高壓電纜試驗(yàn)工藝
*節(jié) 定相試驗(yàn)
核對(duì)電纜的相序非常重要，如果接錯(cuò)相序，輕則造成馬達(dá)倒轉(zhuǎn)，重則造成相間短路，這是不允許的。
因此，必須在交接時(shí)認(rèn)真核對(duì)電纜的相序，進(jìn)行定相試驗(yàn)。
定相最常用的方法是干電池加電壓表法，如圖12-1所示。
圖12-1 電纜定相接線圖
所用的干電池電壓與直流電壓表的量程應(yīng)適當(dāng)配合，使直流電壓表的量程略大于干電池電壓即可。
直流電壓表選用盤中央為零值的雙向表，若沒有，則可使用普通萬(wàn)用表的直流電壓檔。
定相時(shí)，先認(rèn)定一端(圖1中的甲端)的相序，定出A、B、C三相，然后將干電池的正極接A端，負(fù)極接B端，而在另一端(圖1中的乙端)接電壓表，找出相對(duì)應(yīng)的兩相來（電壓表有指示的兩相為對(duì)應(yīng)相），仔細(xì)觀察電壓表的擺動(dòng)方向，如果表針正指，則表的正接線柱上所接的纜芯為A相，負(fù)接線柱上所接的纜芯為B相，則未接電壓表的一相必然為C相。
查明電纜的相位準(zhǔn)確無(wú)誤后，再將電纜各相接至所聯(lián)接的設(shè)備或線路上。
第二節(jié) 絕緣試驗(yàn)
一、絕緣電阻測(cè)量
從電纜絕緣電阻的數(shù)值可初步判斷電纜絕緣是否受潮、老化 , 并可檢查由耐壓試驗(yàn)檢出的缺陷的性質(zhì)，所以，耐壓前后均應(yīng)測(cè)量絕緣電阻。
測(cè)量時(shí)電壓為1kV及以上的電纜應(yīng)使用2500V兆歐表進(jìn)行；運(yùn)行中的電纜要充分放電，拆除一切對(duì)地連線，并用清潔干燥的布擦凈電纜頭, 逐相測(cè)量。
由于電纜電容很大，操作時(shí)兆歐表的搖動(dòng)速度要均勻。
測(cè)量完畢，應(yīng)先斷開兆歐表與電纜的連接再停止搖動(dòng)，以免電容電流對(duì)兆歐表反充電；每次測(cè)量后都要充分放電，操作應(yīng)采用絕緣工具，以防止電擊。
為了測(cè)量得準(zhǔn)確，應(yīng)在纜芯端部絕緣上或套管端都裝屏蔽環(huán)并接往兆歐表的屏蔽端子。
此外，當(dāng)電纜較長(zhǎng)充電電流較大時(shí), 兆歐表電纜一般均取 15s和 60s 的讀數(shù)R15 和 R60。
運(yùn)行中的電纜, 其絕緣電阻應(yīng)從各次試驗(yàn)數(shù)值的變化規(guī)律及相間的相互比較不綜合判斷，其相間不平衡系數(shù)一般不大于 2～2.5 。
電纜絕緣電阻的數(shù)值隨電纜的溫度和長(zhǎng)度而變化的。
為便于比較，應(yīng)換算為20℃時(shí)每千米長(zhǎng)的數(shù)值，即：Ri20 = Rit·KL
式中Ri20——電纜在20℃時(shí)的單位絕緣電阻（MΩ·km ）；
Rit——電纜長(zhǎng)度為L(zhǎng)，在t℃時(shí)的絕緣電阻（MΩ）；
L ——電纜長(zhǎng)度（km）；
K——溫度系數(shù)，見表1。
表1 電纜絕緣的溫度換算系數(shù)
溫度（℃) | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 |
K | 0.48 | 0.57 | 0.70 | 0.85 | 1.0 | 1.13 | 1.41 | 1.66 | 1.92 |
停止運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的地下電纜可以土壤溫度為準(zhǔn)，運(yùn)行不久的應(yīng)測(cè)量導(dǎo)體直流電阻后計(jì)算纜芯溫度。
良好電纜的絕緣電阻值通常很高，其最低值按制造廠規(guī)定：新的交聯(lián)聚乙烯電纜，每一纜芯對(duì)外皮的絕緣電阻(20℃時(shí)每千米的數(shù)值), 額定電壓 61kV 的應(yīng)不小于1000MΩ；額定電壓 10kV 應(yīng)不小于1200MΩ； 額定電壓 35kV 的應(yīng)不小于 3000MΩ。
對(duì)于橡塑絕緣電纜 ( 主要指交聯(lián)聚乙烯電纜 ), 除測(cè)量芯線絕緣電阻外，還要測(cè)量鋼鎧甲對(duì)地的絕緣電阻及銅屏蔽對(duì)鋼鎧甲的絕緣電阻，以確定外、內(nèi)護(hù)套有無(wú)損傷，判斷絕緣有無(wú)受潮的可能。
測(cè)量時(shí)通常用 500V 兆歐表進(jìn)行，當(dāng)絕緣電阻低于 0.5MΩ時(shí)，應(yīng)用萬(wàn)用表正、反接線分別測(cè)屏蔽層對(duì)鎧裝、鎧裝層對(duì)地的絕緣電阻，當(dāng)兩次測(cè)得的阻值相差較大時(shí)，表明外護(hù)套或內(nèi)襯層已破損受潮。
二、直流耐壓試驗(yàn)
1、直流耐壓試驗(yàn)設(shè)備
電纜直流耐壓已有成套試驗(yàn)設(shè)備可供選用。
它將各種試驗(yàn)器具、儀表組合成套，使現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用更加方便。
圖12-2是用于35kV電纜直流耐壓試驗(yàn)的接線圖，這里用了倍壓整流電路。
現(xiàn)簡(jiǎn)介如下：
1)試驗(yàn)變壓器T——試驗(yàn)變壓器又叫升壓變壓器，容量如表2所示。
2)調(diào)壓變壓器Tl——容量為1～3kVA，輸出電壓為0～250V。
3)整流器——高壓硅堆D。
常用高壓硅堆反峰電壓分別為150kV和200kV，最大整流電流為lA。
適 用 范 圍 | 容量 kVA | 變 比 |
6～10kV電纜試驗(yàn) | 1 | 200/30000～37500 |
35kV電纜試驗(yàn) | 1.5 | 200/50000～60000 |
電纜聲測(cè)試驗(yàn) | 3 | 200/30000～37500 |
由于在直流耐壓試驗(yàn)中，當(dāng)整流器截止時(shí)它自身承受的電壓是試驗(yàn)電壓的2倍．因此，直流試驗(yàn)電壓不得大于整流器額定反峰電壓的1/2。
4)泄漏電流表——微安表，用于測(cè)量電纜線路在高壓直流電壓下絕緣內(nèi)的泄漏電流值。
5)限流電阻R——一般應(yīng)用阻值為500kΩ的水電阻為限流電阻用以限制試驗(yàn)回路內(nèi)在加壓瞬間產(chǎn)生的充電電流、當(dāng)絕緣擊穿時(shí)的擊穿電流以及試驗(yàn)結(jié)束需釋放的電纜剩余電荷等，可保護(hù)試驗(yàn)設(shè)備和儀表。
6)電容器C——為了獲得倍壓整流電壓，必須在試驗(yàn)變壓器高壓側(cè)與整流器之間串聯(lián)一個(gè)電容器。
其電壓等級(jí)與被試電纜的試驗(yàn)電壓有關(guān)，其電容量與被試電纜的電容及泄漏電流有關(guān)。
2、電力油紙絕緣電纜直流試驗(yàn)電壓標(biāo)準(zhǔn)
油紙絕緣電力電纜直流試驗(yàn)電壓標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。
表3 紙絕緣電纜直流試驗(yàn)電壓標(biāo)準(zhǔn)（施加電壓/加壓時(shí)間）
額定電壓(kV) | 交接試驗(yàn)(kV/min) | 預(yù)防性試驗(yàn)(kV/min) |
6 | 36/5 | 33/5 |
10 | 50/5 | 47/5 |
35 | 140/5 | 130/5 |
110 | 254/15 | 用1000V兆歐表測(cè)護(hù)層絕緣電阻 |
220 | 510/15 |
注1：電纜故障修理和改接后試驗(yàn)。
6～35kV電纜同預(yù)防性試驗(yàn)，110～220kV電纜同交接試驗(yàn)。
注2：110～220kV電纜外護(hù)套交接試驗(yàn)電壓為直流10kV，加壓時(shí)間1min。
3、油紙絕緣電纜采用直流耐壓試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)
油紙絕緣電力電纜，除了制造廠在進(jìn)行例行試驗(yàn)時(shí)采用交流電壓外，安裝和運(yùn)行單位對(duì)電纜線路進(jìn)行交接驗(yàn)收和預(yù)防性試驗(yàn)或故障修復(fù)后試驗(yàn)，都采用直流耐壓。
因?yàn)橹绷髂蛪涸囼?yàn)具有下列優(yōu)點(diǎn)：
1）對(duì)電纜作直流耐壓時(shí)一般以半波整流獲得試驗(yàn)電壓，并應(yīng)用多倍壓整流技術(shù)故可用體積容量都較小的試驗(yàn)設(shè)備(試驗(yàn)變壓器和整流設(shè)備)，獲得對(duì)較長(zhǎng)電纜線路進(jìn)行直流高壓的試驗(yàn)電壓。
就是說，直流試驗(yàn)設(shè)備攜帶輕便，適合現(xiàn)場(chǎng)使用。
2）交流耐壓試驗(yàn)時(shí)有可能引起絕緣空隙中產(chǎn)生游離放電，而導(dǎo)致絕緣的*性損壞，采用直流耐壓則避免了這樣情況發(fā)生。
3）直流耐壓試驗(yàn)時(shí)，可以同時(shí)測(cè)量泄漏電流根據(jù)泄漏電流的數(shù)值及其隨時(shí)間的變化，或泄漏電流和試驗(yàn)電壓的關(guān)系可判斷電纜的絕緣狀況。
4）電纜直流耐壓試驗(yàn)，按規(guī)程規(guī)定采用負(fù)極性接線．即將導(dǎo)體接負(fù)極。
這種接法的好處是，如果紙絕緣已經(jīng)受潮，由于水帶正電，在直流電壓下，有明顯電滲現(xiàn)象，會(huì)使水分于從表層移向?qū)w(負(fù)極)，從而使泄漏電流增大，甚至形成貫穿性通道這樣就有利于暴露紙絕緣中已經(jīng)局部受潮的缺陷。
5）直流耐壓試驗(yàn)加壓時(shí)間可較短，如規(guī)程規(guī)定6～35kV電纜交接和預(yù)防性試驗(yàn)每相加壓時(shí)間為5min這是因?yàn)橹绷鲹舸╇妷号c加壓時(shí)間關(guān)系不大，如有缺陷，一般在直流電壓下幾分鐘內(nèi)就可被發(fā)現(xiàn)，無(wú)需長(zhǎng)時(shí)間加壓。
4、泄漏電流試驗(yàn)
電壓為 35kV 及以上的電纜，由于試驗(yàn)電壓高，通過試品表面及周圍空間的泄漏電流相當(dāng)大， 所以兩端的終端頭均應(yīng)屏蔽，如圖12-3所示。
電源端采取屏蔽將表面和空間的雜散泄漏電流排除，另一端的雜散泄漏電流 I2 流經(jīng)微安表μA2 。
于是，試品的泄漏電流 IX可由微安表 μA1 的讀數(shù) I1 減去 I2而得IX =I1-I2
在直流耐壓試驗(yàn)時(shí)測(cè)泄漏電流，實(shí)際上和用兆歐表測(cè)電纜絕緣電阻兩者道理是*相同的。
但由于直流耐壓時(shí)施加電壓和使用的儀表準(zhǔn)確度，都高于兆歐表，而且可在加壓過程中觀察泄漏電流的變化，所以泄漏電流試驗(yàn)比測(cè)量絕緣電阻更能有效地發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷。
電纜在直流電壓下，流過絕緣內(nèi)部的電流是由電容電流、吸收電流和傳導(dǎo)電流的疊加。
流過絕緣的泄漏電流隨時(shí)間而變化。
它同電纜絕緣的品質(zhì)、所含雜質(zhì)、氣泡、水分等含量有關(guān)。
可以分這樣三種情況：
1)絕緣完好的電纜，隨著加壓時(shí)間延長(zhǎng)，泄漏電流減少，井趨于一個(gè)穩(wěn)定數(shù)值。
2)絕緣較差的電纜，泄漏電流很快趨向穩(wěn)定值，而且穩(wěn)定后的數(shù)值與初始值很接近。
3)絕緣存在嚴(yán)重缺陷耐，泄漏電流不隨時(shí)間增長(zhǎng)而下降，反而出現(xiàn)上升趨勢(shì)。
如果延長(zhǎng)加壓時(shí)間或提高直流電壓。
泄漏電流增加的趨勢(shì)可能繼續(xù)發(fā)展直到絕緣擊穿。
為使所測(cè)得的泄漏電流反映電纜絕緣的真實(shí)狀況，應(yīng)采取措施消除外來因素對(duì)泄漏電流的影響。
如果測(cè)得的泄漏電流數(shù)值不穩(wěn)定，泄漏電流隨時(shí)間延長(zhǎng)而上升，或隨試驗(yàn)電壓增加而急劇上升，必須查明原因。
一般把電纜直流耐壓后和耐壓前所測(cè)泄漏電流的比值稱為吸收比。
所謂耐壓前泄漏電流是指在直流耐壓試驗(yàn)加到規(guī)定電壓后lmin時(shí)的泄漏電流I1，耐壓后泄漏電流是耐壓持續(xù)到4min(對(duì)于6～35kV電纜)繞包機(jī)或14min(對(duì)于110～220kV電纜)時(shí)的泄漏電流I2。
規(guī)程規(guī)定，電纜泄漏試驗(yàn)的合格標(biāo)準(zhǔn)是吸收比I2/I1≤l。
5、橡塑電纜的直流耐壓試驗(yàn)
1）XLPE電纜的直流耐壓試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
在我國(guó)直流電壓目前仍然是XLPE電纜進(jìn)行耐壓試驗(yàn)的主要電源。
試驗(yàn)電壓一般為≤3U。
，現(xiàn)行試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)如表4所示。
表4 XLPE電纜直流試驗(yàn)電壓標(biāo)準(zhǔn)（施加電壓/加壓時(shí)間）
額定電壓(kV) | 交接試驗(yàn)(kV/min) | 預(yù)防性試驗(yàn)(kV/min) |
10 | 25/5 | 25/5 |
35 | 78/5 | 用500V兆歐表測(cè)絕緣電阻 |
110 | 192/15 | 用1000V兆歐表測(cè)護(hù)層絕緣電阻 |
220 | 工頻交流 |
注：在IEC標(biāo)準(zhǔn)中，額定電壓150kV以上XLPE電纜及附件安裝后的電氣試驗(yàn)，明確規(guī)定采用交流電壓試驗(yàn)，即施加電力系統(tǒng)相間電壓U(√3U0)，經(jīng)lh。
或施加正常運(yùn)行電壓Uo，經(jīng)24h試驗(yàn)，不推薦采用直流電壓試驗(yàn)。
2）橡塑電纜采用直流耐壓試驗(yàn)存在的問題
我國(guó)使用高壓 (110～220kV) XLPE電纜始于1984年。
隨著城市電網(wǎng)建設(shè)和改造的發(fā)展，從1985年以后，廣州、上海、北京等大城市相繼從國(guó)外進(jìn)口高壓XLPE電纜及附件。
正是從這個(gè)時(shí)候開始，一些國(guó)家通過對(duì)高壓XLPE電纜采用直流耐壓試驗(yàn)的結(jié)果和電纜運(yùn)行情況進(jìn)行了研究分析，得出了一個(gè)共同的結(jié)論，即高壓XLPE電纜不宜采用直流耐壓試驗(yàn)，認(rèn)為XLPE電纜在進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)時(shí)，主要存在以下三方面的問題：
a、XLPE電纜絕緣層在直流和交流電壓下，內(nèi)部電場(chǎng)分布情況*不同。
在直流電壓下，電場(chǎng)按絕緣電阻系數(shù)呈正比例分配，而XLPE絕緣材料存在電阻系數(shù)的不均勻性，因而導(dǎo)致在直流電壓下電場(chǎng)分布的不均勻性。
在交流電壓下，電場(chǎng)按介電系數(shù)呈反比例分配，XLPE為整體絕緣結(jié)構(gòu)，其介電系數(shù)為2.1～2.3，且一般不受溫度變化的影響。
因此，在交流電場(chǎng)下，XLPE絕緣內(nèi)部電場(chǎng)分布是比較穩(wěn)定的。
這樣，往往造成在交流工作電壓下有缺陷的部位在直流試驗(yàn)時(shí)不易擊穿，反過來，在直流試驗(yàn)時(shí)被擊穿部位，在交流工作電壓下卻不會(huì)產(chǎn)生問題。
b、XLPE絕緣內(nèi)部如果有了水樹枝，在交流工作電壓下，水樹枝的發(fā)展是很緩慢的。
而在直流耐壓試驗(yàn)時(shí)，會(huì)加速水樹枝的發(fā)展，甚至轉(zhuǎn)變?yōu)殡姌渲Α?br>即直流試驗(yàn)會(huì)導(dǎo)致XLPE絕緣產(chǎn)生積累效應(yīng)，加速絕緣老化，縮短使用壽命。
c、直流耐壓試驗(yàn)過程中，在XLPE電纜及附件絕緣內(nèi)，會(huì)形成空間電荷，空間電荷的不斷形成可使電纜在交流工作電壓下導(dǎo)致?lián)舸?，或在附件界面因積累電荷而沿界面滑閃。
綜上所敘，直流試驗(yàn)電壓不能有效發(fā)現(xiàn)XLPE電纜的絕緣缺陷。
而且，直流試驗(yàn)電壓可能造成XLPE電纜絕緣的損傷，以至在試驗(yàn)后重新投入運(yùn)行時(shí)，在交流工作電壓下提早發(fā)生絕緣擊穿事故。
因此，對(duì)于XLPE電纜有必要采用除直流試驗(yàn)之外的其它試驗(yàn)方法。
三、橡塑電纜交流耐壓試驗(yàn)
1、超低頻
直流試驗(yàn)不能有效檢驗(yàn)出XLPE電纜線路的缺陷，并且注入了空間電荷又會(huì)影響其絕緣性能。
而采用交流電壓試驗(yàn)，需要高電壓大容量的試驗(yàn)設(shè)備。
于是可以選用超低頻(0.1Hz)電壓試驗(yàn)。
從50Hz改到0.1Hz理論上可以把試驗(yàn)設(shè)備容量降低到l／500。
這樣，0.1Hz的試驗(yàn)設(shè)備就可以與直流試驗(yàn)設(shè)備一樣做到容量小、重量輕，適合于現(xiàn)場(chǎng)使用。
目前上開發(fā)的0.1Hz試驗(yàn)設(shè)備，電壓均低于100kV，只適用于中壓(6～85kV)XLPE電纜線路。
一般推薦的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是3U0/lh。
一些單位應(yīng)用實(shí)踐表明，0.1Hz電壓試驗(yàn)?zāi)苡行д页鯴LPE電纜線路的缺陷，不會(huì)給良好絕緣帶來?yè)p傷。
而且應(yīng)用0.1Hz試驗(yàn)設(shè)備可對(duì)XLPE電纜進(jìn)行介損測(cè)量，根據(jù)歷年來對(duì)同一條電纜所測(cè)介損數(shù)據(jù)，可對(duì)XLPE絕緣的老化程度進(jìn)行分析、判斷。
2、串聯(lián)諧振電源裝置
目前開發(fā)的20～300Hz調(diào)頻諧振電源裝置，利用電抗器作為電纜對(duì)地電容補(bǔ)償，在頻率可調(diào)的條件下，根據(jù)f=2π√LC使試驗(yàn)頻率接近或達(dá)到諧振點(diǎn)，以減小試驗(yàn)變壓器的輸出功率。
試驗(yàn)證明：20～300Hz電壓試驗(yàn)?zāi)苡行Оl(fā)現(xiàn)XLPE電纜線路的缺陷。
