檢驗每個產品是否存在偶然因素造成的缺陷。（1）導體直流電阻。該項試驗可以檢查導體截面是否符合規定尺寸，若截面偏小或采用不純的導體材料，導體直流電阻會增大;反之，若截面偏大，而電纜外徑一定，則絕緣厚度變薄，這2種情況均不符合要求。20℃下導體直流電阻值應符合相關地導體電阻標準規定。（2）交流電壓試驗。該試驗在整盤電纜上進行，110kV及以下電纜的試驗時間為15min，電纜主絕緣在規定試驗電壓下應不擊穿，試驗電壓值Ut如表1所示;220kV電纜應將試驗電壓逐漸升至318kV，保持30min，絕緣不應被擊穿。

1.1.2抽樣試驗

（1）結構尺寸檢查。對電纜結構尺寸進行檢查，絕緣厚度的平均值應不小于固定的標準值δ，任一點最薄弱處應不低于0.9δ～0.1mm。護套平均厚度應不低于0.85δ～0.1mm（護套內表面為圓柱形）或0.85δ～0.2mm（護套表面為不規則圓柱形）。（2）熱延伸試驗。熱延伸試驗目的是檢查交聯聚乙烯絕緣的交聯度，若絕緣未很好硫化，交聯度很低，則在規定條件下的伸長率將非常大，冷卻后的永久伸長也很大。如電纜交聯度不夠，則電纜的耐熱性能和機械性能都很差，因此這是一項考核電纜絕緣性能的重要指標。

1.1.3預鑒定試驗

目前國內在高壓直流電纜方面僅有數年的運行經驗，難以獲得真實運行老化的電纜。為保證直流電纜滿足預期的使用條件和保持長期運行的穩定性，高壓直流電纜在實際投入運行前需要進行預鑒定試驗。電纜預鑒定試驗是通過模擬電纜實際運行狀況和長期直流電壓試驗和疊加沖擊電壓試驗，從而檢查電纜及其附件的長期使用性能。在電纜預鑒定試驗過程中，多次的高場強冷熱循環試驗對絕緣層中的交聯副產物、結晶形態有一定的影響，而針對這方面的研究還比較少，因此研究預鑒定試驗對電纜絕緣電導特性的影響十分必要。例如，差示掃描量熱法是一種熱分析法，其在程序控制溫度下，測量輸入到試樣和參比物的功率差與溫度的關系。記錄的曲線以樣品吸熱或放熱的速率，即熱流率為縱坐標，以溫度為橫坐標。一般用向上的峰表示吸熱反應，用向下的峰表示放熱反應。交聯聚乙烯在受熱或者冷卻的過程中，會因為物理或者化學變化而產生熱效應，在發生力學狀態變化時，其比熱會發生變化，而這些變化均在DSC曲線中有所反映。熔融行為一般用熔融熱焓、峰溫以及半高峰寬來表征，結晶行為一般用結晶起始點、峰寬以及結晶熱來表征。

1.2竣工驗收試驗方法

依據國家標準《電氣設備交接試驗標準》GB50150-2006規定，橡膠絕緣電力電纜應優先采用20-300Hz交流耐壓試驗。實際高壓電力電纜線路竣工驗收中，已應用于現場的電纜耐壓試驗方法主要有電纜直流耐壓試驗與電纜交流耐壓試驗。其中，電纜交流耐壓試驗方法包括超低頻（0.1Hz）耐壓法、工頻串聯諧振法、變頻串聯諧振法與24小時空載法。（1）直流耐壓試驗：直流電壓作用下，電纜內部電場分布由材料體積電阻率決定，而在交流電壓作用下，電纜內部電場分布取決于各層介質的介電常數，因而直流耐壓試驗無法有效反映工頻交流運行電壓下電纜內部的電場分布情況。（2）交流耐壓試驗：工頻串聯諧振法：工頻諧振耐壓試驗方法采用可調高壓電抗器與試驗電纜串聯，通過調節電抗器電感，在工頻下發生諧振。該方法中電纜承受工頻電壓，可有效模擬電纜的運行狀態。但由于電抗器電感調節范圍有限，導致工頻下可產生諧振的電容范圍有限，難以普適于大跨度電纜長度范圍。變頻串聯諧振法：變頻串聯諧振法采用高壓電抗器與試驗電纜串聯形成諧振電路，運用變頻控制裝置調節電壓頻率，使其達到諧振狀態，實現對試驗電纜施加高幅值耐受電壓。該種方法采用電力電子元器件改變電壓頻率引發諧振，頻率調節范圍一般在20-300Hz。該方法無需具備較大電感可調范圍電抗器，便于現場攜帶，且耐壓試驗中易于調至諧振狀態，近些年得到較為廣泛的應用。24小時空載法：《電氣設備交接試驗標準》GB50150-2006中規定，不具備條件進行表1所示的交流耐壓試驗時，可施加正常運行電壓24小時代替交流耐壓試驗。該種方法僅對試驗電纜施加額定運行電壓，缺乏對操作過電壓、雷電過電壓及其它過電壓情況下電纜運行狀態的試驗。同時，24小時空載試驗中，試驗電纜線路負荷電流為0，未對負載熱效應與大電流情況對電纜運行狀態的影響進行試驗，無法有效反映高壓電纜的運行狀態。超低頻（0.1Hz）耐壓試驗：超低頻（0.1Hz）耐壓方法有0.1Hz超低頻正弦波耐壓與0.1Hz超低頻余弦波耐壓兩種方式。通過對工頻220V電壓進行整流、調制、升壓等操作，產生頻率為0.1Hz具有高電壓幅值的正弦波與余弦波施加于試驗電纜。該方法采用的試驗電壓頻率為工頻的1/500，可有效降低試驗所需設備容量與設備體積，易于攜帶進行現場試驗。超低頻（0.1Hz）耐壓試驗進行中可同時對試驗電纜介質損耗進行測量，可依據介質損耗情況對試驗電纜內部水樹情況進行有效判斷。然而，超低頻（0.1Hz）耐壓試驗設備最大輸出電壓僅能達到80kV，無法適用于高壓電力電纜耐壓試驗。

1.3高壓電力電纜試驗時的注意事項

（1）微安表接電壓。決心好的電纜漏電削，一般幾十微安若接在低端，誤差較大。（2）兩端頭屏蔽35kV以上的電壓電纜，因為試電壓高，所以通過它的漏電大理應屏蔽。（3）高壓側電壓如電纜較長，電容過大時所產生的影響較大，在低壓表中不能反映高壓測得時的真實電壓。（4）試驗電壓太高，用倍壓裝置。35kV及以上電壓等級常需用高壓用單極直流電壓裝置，不滿足當前需要要求，需用倍壓回路。

2高壓電力電纜的檢測技術

2.1萬用表法

其工作原理主要是維護人員對高壓電力電纜的金屬屏蔽層及其電纜芯進行單獨檢驗，再在電纜的起始段利用萬用表進行電阻測量。測量結果往往可以直接幫助維護人員判斷故障的類型，如果測量結果為無窮大，那么此時問題電纜的故障類型為開路故障，再基于這一判斷組織針對性的檢修工作。需注意，如果某一高壓電力電纜為2倍纜芯電阻，則說明該電阻的故障類型為斷線故障。

2.2電橋檢測技術

電橋檢測技術操作相對便捷，因此在高壓電力電纜的故障檢測中較為常用。操作中，專業人員將出現問題的電纜與另一條正常性能的電纜進行連接，連接方式同樣為短接方式，同時再在電力電纜的起始處連接單臂電橋前路。基于此，測量正常電纜相的電阻與出現故障問題的電纜相故障點前后的電阻值之比，再參考電纜的長度，對故障點的實際距離進行計算，最終得出故障的具體位置。

3結束語

高壓電力電纜在我國的電力系統中扮演著重要的角色，對于維護電力供應的穩定、滿足居民生活與工業生產的用電需求具有重要意義。為了有效提高電力部門的檢修效率，針對多樣化的故障問題，需要采用科學合理的試驗方法與檢測技術，在第一時間消除故障對電力系統的影響。

參考文獻：

[1]陳子豪.信息化背景下高壓電力電纜故障原因分析與試驗方法[J].內燃機與配件，2018，03：159-160.

（作者單位：國網衡水供電公司）