摘要：分析了高電壓直流耐壓試驗(yàn)可有效發(fā)現(xiàn)紙絕緣電纜缺陷， 但在發(fā)現(xiàn)交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜缺陷方面有局限性。介紹了通過分析直流耐壓試驗(yàn)、泄漏電流來判斷電力電纜主絕緣缺陷的方法。

    關(guān)鍵詞： 直流耐壓試驗(yàn)  絕緣缺陷  交聯(lián)聚乙烯

    0 引言

    泄漏電流電力電纜作為一種輸電設(shè)備，不但具有占地少、供電可靠性高、運(yùn)行和維護(hù)簡便、可保密等優(yōu)點(diǎn)，而且有利于提高電力系統(tǒng)功率因數(shù)，有利于美化城市。在城市配網(wǎng)及城網(wǎng)改造和新興的現(xiàn)代化企業(yè)中的作用正日益突出，由于進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)的方法種類較多，接線方式各異，試驗(yàn)結(jié)果差別很大。隨著交聯(lián)電纜的廣泛使用，對(duì)油浸紙絕緣電纜和交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜都采用直流耐壓試驗(yàn)是否合適，如何正確判斷電纜的試驗(yàn)結(jié)果，能否投入運(yùn)行，這些都是我們?cè)诠ぷ髦杏龅降膶?shí)質(zhì)性問題，需要我們正確地判斷并得出正確的結(jié)論，為電纜的安全運(yùn)行提供可靠的依據(jù)。

    1　直流耐壓試驗(yàn)對(duì)發(fā)現(xiàn)紙絕緣電纜缺陷的有效性

    直流耐壓試驗(yàn)可判斷紙絕緣電纜的好壞，并可獲取其內(nèi)部缺陷的可靠數(shù)據(jù)。避免交流高電壓對(duì)紙絕緣的永久性破壞作用。在直流電壓的作用下，電纜絕緣中的電壓按絕緣電阻分布，當(dāng)電纜絕緣存在發(fā)展性局部缺陷時(shí)，直流電壓將大部分加在與缺陷串聯(lián)的未損壞的部分上，所以直流耐壓試驗(yàn)比交流耐壓試驗(yàn)更容易發(fā)現(xiàn)電纜的局部缺陷。電纜直流耐壓試驗(yàn)時(shí)，電纜導(dǎo)體接負(fù)極。這時(shí)電纜絕緣中有水分存在，將會(huì)因電滲透作用使水分子從表層移向?qū)w，發(fā)展成為貫穿性擊穿缺陷，易于在試驗(yàn)電壓下?lián)舸蚨欣诎l(fā)現(xiàn)電纜絕緣缺陷。在直流電壓下，絕緣介質(zhì)中的電壓按電阻系數(shù)分布，當(dāng)介質(zhì)有缺陷時(shí)，電壓主要由與缺陷部分串聯(lián)的未損介質(zhì)的電阻承受，使缺陷更容易暴露。電纜紙絕緣在直流電壓下的擊穿強(qiáng)度約為交流電壓下的2倍以上，所以可施加更高的直流電壓對(duì)絕緣介質(zhì)進(jìn)行耐壓強(qiáng)度的考驗(yàn)。在許多情況下，用遙表測量電纜的絕緣良好，而電纜的絕緣在直流耐壓試驗(yàn)中被擊穿。因此，直流耐壓試驗(yàn)是檢驗(yàn)電纜耐壓強(qiáng)度、發(fā)現(xiàn)紙絕緣介質(zhì)受潮、機(jī)械損傷等局部缺陷的有效手段。

    2　直流耐壓試驗(yàn)對(duì)交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的局限性

    交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜電性能優(yōu)良、制造工藝簡單、安裝方便，被廣泛采用，已成為紙絕緣電纜的替代品。按高壓試驗(yàn)的通用原則，被試品上所施加的試驗(yàn)電壓場強(qiáng)應(yīng)模擬高壓電器的運(yùn)行狀況。這對(duì)檢驗(yàn)交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜效果不明顯，而且還可能產(chǎn)生負(fù)作用，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

    2.1 交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜在交、直流電壓下的電場分布不同。交聯(lián)聚乙烯絕緣層是采用聚乙烯經(jīng)化學(xué)交聯(lián)而成，屬整體型絕緣結(jié)構(gòu)，其介電常數(shù)小于2.3，受溫度變化的影響較小。在交流電壓下，交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣層內(nèi)的電場分布是由介電常數(shù)決定的，即電場強(qiáng)度是按介電常數(shù)反比例分配的，這種分布比較穩(wěn)定。在直流電壓作用下，其絕緣層中的電場強(qiáng)度是按絕緣電阻系數(shù)正比例分配的，而絕緣電阻系數(shù)分布是不均勻的。這是因?yàn)榻宦?lián)聚乙烯電纜在交聯(lián)過程中不可避免地溶入一定量的副產(chǎn)品，它們具有相對(duì)小的絕緣電阻系數(shù)，但在絕緣層徑向分布是不均勻的，所以在直流電壓下交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣層中的電場分布不同于理想的圓柱體絕緣結(jié)構(gòu)，與材料的不均勻性有關(guān)。

    2.2 交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜在直流電壓下會(huì)積累單極性電荷，釋放由直流耐壓試驗(yàn)引起的單極性空間電荷需要很長時(shí)間。電纜如果在直流殘余電荷未完全釋放之前投入運(yùn)行，直流電壓便會(huì)疊加在工頻電壓峰值上，電纜上的電壓值將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其額定電壓。這會(huì)導(dǎo)致電纜絕緣老化加速，使用壽命縮短，嚴(yán)重的會(huì)發(fā)生絕緣擊穿。

    2.3 交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的半導(dǎo)體凸出處和污穢點(diǎn)等處容易產(chǎn)生空間電荷，但如果在試驗(yàn)時(shí)電纜終端接頭發(fā)生表面閃絡(luò)或電纜附件擊穿，會(huì)造成電纜芯線中產(chǎn)生波振蕩，危害其他正常的電纜和接頭的絕緣。交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜一個(gè)致命弱點(diǎn)是絕緣內(nèi)容易產(chǎn)生水樹枝，在直流電壓下，水樹枝會(huì)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)殡姌渲Γ⑿纬煞烹姡铀倭私^緣水劣化，以致于在運(yùn)行工頻電壓作用下形成擊穿。

2.4 直流耐壓試驗(yàn)不能有效發(fā)現(xiàn)交流電壓作用下電纜的某些缺陷。如在電纜附件內(nèi)，在交流電壓下，絕緣機(jī)械損傷等缺陷處最易發(fā)生擊穿，在直流電壓下則不會(huì)。直流耐壓試驗(yàn)?zāi)M高壓交聯(lián)電纜的運(yùn)行狀況，其試驗(yàn)效果差，并且有一定的危害性。

    3　交流耐壓試驗(yàn)

    直流耐壓試驗(yàn)?zāi)M交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的運(yùn)行場強(qiáng)狀態(tài)不能達(dá)到所期望的試驗(yàn)效果，可以考慮用交流耐壓試驗(yàn)來檢測電纜敷設(shè)和附件的安裝質(zhì)量。

    3.1　0.1Hz超低頻電壓 根據(jù)試驗(yàn)容量(試驗(yàn)容量公式S=wCUs2=2∏fUs2 kVA，式中的C為被試電纜電容量；Us為試驗(yàn)電壓；f為工頻頻率)，0.1Hz交流電壓與50Hz電壓相比，前者需要的功率相當(dāng)于后者的1/500。因此，原來為大型旋轉(zhuǎn)式電機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)而開發(fā)的超低頻電壓設(shè)備可為塑料絕緣電纜直流電壓試驗(yàn)所用。在基礎(chǔ)調(diào)查研究中，首先針對(duì)各種模擬配置求出在0.1Hz和50Hz時(shí)試驗(yàn)電壓(U0的2倍)等值的對(duì)絕緣施加的電壓負(fù)荷。在經(jīng)電纜現(xiàn)場試驗(yàn)試用后，開始考慮在現(xiàn)行的關(guān)于中壓電纜的VDE標(biāo)準(zhǔn)中采納超低頻技術(shù)。

0.1Hz的推薦試驗(yàn)電平為3U0。與用50Hz的試驗(yàn)相比，引發(fā)在薄弱點(diǎn)上的擊穿明顯變快。60min的試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間是必要的，以便在試驗(yàn)中使可能存在的薄弱點(diǎn)發(fā)生擊穿。由此可見，超低頻試驗(yàn)設(shè)備是可行有效的。

    3.2 振蕩電壓脈沖 振蕩電壓脈沖源于國際大電網(wǎng)21－09/2工作組的推薦標(biāo)準(zhǔn)，該組在20世紀(jì)80年代進(jìn)行可替代塑料絕緣高壓電纜設(shè)施直流電壓試驗(yàn)選擇方案的調(diào)查研究。按照有無極性變換的電路變形，這種電壓波形因其隨時(shí)間的變化避免了空間電荷效應(yīng)。此外，采用這種電壓波形，在現(xiàn)場可用相對(duì)比較簡單的方法產(chǎn)生很高的試驗(yàn)電平。與低頻方法不同，它適用于高壓電纜設(shè)施。目前，這些試驗(yàn)方法在我國還沒有普及，無論硬件還是軟件，尚處于研究階段。為了掌握電纜各部分的絕緣狀況并減少對(duì)交聯(lián)聚乙烯電力電纜的直流耐壓試驗(yàn)，可按照《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》中電力電纜線路的橡塑絕緣電力電纜試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行：

①測量電纜主絕緣電阻；

②電纜外護(hù)套絕緣電阻；

③電纜內(nèi)襯層絕緣電阻；

④銅屏蔽電阻和導(dǎo)體電阻比；

⑤電纜主絕緣直流耐壓試驗(yàn)。

為了交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜做以上測量，必須改變電纜附件安裝工藝中金屬層的接地方法。終端的鎧裝層和銅屏蔽層應(yīng)分別用帶絕緣的絞合導(dǎo)線單獨(dú)接地，銅屏蔽層接地線的截面不得小于25mm2，鎧裝層接地線截面不應(yīng)小于10mm2。中間頭內(nèi)銅屏蔽層的接地線不得和鎧裝層連在一起，接頭兩側(cè)的鎧裝層必須用另一根接地線相連，而且還必須與銅屏蔽層絕緣。連接鎧裝層的地線外部必須有外護(hù)套，而且具有與電纜外護(hù)套相同的絕緣和密封性能。主絕緣交流耐壓試驗(yàn)的電壓波形應(yīng)為正弦波形，頻率應(yīng)為20～300Hz。

當(dāng)電抗器固定時(shí)，諧振頻率的平方與電容量成反比，其表達(dá)式為：W2C＝1/L。即當(dāng)電源頻率變化n倍時(shí)，試品的電容量變化n2倍；選用頻率為45～65Hz段，頻率可以變化1.44倍，在電抗器個(gè)數(shù)或者電感量不變時(shí)，試品電容量最大可以變化2.07倍；選用頻率為20～300Hz段，頻率可以變化十幾倍，在電抗器個(gè)數(shù)或者電感量不變時(shí)，試品電容量最大可以變化100倍。試驗(yàn)電壓按照中國南方電網(wǎng)公司《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》修編說明的規(guī)定，試驗(yàn)時(shí)間為1h；或者試驗(yàn)電壓采用電纜U0值，試驗(yàn)時(shí)間為24h，兩者任選一種。

（注：對(duì)于曾經(jīng)運(yùn)行過的電纜或其附件設(shè)備，在重新安裝、部分更新或重新制作后，可采用較低的試驗(yàn)電壓或縮短試驗(yàn)時(shí)間。試驗(yàn)電壓值應(yīng)經(jīng)協(xié)商確定，此時(shí)考慮電纜運(yùn)行年數(shù)、環(huán)境條件、過去擊穿歷史以及此次試驗(yàn)?zāi)康牡纫蛩亍＃?/p>

    4 試驗(yàn)結(jié)果的分析與判斷

一般可認(rèn)為通過直流耐壓試驗(yàn)而未被擊穿的電纜的絕緣是合格的，該電纜可以投入系統(tǒng)運(yùn)行。但并不是說，通過直流耐壓試驗(yàn)的電纜質(zhì)量就是好的。具有優(yōu)良質(zhì)量的電纜線路應(yīng)在合理運(yùn)用及無外力損傷的情況下安全運(yùn)行數(shù)十年無事故。判斷電力電纜線路絕緣優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn):

①電纜經(jīng)直流耐壓試驗(yàn)后絕緣擊穿者，不能投入系統(tǒng)運(yùn)行，應(yīng)立即測尋故障點(diǎn)并進(jìn)行搶修。

②泄漏電流隨試驗(yàn)電壓的增高而急劇上升者，或者電纜在試驗(yàn)電壓穩(wěn)定后泄漏電流急劇上升，不能投入系統(tǒng)運(yùn)行，應(yīng)人為提高試驗(yàn)電壓將電纜擊穿，然后測尋故障點(diǎn)并進(jìn)行搶修。

③若泄漏電流值很不穩(wěn)定(排除電源電