110kV交聯(lián)電纜及附件的現(xiàn)場(chǎng)變頻諧振試驗(yàn)

國(guó)網(wǎng)保定供電公司 段志國(guó) 劉勝軍 郭會(huì)永 何 燕 王 敏 詹 栗

110kV交聯(lián)電纜及附件的現(xiàn)場(chǎng)變頻諧振試驗(yàn)

國(guó)網(wǎng)保定供電公司 段志國(guó) 劉勝軍 郭會(huì)永 何 燕 王 敏 詹 栗

通過(guò)變頻諧振方法成功實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)110kV交聯(lián)電纜試驗(yàn)的實(shí)例論證了變頻諧振現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的有效性。提出了變頻諧振試驗(yàn)所需電源容量的估算方法。并分析了該試驗(yàn)方法的局限性后建議重點(diǎn)發(fā)展局部放電、紅外成像等非破壞性試驗(yàn)。

變頻諧振；交聯(lián)電纜；現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

0 引言

變頻諧振試驗(yàn)作為高壓交聯(lián)電纜竣工交接試驗(yàn)已被華北地區(qū)[1]和IEC[2,3]標(biāo)準(zhǔn)列為規(guī)范的交聯(lián)電纜及附件交流耐壓試驗(yàn)。對(duì)高壓交聯(lián)電纜線路進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)變頻諧振試驗(yàn)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)交聯(lián)電纜和附件在制造、運(yùn)輸及安裝過(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題，避免投運(yùn)后發(fā)生故障，有效地保證了交聯(lián)電纜可靠投運(yùn)和安全運(yùn)行。

1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)例

公司具備了變頻諧振試驗(yàn)?zāi)芰?，?duì)新上的6條110kV交聯(lián)電纜進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓驗(yàn)收試驗(yàn)。以某線路3條110kV交聯(lián)電纜的耐壓試驗(yàn)為例介紹變頻諧振試驗(yàn)。此3條110kV交聯(lián)電纜技術(shù)參數(shù)為：型號(hào)：ZR-YJLW03；額定電壓：64/110kV；規(guī)格：1 ×630mm2鋁芯交聯(lián)電纜；單位長(zhǎng)度電容：0.188μF/km；單根交聯(lián)電纜的長(zhǎng)度：1.7km；制造廠家：青島漢河電纜有限公司。

變頻諧振試驗(yàn)接線原理圖，如圖1所示。圖1中VF的作用是將電壓幅值和頻率固定的工頻電源轉(zhuǎn)變成為電壓幅值和頻率可調(diào)的正弦波，為整套設(shè)備提供電源；T的作用是將變頻控制器輸出的單相電壓升到合適的試驗(yàn)電壓，以滿足被試品在一定品質(zhì)因數(shù)下試驗(yàn)電壓的要求；L的作用是與被試品組合發(fā)生串聯(lián)諧振，并保證諧振頻率在20Hz～300Hz范圍內(nèi)；C1和C2的作用是將被試品兩端的高電壓進(jìn)行分壓，并將較低的電壓信號(hào)反饋給變頻控制器以用于電壓測(cè)量、過(guò)電壓保護(hù)。

圖1 變頻諧振試驗(yàn)接線原理圖

注：VF—變頻控制器；T—?jiǎng)?lì)磁變壓器；L－串聯(lián)電抗器；C1、C2－電容分壓器的主電容、分壓電容；CX－被試品的電容量。

變頻諧振試驗(yàn)方法是利用串聯(lián)諧振的原理，通過(guò)變頻控制器改變?cè)囼?yàn)回路的試驗(yàn)頻率，使得回路中的串聯(lián)電抗器的電感和被試品的電容發(fā)生串聯(lián)諧振。這樣，試驗(yàn)回路中被試品所需的大部分容性電流與串聯(lián)電抗器上的感性電流相抵消，試驗(yàn)電源供給的能量?jī)H為回路中消耗的有功功率，為被試品在試驗(yàn)中所需總?cè)萘康?／Q（Q為試驗(yàn)回路的品質(zhì)因數(shù)，RLC串聯(lián)回路在諧振時(shí)串聯(lián)諧振回路的品質(zhì)因數(shù)：

其中：L為串聯(lián)回路的電感值；C為串聯(lián)回路的電容值；R為串聯(lián)回路的電阻值。

因此試驗(yàn)時(shí)所需試驗(yàn)電源的容量大大降低，試驗(yàn)電源設(shè)備的質(zhì)量大大減輕。

在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)附近有一臺(tái)配電變壓器，其主要技術(shù)參數(shù)為：型號(hào)S7－100/10；額定電壓10kV；額定容量100kVA；額定電壓比100000/400；接線組別Y/y0－12。為了確定此臺(tái)配電變壓器能否滿足試驗(yàn)時(shí)所需電源容量的要求。試驗(yàn)前，首先對(duì)試驗(yàn)時(shí)所需電源容量進(jìn)行了估算。

在試驗(yàn)電源滿足試驗(yàn)設(shè)備電壓和電流的前提下，力求試驗(yàn)頻率接近工頻50Hz，已較真實(shí)地反映被試品在運(yùn)行時(shí)的狀況。為了實(shí)現(xiàn)以上要求，經(jīng)過(guò)計(jì)算，采用三臺(tái)串聯(lián)電抗器并聯(lián)的方法。由于三臺(tái)串聯(lián)電抗器電抗的并聯(lián)值L/3遠(yuǎn)大于勵(lì)磁變壓器的漏電抗LT；110kV交聯(lián)電纜導(dǎo)體和金屬鎧裝層之間的電容量CX遠(yuǎn)大于電容分壓器的主電容C1和分壓電容C2的串聯(lián)值。故在估算諧振頻率f0時(shí)可以簡(jiǎn)化，見(jiàn)下式：

式中：L=124.8H，CX=0.188×1.7=0.320μF。

由于110kV交聯(lián)電纜導(dǎo)體和金屬鎧裝層之間的電阻值遠(yuǎn)大于其容抗值，所以流過(guò)的阻性電流可以忽略不計(jì)；110kV交聯(lián)電纜導(dǎo)體和金屬鎧裝層之間的容抗遠(yuǎn)小于電容分壓器的主電容C1容抗和分壓電容C2容抗的串聯(lián)值，所以流過(guò)電容分壓器的電流可以忽略不計(jì)。故在估算試驗(yàn)回路電流I時(shí)也可以簡(jiǎn)化，如下所示：

注：在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，要求在交聯(lián)電纜導(dǎo)體和金屬鎧裝層之間施加1.7U0（U0為交聯(lián)電纜導(dǎo)體對(duì)地或?qū)饘倨帘螌娱g的額定電壓）≈108 kV交流電壓。

勵(lì)磁變壓器所采用的變比：

故勵(lì)磁變壓器的輸入電流（即變頻控制器的輸出電流）IT為：

在綜合考慮輸入與輸出功率守恒、功率因數(shù)、效率等方面因素影響下，變頻控制器廠家給出以下?lián)Q算公式，變頻控制器的輸入電流IS為：

故試驗(yàn)時(shí)所需電源容量S的估算值為：

上面已經(jīng)提到，在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)附近的配電變壓器容量為100kVA，由此可見(jiàn)，此臺(tái)配電變壓器的容量滿足試驗(yàn)時(shí)所需電源容量，且容量有一定余度，以保持輸出電壓波形的品質(zhì)滿足變頻控制器的要求。

在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，在交聯(lián)電纜導(dǎo)體和金屬鎧裝層之間施加1.7U0（U0為交聯(lián)電纜導(dǎo)體對(duì)地或?qū)饘倨帘螌娱g的額定電壓）≈108kV交流電壓。3條110kV交聯(lián)電纜分3次試驗(yàn)，各保持1h，均通過(guò)。試驗(yàn)中，各參量的實(shí)際測(cè)量值如表1所示。

表1 3條110kV交聯(lián)電纜各參量的測(cè)量值

從表1可以看出，實(shí)際試驗(yàn)回路諧振頻率、變頻控制器的輸入電流參量值與估算值基本一致，說(shuō)明按照上述簡(jiǎn)化方法進(jìn)行估算是比較準(zhǔn)確的。

由此可見(jiàn)，對(duì)試驗(yàn)時(shí)所需電源容量通過(guò)上述估算方法進(jìn)行估算，可以幫助試驗(yàn)人員在試驗(yàn)前尋找合適的試驗(yàn)電源。

2 關(guān)于變頻諧振試驗(yàn)的進(jìn)一步探討

變頻諧振試驗(yàn)在實(shí)際使用中可有效地發(fā)現(xiàn)交聯(lián)電纜在生產(chǎn)、安裝、運(yùn)行中的缺陷[4]，但也有其局限性；①對(duì)試品絕緣有一定程度損傷；②交聯(lián)電纜本體和附件中的絕緣缺陷在高的試驗(yàn)電壓下雖未擊穿，但被加劇劣化以致在運(yùn)行電壓下發(fā)生擊穿故障；③對(duì)制造過(guò)程中帶來(lái)的微小氣隙及安裝中存在的微小缺陷無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，這些缺陷都會(huì)在日后的運(yùn)行中逐漸發(fā)展而威脅設(shè)備的安全運(yùn)行。因此，較低試驗(yàn)電壓下的絕緣診斷試驗(yàn)（如局部放電）、紅外成像及在線檢測(cè)等非破壞性試驗(yàn)應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展。

3 結(jié)束語(yǔ)

a.變頻諧振試驗(yàn)可有效地檢驗(yàn)交聯(lián)電纜和附件在制造、安裝中的質(zhì)量及在運(yùn)行中產(chǎn)生、發(fā)展的缺陷。

b.對(duì)變頻諧振試驗(yàn)時(shí)所需電源容量采用合理的方法進(jìn)行估算，可以幫助試驗(yàn)人員在試驗(yàn)前尋找合適的試驗(yàn)電源。

c.應(yīng)開展交聯(lián)電纜投運(yùn)后局部放電、紅外成像等檢測(cè)工作，將交聯(lián)電纜及附件局部放電試驗(yàn)、紅外成像等與變頻交流耐壓結(jié)合進(jìn)行，以有效地監(jiān)視交聯(lián)電纜及附件中缺陷的變化趨勢(shì)，確保電網(wǎng)的運(yùn)行安全。

[1]中國(guó)華北電力集團(tuán)公司.電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程[S].北京:中國(guó)華北電力集團(tuán)公司,2002.

[2]IEC60840.Power cable with extruded insulation and their accessories for rated voltages above 30kV (Um=36kV) up to 150kV (Um=170kV)-Test methods and requirements[J].2004.

[3]IEC62067.Power cable with extruded insulation and their accessories for rated voltages above 150kV (Um=170kV) up to 500kV (Um=550kV)-Test methods and requirements[J].2001.

[4]彭潛,陳俊武,等.XLPE電纜工頻耐壓試驗(yàn)探討[J].高電壓技術(shù),2005,31(5).