110kV交聯(lián)聚乙烯電纜的交接試驗(yàn)探討

韓偉

(湖南省送變電工程公司,湖南長沙 410007)

110kV交聯(lián)聚乙烯電纜的交接試驗(yàn)探討

韓偉

(湖南省送變電工程公司,湖南長沙 410007)

隨著城市美化的要求越來越高,城市電網(wǎng)的改造工程的實(shí)施,高壓電力電纜的使用也就越加廣泛,尤其是110kV交聯(lián)聚乙烯電纜已經(jīng)開始投運(yùn)使用,本文從110kV交聯(lián)聚乙烯電纜的交接試驗(yàn)入手探討,分析110kV交聯(lián)聚乙烯電纜在交接試驗(yàn)中所存在的弊端,并討論了幾種交接試驗(yàn)的方法。

110kV交聯(lián)聚乙烯電纜 交接耐壓試驗(yàn) 試驗(yàn)探討

1 現(xiàn)場試驗(yàn)情況

1.1 試驗(yàn)電纜及其耐壓裝置

進(jìn)行本次交接試驗(yàn)的二回路輸電電纜是單芯110kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜,其線芯面積可達(dá)800mm2,長度可達(dá)4、99km。其兩端的變電站終端頭為GIS電纜。根據(jù)IEC840中的具體操作規(guī)定,進(jìn)行試驗(yàn)操作。

1.2 幾種常見的試驗(yàn)方法

(1)超低頻法。超低頻發(fā)通常選用0.1Hz耐壓進(jìn)行試驗(yàn),由于電力的電容量較大,且進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)所使用的試驗(yàn)變壓器的容量也較大,還需現(xiàn)場提供較大的電源以供試驗(yàn)和無功功率,導(dǎo)致這種試驗(yàn)方式不適用于現(xiàn)場試驗(yàn),目前這種試驗(yàn)方式多用于低壓電纜試驗(yàn)。

(2)振蕩電壓法。這種試驗(yàn)是指以電纜進(jìn)行直流充電,當(dāng)達(dá)到一定程度后通過間隙對(duì)電阻及電感放電,以便得到阻尼振蕩電壓供檢測缺陷。但是這種試驗(yàn)方式與直流耐壓試驗(yàn)相比,仍存在一定的缺陷,例如振蕩電壓存在衰減情況,長期使用難以滿足需要,以及較高頻率的電壓會(huì)對(duì)電纜產(chǎn)生較大的傷害。

(3)諧振耐壓法。振蕩電壓法是指通過改變?cè)囼?yàn)回路中的頻率及電感,使其回路處于諧振狀態(tài)。使用諧振耐壓法可以滿足大電流、高電壓的試驗(yàn)需求。該試驗(yàn)方法具體可分為調(diào)感式和調(diào)頻式,串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振4種。

①調(diào)感式諧振耐壓。調(diào)感式諧振耐壓是指通過調(diào)節(jié)回路電抗器的電感量,使電纜及電抗器的電容能夠在50Hz下產(chǎn)生諧振,從而達(dá)到試驗(yàn)的具體需求。

②調(diào)頻式諧振耐壓。調(diào)頻式諧振耐壓是指通過改變?cè)囼?yàn)中的電源輸出頻率使回路中的電抗器的固定電感量能夠與試驗(yàn)品產(chǎn)生諧振以便達(dá)到試驗(yàn)的具體需求。

③串聯(lián)式諧振耐壓。當(dāng)試驗(yàn)變壓器的電流達(dá)到試驗(yàn)要求,但電壓卻達(dá)不到試驗(yàn)要求時(shí),可采用電抗器與試驗(yàn)品串聯(lián)的方式來進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)。

④并聯(lián)式諧振耐壓。當(dāng)試驗(yàn)變壓器的電壓達(dá)到試驗(yàn)要求,而電流達(dá)不到試驗(yàn)要求時(shí),可采用電抗器與試驗(yàn)品并聯(lián)的方式來進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)。

1.3 規(guī)定電纜及其附件安裝完畢后的試驗(yàn)

首先,將其加直流電壓3U0,保持15min。

然后征求買方以及承包方的協(xié)商同意后,采取下述試驗(yàn)(1)或者試驗(yàn)(2)的具體試驗(yàn)流程,作為代替方案。

試驗(yàn)(1):

將導(dǎo)體及金屬屏蔽后加相間電壓,保持5min。

試驗(yàn)(2):

施加正常的系統(tǒng),相對(duì)施加電壓保持24h。

在合同中或者訂貨單中有具體要求時(shí),應(yīng)當(dāng)按照具體標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其非金屬護(hù)套進(jìn)行相應(yīng)的現(xiàn)場試驗(yàn)。

1.4 試驗(yàn)情況

具體的試驗(yàn)執(zhí)行情況如下:

(1)供進(jìn)行試驗(yàn)的電纜均能按照規(guī)定進(jìn)行192kV/15min的直流耐壓試驗(yàn),試驗(yàn)的電壓可分為4~5個(gè)階段,每個(gè)階段都保存均勻升壓,并且同時(shí)需要讀取泄漏的電流值。高壓引線均采用屏蔽線,高壓側(cè)設(shè)置A表。注意在達(dá)到192kV時(shí),記錄泄漏電流的變化情況如何。

在得到的42相試驗(yàn)數(shù)據(jù)中,泄漏的電壓范圍約為100~1000A,且同一回三相的電纜泄漏的電壓不平衡系數(shù)均小于2,泄漏的電流呈現(xiàn)出隨時(shí)間延長而下降的變化趨勢,目前得到的數(shù)據(jù)中,僅僅1相在耐壓13min后可以擊穿,其余均全部通過。

(2)試驗(yàn)所用的電纜在進(jìn)行施加電壓這一程序前,均采用5kV兆歐表測得其導(dǎo)體對(duì)地絕緣電阻大于1G。在施加電壓24h后,進(jìn)行負(fù)荷運(yùn)行。試驗(yàn)過程中,要拆除SF6全封閉組合電器的電纜接頭小室中的母線,安裝試驗(yàn)專用的試驗(yàn)套管。并且還需采用工頻相電壓運(yùn)行24h的試驗(yàn)方案來代替直流耐壓,以解決1相加壓時(shí),其他2相無法接地的問題。

除此之外,在對(duì)耐壓試驗(yàn)中被擊穿的、運(yùn)行中被系統(tǒng)電壓擊穿的或者路徑被改變的電纜在進(jìn)行重做接頭時(shí),也需要采用工頻相電壓運(yùn)行24h的試驗(yàn)方案。

(3)在進(jìn)行非金屬護(hù)套(金屬屏蔽層對(duì)地耐壓試驗(yàn))的試驗(yàn)時(shí),明確其出廠試驗(yàn)直流為25kV/min,其交接試驗(yàn)為直流10kV/min。在進(jìn)行實(shí)際試驗(yàn)操作時(shí),通常采用5kV兆歐表進(jìn)行測量,同時(shí)記錄絕緣電阻值的方式。

對(duì)于非金屬護(hù)套的絕緣電阻較低的電纜,盡量不要采用500kV兆歐表測量。

在非金屬護(hù)套的絕緣電阻較低的電纜,應(yīng)當(dāng)盡量找出故障點(diǎn)所在位置,予以修復(fù),避免其在投運(yùn)后出現(xiàn)擊穿跳閘的現(xiàn)象。

(4)按照DL/T596的規(guī)定執(zhí)行銅屏蔽電阻和導(dǎo)體電阻比的測定程序。

2 試驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果分析

在進(jìn)行的72相的110kV交聯(lián)聚乙烯電纜交接試驗(yàn)過程中,共有42相次是采用192kV/15min的試驗(yàn)方式予以進(jìn)行的。其中共出現(xiàn)了1次故障,故障點(diǎn)在一個(gè)硅橡膠預(yù)制應(yīng)力錐內(nèi),有兩個(gè)有缺陷的電纜順利的通過了直流耐壓試驗(yàn),在運(yùn)行了2個(gè)月后背系統(tǒng)電壓所擊穿。有5處接頭制作質(zhì)量不過關(guān),在試驗(yàn)過程中泄漏了大約1000A的電流,不過這5處接頭也通過了直流耐壓試驗(yàn)。其中還有30相次的接頭未經(jīng)直流耐壓試驗(yàn),而是直接通過施加正常系統(tǒng)電壓24h的試驗(yàn),并且已經(jīng)投入運(yùn)行。運(yùn)行時(shí)間最長已達(dá)4年之久。

綜上所述,可知對(duì)于110kV交聯(lián)聚乙烯電纜,交接試驗(yàn)雖然可以檢查出劣質(zhì)接頭具有一定的作用及效果,但是對(duì)于電纜的本體缺陷是檢查不出來的,所以也可以說通過直流耐壓試驗(yàn)的電纜是否可以安全運(yùn)行是不能確保的。

2.2 試驗(yàn)結(jié)論分析

(1)直流耐壓試驗(yàn)對(duì)于110kV交聯(lián)聚乙烯電纜存在一定的危害性,并且不能夠有效檢測出存在的絕緣隱患,也就是說直流耐壓是不能夠完全反映試驗(yàn)品的絕緣狀況的。因此,110kV交聯(lián)聚乙烯電纜的交接試驗(yàn)不宜采用直流耐壓的試驗(yàn)方式。

(2)交流耐壓試驗(yàn)可以有效的檢查電纜在敷設(shè)及安裝過程中的損失情況,尤其是可以檢測出電纜中間接頭以及終端接頭的質(zhì)量情況。同時(shí),交流耐壓試驗(yàn)可以采用施加正常系統(tǒng)及相對(duì)電壓24h的試驗(yàn)方式。

(3)對(duì)于對(duì)地絕緣電阻的檢測是必須予以進(jìn)行的。最好選用通過直流10kV/min的耐壓試驗(yàn)方式,也可以采用5kV兆歐表代替,但是應(yīng)當(dāng)注意的是,絕緣電阻應(yīng)當(dāng)大于20M,并且凡是絕緣不良的地方必須查找原因,然后予以及時(shí)修復(fù)。

2.3 110kV交聯(lián)聚乙烯電纜直流耐壓試驗(yàn)現(xiàn)存的弊端

根據(jù)上述理論分析,可知110kV交聯(lián)聚乙烯電纜直流耐壓試驗(yàn)現(xiàn)存的弊端可分為如下幾類:

(1)110kV交聯(lián)聚乙烯電纜或者其他擠包絕緣電纜,在直流電壓下,其絕緣的電場分布取決于材料的電阻率情況。而在交流電壓下,電纜絕緣的電場分布主要取決于各個(gè)介質(zhì)的介電常數(shù)情況。因此可得知,直流電壓及交流電壓下的電場強(qiáng)度的分布情況是完全不同的。所以在交流電壓下,絕緣薄弱處往往不能夠在直流電壓試驗(yàn)中檢測出。

(2)在直流電壓下,將電子注入110kV交聯(lián)聚乙烯電纜聚合物介質(zhì)內(nèi)部時(shí),尤其是電纜的半導(dǎo)體凸出的地方及絕緣雜質(zhì)地方最為顯著,該段會(huì)形成空間電荷。致使該處的電場強(qiáng)度陡然降低,難以在運(yùn)行中發(fā)生擊穿現(xiàn)象,但是這些部位在交流電壓下卻往往是最為絕緣薄弱的地方。

(3)110kV交聯(lián)聚乙烯電纜最為致命的一個(gè)缺點(diǎn)是絕緣內(nèi)極易發(fā)生水樹枝。并且隨著外施電壓的加壓時(shí)間、幅值及性質(zhì)的不同在直流電壓下,介質(zhì)內(nèi)的水樹枝將會(huì)迅速發(fā)展成為電樹枝,從而導(dǎo)致介質(zhì)絕緣性能惡化,致使其發(fā)生早期損傷,影響后期的使用效果。

(4)110kV交聯(lián)聚乙烯電纜在直流電壓下,往往會(huì)產(chǎn)生電荷記憶,即通常所說的直流電壓下產(chǎn)生的單級(jí)性殘余電荷,這些殘余電荷往往需要很長的視角才能夠徹底釋放干凈。如果在電纜投運(yùn)時(shí)使用這種直流偏壓疊加在交流電壓下,就極易發(fā)生電纜終端產(chǎn)生滑閃放電或者電纜擊穿的現(xiàn)象。

3 結(jié)語

110kV交聯(lián)聚乙烯電纜具有供電安全可靠、絕緣性能好、易于制作、安裝簡便等優(yōu)勢,在城市電網(wǎng)建設(shè)過程中的應(yīng)用使用越來越廣泛。目前供電單位對(duì)110kV交聯(lián)聚乙烯電纜的現(xiàn)場交接試驗(yàn)多存在自身的缺陷,例如在制造過程中如果產(chǎn)生氣隙未能被發(fā)現(xiàn),或在機(jī)械發(fā)生損傷,安裝工藝存在缺陷,那么這將在日后運(yùn)行過程中逐漸發(fā)展成為威脅線路設(shè)備的安全隱患。因此,本文就本文在總結(jié)現(xiàn)場測試結(jié)果和操作經(jīng)驗(yàn)后,得出相應(yīng)的結(jié)論,并且進(jìn)行了一定的探討,以便給日后的實(shí)踐操作提供相應(yīng)的借鑒。

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