交联聚乙烯电缆交流耐压试验初探

发表时间:2019/3/12   来源:《电力设备》2018年第27期   作者:周晶晶 何荷
[导读] 摘要:充分认识交联电缆的绝缘特性以及绝缘检测技术对保障设备乃至系统的安全运行具有十分重要的意义。
        (国网上海市电力公司  上海市  200120)
        摘要:充分认识交联电缆的绝缘特性以及绝缘检测技术对保障设备乃至系统的安全运行具有十分重要的意义。本文从交联聚乙烯的电缆的绝缘特性、交流耐压试验必要性、试验方法、试验规程等方面,对交流耐压试验进行初步探讨和分析。
        关键词:交联聚乙烯电缆,交流耐压,绝缘,试验方法,试验规程
        1 引言
        随着社会经济的迅猛发展,用电量的急剧增加,电力电缆线路供电的优势日渐显现。由于电力电缆线路可进行地下敷设,不占用地面空间,不易受到周围环境和污染的影响,没有干扰电波,更加安全可靠等优点,作为重要的电能传输载体,电力电缆已成为现代社会的主流输电方式。
        目前,交联聚乙烯电缆以其合理的结构、工艺以及优良的电气性能等优点,在国内外被越来越广泛使用。近年来的运行和研究表明,交联电缆的绝缘材料在运行中易产生树枝性放电,造成绝缘老化、损伤,危及电缆安全运行。电缆的故障率远低于架空输电线路,但偶发的电缆事故仍然带来较大麻烦。除了安装不当或外力机械破坏外,大多数的击穿事故与电缆系统的绝缘材料和绝缘结构关系密切[1]。
        本文将从交联聚乙烯的电缆的绝缘特性、交流耐压试验必要性、方法、规程、注意事项等方面,对交流耐压试验进行分析。
        2 交联聚乙烯电缆的绝缘特性
        交联聚乙烯绝缘电缆具有:电气性能好,击穿电场强度高,介质损耗角正切值小,绝缘电阻高。有较高的耐热性和耐老化性能。允许工作温度高,载流量大,适宜于高落差与垂直敷设,是一种很有发展前途的高压电缆[2]。
        交联聚乙烯属于固体绝缘,它是由聚乙烯加入交联剂挤出成形后,经过化学或物理方法交联成交联聚乙烯。聚乙烯绝缘虽然具有优良的电气性能,但属于热塑性材料,即有热可塑性,当电缆通过较大的电流时,绝缘就会熔融变形,这是由聚乙烯的分子结构所决定的。聚乙烯的分子结构是呈直链状,而交联聚乙烯是聚乙烯分子间交联形成网状结构,从而改善了聚乙烯的耐热变形性能、耐老化性能和机械性能。
        交联聚乙烯电缆与油纸电缆相比,具有结构简单,制造周期短,工作温度高,无油,敷设高差不限,运行可靠,质量轻,安装、维护简单和输电损耗小等优点。由于耐热性和机械性能好,传输容量大,不仅适用于中低压,而且还可以应用到高压和超高压系统中。但是当它使用一定年限以后,常常会发生绝缘被击穿而造成事故,因其电压高、容量大,每次事故都可能造成重大的经济损失。
        3 交联聚乙烯电缆耐压试验必要性分析
        3.1 交联聚乙烯电缆常见故障
        交联电缆的故障原因主要有:1、老化,包括电缆本体老化和电缆附件老化;2、水树枝和电树枝;3、安装工艺不当;4、外力破坏[3]。
        交联电缆内部存在的绝缘缺陷易产生树枝化放电现象,树枝化放电据其形态和生成机理不同主要分为电树枝和水树枝。水树枝是导致交联聚乙烯绝缘寿命缩短的主要因素,水树枝尖端最终长出的电树枝,或是在电缆投运初期由绝缘缺陷处长出的电树枝则是电缆绝缘破坏的主要因素。电树枝一旦产生,便以极快的速度发展并导致电缆绝缘击穿[4]。
        3.2 耐压试验必要性与关键点分析
        虽然高压电缆在制造厂家都经过了严格的试验,但在装货、运输、存储、安装等尤其是电缆终端和中间接头的现场安装过程中都有可能对电缆及其附件造成损伤或安装不正确,因此必须对电缆线路进行严格的交接试验,保证电力电缆的安全运行。其中,现场交接试验最重要的是耐压试验,由于电力电缆区别于其他电力设备,对地电容很大,常规的耐压设备无法满足其耐压容量的要求[5]。
        通用原则是试品上所施加的试验电压场强必须模拟电气设备的运行工况。高压试验得出的通过不通过结论要代表电气设备中的薄弱点是否对今后的运行带来危害,意味着试验中的故障机理应与电气设备运行中的机理应有相同的物理过程[6]。


        传统的电缆现场高压试验采用直流耐压,以显著减小试验电源的容量。在进行直流耐压试验时,可以同时测量电力电缆的泄漏电流,通过泄漏电流的大小及其随时间的变化或泄露电流与试验电压的关系,可判断电缆的绝缘状况,若油纸绝缘电缆存在空隙缺陷,直流电压大部分分布在与缺陷相关的部位上,因此更容易暴露电缆的局部缺陷。但实践证明,直流耐压试验不仅检测交联聚乙烯电缆的有效性不足,不能模拟XLPE电缆的运行工况。而且其固有的空间电荷累积效应极易引起试验后重新投运的电缆发生击穿故障,以及加速电缆绝缘内部水树枝向电树枝的转化而降低电缆的绝缘强度。因此对于交联聚乙烯电缆均以交流耐压试验取代直流耐压试验。
        4 交联聚乙烯电缆交流耐压试验方法
        大容量电缆的对地电容非常大,目前常见的电缆耐压试验方法主要是直流耐压试验、变频谐振耐压试验、超低频耐压试验和振荡波耐压试验等[7-8]。对于交联聚乙烯电缆而言,由于超低频法与直流耐压法的等效性不是很好,但是工频谐振法又无法在再现场进行大容量电缆的耐压试验,故采用变频谐振耐压是现场试验最可行的方法。
        《Q/GDW 11316-2014 电力电缆线路试验规程》规定了10kV-500kV交联聚乙烯绝缘电力电缆线路交接、巡检、例行和诊断性试验方法和要求。其中电缆线路试验交接试验项目和例行试验项目中都包含了交流耐压试验,试验电压及耐受时间则根据电缆不同电压等级和投运时间进行选择。
        对电缆的主绝缘耐压试验时,应分别在每一相上进行,对一相进行试验时,其他两相导体和金属屏蔽(金属套)一起接地。试验结束后应对被试电缆进行充分放电。对金属屏蔽(金属套)一端接地,另一端装有护层电压限制器的单芯电缆主绝缘作耐压试验时,应将护层电压保护器短接,使这一端的电缆金属屏蔽(金属套)临时接地。对于采用交叉互联接地的电缆线路,应将交叉互联箱作分相短路处理,并将护层电压保护器短接。
        5 结论
        耐压试验是检验电力电缆质量的最直接的方法,但是运行经验表明,交流耐压试验技术的不足有以下两点:交流耐压试验关注的是电缆整体的耐压情况,将能否通过耐压作为电缆质量的评判标准,但是忽略了试验过程中可能产生的电缆被破坏或局部损坏的情况,使得电缆在交接成功并运行一段时间后发生故障;虽然通过了交流耐压试验,但是还有可能存在局部放电情况,耐压试验并不一定能发现,无法保证电缆的安全运行[9-10]。所以,在交接试验中,还需对交流耐压试验的技术方法进行研究改进,或者结合其他的试验方法,如局放等手段,进行综合评判。
        参考文献:
        [1]周远翔. 高压-超高压电力电缆关键技术分析与展望[J]. 高电压技术. 2014, 40(9): 2594-2612.
        [2]冯伟. 高压输电电缆交接试验研究[D]. 上海交通大学, 2010.
        [3]吴明祥. 交联电缆常见故障及原因分析[J]. 中国电力, 2013, 46(5): 66-70.
        [4]郑晓泉, 王金锋, 李彦雄. 交联聚乙稀中水树枝向电树枝的转化[J]. 中国电机工程学报, 2013, 22: 166-174.
        [5]钟聪, 陈洪波. 220kV交联聚乙烯电缆现场交流耐压试验[J]. 四川电力技术, 2003, 4: 1~3.
        [6]陈斌, 霍光. 交联电缆耐压试验方法的探讨[J]. 石化电气, 2010, 29(14): 76-80.
        [7]吴笃贵. 电缆线路交接与预防性试验技术综述[J]. 华东电力, 2013, 41(5): 1075-1080.
        [8]石峰. 交联聚乙烯电缆耐压试验方法[J]. 东北电力技术, 2010, 1: 47-49.
        [9]平夏. 交联聚乙烯电缆绝缘试验系统方针研究[D]. 华北电力大学, 2012.
        [10]王一波. 基于现场交接试验的高压电缆交流耐压及局放技术应用研究[D]. 华北电力大学, 2014.
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