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[中高壓力纜] 10 kV交聯(lián)電力電纜試驗方法分析
P:2007-08-21 09:31:36
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10 kV交聯(lián)電力電纜試驗方法分析
1.1 直流耐壓試驗對發(fā)現(xiàn)電纜絕緣缺陷的有效性
直流耐壓試驗的目的在于檢驗電纜的耐壓強度。它對發(fā)現(xiàn)絕緣介質(zhì)中的氣泡、機械損傷等局部缺陷比較有利。因為在直流電壓下，絕緣介質(zhì)中的電位將按電阻分布，所以當(dāng)介質(zhì)有缺陷時，電壓主要被與缺陷部分串聯(lián)的未損壞介質(zhì)的電阻承受，較有利于發(fā)現(xiàn)介質(zhì)缺陷。電纜絕緣在直流電壓下的擊穿強度約為交流電壓下的兩倍，所以可以施加更高的直流電壓對絕緣介質(zhì)進行耐壓強度的考驗。很多情況下，我們用兆歐表檢測電纜絕緣良好，而在直流耐壓試驗中發(fā)生絕緣擊穿，可見直流耐壓是檢測高壓電纜絕緣缺陷的有效手段。
1.2 直流耐壓試驗對交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的局限性
直流耐壓試驗對發(fā)現(xiàn)多數(shù)電纜絕緣缺陷十分有效，但對交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜則未必，甚至可能產(chǎn)生副作用。
(1)交聯(lián)聚乙烯絕緣在交流電壓下的電場分布不同于施加直流電壓時的電場分布。交聯(lián)聚乙烯絕緣材料是聚乙烯塑料經(jīng)交聯(lián)工藝而生成的，屬整體型絕緣材料，其介電常數(shù)為2.1～2.3，且一般不受溫度變化的影響。在交流電壓下，交聯(lián)聚乙烯絕緣層內(nèi)的電場分布是由介電常數(shù)決定的，即電場強度是按照介電常數(shù)的反比例分配的，這種分布比較穩(wěn)定。在直流電壓下，絕緣層中的電場強度是按照絕緣電阻率的正比例分配的，且絕緣電阻率分布是不均勻的(在交聯(lián)聚乙烯塑料生產(chǎn)過程中，因工藝原因不可避免地在主料中有雜質(zhì)存在，如甲烷聚乙醇，它們具有相對較小的絕緣電阻率，且沿絕緣層徑向分布是不均勻的)，所以交聯(lián)聚乙烯絕緣層中的電場分布不同于理想絕緣結(jié)構(gòu)而與材料的不均勻性有關(guān)。
絕緣層的絕緣電阻率ρ受溫度和場強影響較大，可用式（1）描述：
ρ = （ρ0?e-αθ）/（E?γ）
式中：ρ0 ――絕緣層在0℃時的絕緣電阻率；
α ――溫度系數(shù)，取0.15/℃；
θ ――溫度
E ――工作或?qū)嶒炿妶鰪姸龋?br>γ ――系數(shù)，取2.1～2.4。
由于在絕緣層中，交、直流電壓下電場分布的不同，導(dǎo)致了擊穿特征的不一致。
(2)直流耐壓試驗不僅不能有效地發(fā)現(xiàn)交聯(lián)聚乙烯絕緣中的水樹枝等絕緣缺陷，而且由于空間電荷的作用，還容易造成高壓電纜在交流電壓作用下某些不應(yīng)發(fā)生問題的地方投運不久就發(fā)生擊穿。此外，電纜的某些部分，如電纜頭，在交流情況下，存在某些缺陷，在直流耐壓試驗時卻不會擊穿。
(3)現(xiàn)場進行直流耐壓試驗，如果發(fā)生閃絡(luò)或擊穿可能會對其他正常的電纜和接頭的絕緣造成危害。
(4)直流耐壓試驗會在交聯(lián)聚乙烯材料中產(chǎn)生累積效應(yīng)，將加速絕緣老化，縮短使用壽命。
1.3 預(yù)防性試驗的利與弊
過去我國參照前蘇聯(lián)的做法，常將運行中的電纜按計劃停運，加人五六倍電壓試驗，如電纜受潮、外層損壞自然可以出現(xiàn)擊穿，然后測故障點、修復(fù)，再用五六倍電壓施加5～10 min，正常后投入運行。如仍擊穿或泄漏電流不正常，再進行一次測故障點、修復(fù)，直至電纜完全正常。這種過程有很多不利因素，首先電纜耐壓擊穿后停電時間達3～5天，甚至更長，對一個企業(yè)或單位來說，損失有時是無法估量的，尤其是一些單電源用戶；其次預(yù)防性試驗往往集中在春季，要在很短的時間對所管轄的電纜進行試驗，不僅勞動強度大，而且難以對每條電纜都進行仔細分析；另外，大規(guī)模采用交聯(lián)聚乙烯電纜和不滴流紙絕緣電纜，長期用五、六倍電壓做預(yù)防性耐壓試驗也不盡合理，經(jīng)常發(fā)生這樣的情況：一些老電纜，一經(jīng)試驗肯定擊穿，不做試驗反而能運行很長時間。所以隨著科技進步，應(yīng)開展在線監(jiān)測取代年復(fù)一年的預(yù)防性試驗。
1.4 以泄漏電流為依據(jù)判斷電纜絕緣優(yōu)劣的方法
電纜泄漏電流的測量與直流耐壓試驗在發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷的原理上是有區(qū)別的。一般來說，直流耐壓試驗對于暴露介質(zhì)中的氣泡和機械損傷等局部缺陷等比較靈敏，而泄漏電流能夠反映介質(zhì)整體受潮與整體劣化情況。兩者在試驗中又密不可分，泄漏電流實際上是在直流耐壓試驗中測得的。測量泄漏電流的微安表在實驗回路中位置不同，實驗的高壓引線是否采用屏蔽線等因素都會影響泄漏電流的數(shù)值，所以在測量泄漏電流的過程中，判據(jù)不是電流的具體數(shù)值而是泄漏電流的變化趨勢。依據(jù)泄漏電流判斷絕緣狀況時，應(yīng)注意以下幾點：
(1)電壓升高的每一階段都必須注意觀察電流隨日引司變化的趨勢。一條絕緣良好的電纜，在電壓上升的每一階段，電容電流和吸收電流先疊加在泄漏電流上，表觀電流一定是劇增，后隨時間下降，電壓穩(wěn)定1min后的穩(wěn)態(tài)電流值只及電壓初上升時的10%～20%，這就是泄漏電流。如電纜整體受潮，則電流在電壓上升的每一階段幾乎不隨時間下降，嚴(yán)重時反而上升，這種電纜不能輕易投運。
(2)泄漏電流值隨時間的延長有上升現(xiàn)象是絕緣缺陷發(fā)展的跡象。良好的絕緣在試驗電壓下的穩(wěn)態(tài)泄漏電流值隨著時間的延長應(yīng)保持不變，有的略有下降。
2 規(guī)定的交聯(lián)電力電纜的預(yù)防性試驗
2.1 預(yù)防性試驗項目
(1)測量電纜外護套絕緣電阻值和內(nèi)襯層絕緣電阻值。
(2)測量鋼鎧對地的絕緣電阻值，檢查直埋電纜的外護套有無損傷。
(3)測量銅屏蔽層對鋼鎧的絕緣電阻值，檢查內(nèi)襯層有無損傷。
(4)采用500 V兆歐表測量外護套和內(nèi)襯層絕緣電阻值。當(dāng)絕緣電阻很低時，應(yīng)用萬用表的“正”、“負”表筆交換測量鎧裝層對地或鎧裝層對銅屏蔽層的絕緣電阻值。若兩次測得的絕緣電阻值相差較大時，就可判明外護套和內(nèi)襯層已經(jīng)破損進水。
(5)使用2 500 V或5 000 V兆歐表，測量電纜的絕緣電阻值。
(6)使用萬用表測量銅屏蔽的連續(xù)性。
2.2 預(yù)防性試驗周期
(1)對于受電電纜及2 000 kW以上機組電纜，試驗周期一般為1年。
(2)對其他配出開路電纜，試驗周期為3年。若電纜運行10年以上，試驗周期為1年。
2.3 預(yù)防性試驗標(biāo)準(zhǔn)
(1)用500 V兆歐表測量電纜外護套的絕緣電值不低于1MΩ/km。
(2)用500 V兆歐表測量電纜內(nèi)襯層絕緣電阻值不低于0.5 MΩ/km。
(3)用2 500 V或5 000 V兆歐表測量電纜主絕緣電阻值不低于1000 MΩ/km。
3 交聯(lián)電力電纜的鑒定性試驗
交聯(lián)電纜鑒定性試驗是指新制作終端頭或中間頭、處理電纜護層或銅屏蔽后的主絕緣電阻值低于規(guī)定值時，需對電纜作直流耐壓試驗和0.1 Hz超低頻交流耐壓試驗。鑒定性試驗項目及標(biāo)準(zhǔn)見表1、表2。
表 1 直流耐壓鑒定性試驗項目及標(biāo)準(zhǔn)
試驗項目/試驗標(biāo)準(zhǔn)/試驗周期:
1.線芯對地的泄漏電流/耐壓5min的泄漏電流不應(yīng)大于耐壓1 min的泄漏電流/檢修后
2.線芯對地的5min直流耐壓不擊穿/3～6 kV的為4UN,10kV的為3UN,35～110 kV的為2UN/預(yù)防性試驗不合格
表2 0.1 Hz交流耐壓鑒定性試驗項目及標(biāo)準(zhǔn)
試驗項目/試驗標(biāo)準(zhǔn)/試驗周期
1.線芯對地的泄漏電流/耐壓后不上升，與上次試驗比較無明顯上升/檢修后
2.線芯對地的5min直流耐壓不擊穿/2.5 UN/預(yù)防性試驗不合格
4 10 KV交聯(lián)電力電纜故障的預(yù)防
4.1 設(shè)計選型適當(dāng)留有裕度
現(xiàn)場運行經(jīng)驗表明，對連續(xù)生產(chǎn)的重要負荷電纜，在設(shè)計選型時宜適當(dāng)留有裕度。這樣做雖然投
資稍大一點，但最終可以減少電纜故障，延長電纜壽命，經(jīng)濟上還是合算的。
4.2 敷設(shè)方式要因地制宜
對不同的地區(qū)應(yīng)采用不同的敷設(shè)方式。例如，在地下水位較高的地區(qū)及多雨地區(qū)，不宜采用直埋方式。電纜數(shù)量比較集中的地區(qū)應(yīng)用電纜隧道或電纜井。對距變電所較遠的個別用戶可采用架空或防水型電纜。在南方電纜隧道內(nèi)黃梅季節(jié)容易結(jié)露，應(yīng)采用合適的通風(fēng)措施。電纜隧道的各電纜人口處應(yīng)有封堵措施，避免下雨時雨水沿電纜流人隧道內(nèi)。隧道內(nèi)應(yīng)設(shè)有罰F水設(shè)施。電纜溝的電纜應(yīng)有防止雨水侵入致使電纜泡在水中的措施，必要時應(yīng)加裝排水泵。
4.3 選擇質(zhì)量好的電纜
電纜質(zhì)量的好壞對防止水樹枝劣化至關(guān)重要。電纜的質(zhì)量問題主要是由生產(chǎn)設(shè)備不良、材料選用不當(dāng)、工藝落后、質(zhì)量管理和生產(chǎn)管理不善等原因造成的。所以，在選擇電纜時應(yīng)對電纜的生產(chǎn)工藝、管理等有一定了解，以便能買到質(zhì)量好的電纜，為減少故障奠定基礎(chǔ)。
4.4 把好施工質(zhì)量關(guān)
即使電纜質(zhì)量很高，但如果施工質(zhì)量不高，也會造成隱患。為此必須把好施工質(zhì)量關(guān)，其基本途徑如下：
(1)重視熱縮接頭施工質(zhì)量。熱縮接頭施工質(zhì)量的好壞，關(guān)鍵在于密封。電纜線芯壓接前后，應(yīng)充分地打磨和沖洗，以消除棱角和尖端。另外，還必須做好應(yīng)力處理和清潔工作，盡量縮短接頭的制作時間。
(2)盡量避免外護套破損。在交聯(lián)聚乙烯電纜施工中經(jīng)常發(fā)生由于機械外力、制造過失等原因使其外護套破損，影響電纜的使用壽命和正常運行，所以必須加強管理、精心施工。
1.1 直流耐壓試驗對發(fā)現(xiàn)電纜絕緣缺陷的有效性
直流耐壓試驗的目的在于檢驗電纜的耐壓強度。它對發(fā)現(xiàn)絕緣介質(zhì)中的氣泡、機械損傷等局部缺陷比較有利。因為在直流電壓下，絕緣介質(zhì)中的電位將按電阻分布，所以當(dāng)介質(zhì)有缺陷時，電壓主要被與缺陷部分串聯(lián)的未損壞介質(zhì)的電阻承受，較有利于發(fā)現(xiàn)介質(zhì)缺陷。電纜絕緣在直流電壓下的擊穿強度約為交流電壓下的兩倍，所以可以施加更高的直流電壓對絕緣介質(zhì)進行耐壓強度的考驗。很多情況下，我們用兆歐表檢測電纜絕緣良好，而在直流耐壓試驗中發(fā)生絕緣擊穿，可見直流耐壓是檢測高壓電纜絕緣缺陷的有效手段。
1.2 直流耐壓試驗對交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的局限性
直流耐壓試驗對發(fā)現(xiàn)多數(shù)電纜絕緣缺陷十分有效，但對交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜則未必，甚至可能產(chǎn)生副作用。
(1)交聯(lián)聚乙烯絕緣在交流電壓下的電場分布不同于施加直流電壓時的電場分布。交聯(lián)聚乙烯絕緣材料是聚乙烯塑料經(jīng)交聯(lián)工藝而生成的，屬整體型絕緣材料，其介電常數(shù)為2.1～2.3，且一般不受溫度變化的影響。在交流電壓下，交聯(lián)聚乙烯絕緣層內(nèi)的電場分布是由介電常數(shù)決定的，即電場強度是按照介電常數(shù)的反比例分配的，這種分布比較穩(wěn)定。在直流電壓下，絕緣層中的電場強度是按照絕緣電阻率的正比例分配的，且絕緣電阻率分布是不均勻的(在交聯(lián)聚乙烯塑料生產(chǎn)過程中，因工藝原因不可避免地在主料中有雜質(zhì)存在，如甲烷聚乙醇，它們具有相對較小的絕緣電阻率，且沿絕緣層徑向分布是不均勻的)，所以交聯(lián)聚乙烯絕緣層中的電場分布不同于理想絕緣結(jié)構(gòu)而與材料的不均勻性有關(guān)。
絕緣層的絕緣電阻率ρ受溫度和場強影響較大，可用式（1）描述：
ρ = （ρ0?e-αθ）/（E?γ）
式中：ρ0 ――絕緣層在0℃時的絕緣電阻率；
α ――溫度系數(shù)，取0.15/℃；
θ ――溫度
E ――工作或?qū)嶒炿妶鰪姸龋?br>γ ――系數(shù)，取2.1～2.4。
由于在絕緣層中，交、直流電壓下電場分布的不同，導(dǎo)致了擊穿特征的不一致。
(2)直流耐壓試驗不僅不能有效地發(fā)現(xiàn)交聯(lián)聚乙烯絕緣中的水樹枝等絕緣缺陷，而且由于空間電荷的作用，還容易造成高壓電纜在交流電壓作用下某些不應(yīng)發(fā)生問題的地方投運不久就發(fā)生擊穿。此外，電纜的某些部分，如電纜頭，在交流情況下，存在某些缺陷，在直流耐壓試驗時卻不會擊穿。
(3)現(xiàn)場進行直流耐壓試驗，如果發(fā)生閃絡(luò)或擊穿可能會對其他正常的電纜和接頭的絕緣造成危害。
(4)直流耐壓試驗會在交聯(lián)聚乙烯材料中產(chǎn)生累積效應(yīng)，將加速絕緣老化，縮短使用壽命。
1.3 預(yù)防性試驗的利與弊
過去我國參照前蘇聯(lián)的做法，常將運行中的電纜按計劃停運，加人五六倍電壓試驗，如電纜受潮、外層損壞自然可以出現(xiàn)擊穿，然后測故障點、修復(fù)，再用五六倍電壓施加5～10 min，正常后投入運行。如仍擊穿或泄漏電流不正常，再進行一次測故障點、修復(fù)，直至電纜完全正常。這種過程有很多不利因素，首先電纜耐壓擊穿后停電時間達3～5天，甚至更長，對一個企業(yè)或單位來說，損失有時是無法估量的，尤其是一些單電源用戶；其次預(yù)防性試驗往往集中在春季，要在很短的時間對所管轄的電纜進行試驗，不僅勞動強度大，而且難以對每條電纜都進行仔細分析；另外，大規(guī)模采用交聯(lián)聚乙烯電纜和不滴流紙絕緣電纜，長期用五、六倍電壓做預(yù)防性耐壓試驗也不盡合理，經(jīng)常發(fā)生這樣的情況：一些老電纜，一經(jīng)試驗肯定擊穿，不做試驗反而能運行很長時間。所以隨著科技進步，應(yīng)開展在線監(jiān)測取代年復(fù)一年的預(yù)防性試驗。
1.4 以泄漏電流為依據(jù)判斷電纜絕緣優(yōu)劣的方法
電纜泄漏電流的測量與直流耐壓試驗在發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷的原理上是有區(qū)別的。一般來說，直流耐壓試驗對于暴露介質(zhì)中的氣泡和機械損傷等局部缺陷等比較靈敏，而泄漏電流能夠反映介質(zhì)整體受潮與整體劣化情況。兩者在試驗中又密不可分，泄漏電流實際上是在直流耐壓試驗中測得的。測量泄漏電流的微安表在實驗回路中位置不同，實驗的高壓引線是否采用屏蔽線等因素都會影響泄漏電流的數(shù)值，所以在測量泄漏電流的過程中，判據(jù)不是電流的具體數(shù)值而是泄漏電流的變化趨勢。依據(jù)泄漏電流判斷絕緣狀況時，應(yīng)注意以下幾點：
(1)電壓升高的每一階段都必須注意觀察電流隨日引司變化的趨勢。一條絕緣良好的電纜，在電壓上升的每一階段，電容電流和吸收電流先疊加在泄漏電流上，表觀電流一定是劇增，后隨時間下降，電壓穩(wěn)定1min后的穩(wěn)態(tài)電流值只及電壓初上升時的10%～20%，這就是泄漏電流。如電纜整體受潮，則電流在電壓上升的每一階段幾乎不隨時間下降，嚴(yán)重時反而上升，這種電纜不能輕易投運。
(2)泄漏電流值隨時間的延長有上升現(xiàn)象是絕緣缺陷發(fā)展的跡象。良好的絕緣在試驗電壓下的穩(wěn)態(tài)泄漏電流值隨著時間的延長應(yīng)保持不變，有的略有下降。
2 規(guī)定的交聯(lián)電力電纜的預(yù)防性試驗
2.1 預(yù)防性試驗項目
(1)測量電纜外護套絕緣電阻值和內(nèi)襯層絕緣電阻值。
(2)測量鋼鎧對地的絕緣電阻值，檢查直埋電纜的外護套有無損傷。
(3)測量銅屏蔽層對鋼鎧的絕緣電阻值，檢查內(nèi)襯層有無損傷。
(4)采用500 V兆歐表測量外護套和內(nèi)襯層絕緣電阻值。當(dāng)絕緣電阻很低時，應(yīng)用萬用表的“正”、“負”表筆交換測量鎧裝層對地或鎧裝層對銅屏蔽層的絕緣電阻值。若兩次測得的絕緣電阻值相差較大時，就可判明外護套和內(nèi)襯層已經(jīng)破損進水。
(5)使用2 500 V或5 000 V兆歐表，測量電纜的絕緣電阻值。
(6)使用萬用表測量銅屏蔽的連續(xù)性。
2.2 預(yù)防性試驗周期
(1)對于受電電纜及2 000 kW以上機組電纜，試驗周期一般為1年。
(2)對其他配出開路電纜，試驗周期為3年。若電纜運行10年以上，試驗周期為1年。
2.3 預(yù)防性試驗標(biāo)準(zhǔn)
(1)用500 V兆歐表測量電纜外護套的絕緣電值不低于1MΩ/km。
(2)用500 V兆歐表測量電纜內(nèi)襯層絕緣電阻值不低于0.5 MΩ/km。
(3)用2 500 V或5 000 V兆歐表測量電纜主絕緣電阻值不低于1000 MΩ/km。
3 交聯(lián)電力電纜的鑒定性試驗
交聯(lián)電纜鑒定性試驗是指新制作終端頭或中間頭、處理電纜護層或銅屏蔽后的主絕緣電阻值低于規(guī)定值時，需對電纜作直流耐壓試驗和0.1 Hz超低頻交流耐壓試驗。鑒定性試驗項目及標(biāo)準(zhǔn)見表1、表2。
表 1 直流耐壓鑒定性試驗項目及標(biāo)準(zhǔn)
試驗項目/試驗標(biāo)準(zhǔn)/試驗周期:
1.線芯對地的泄漏電流/耐壓5min的泄漏電流不應(yīng)大于耐壓1 min的泄漏電流/檢修后
2.線芯對地的5min直流耐壓不擊穿/3～6 kV的為4UN,10kV的為3UN,35～110 kV的為2UN/預(yù)防性試驗不合格
表2 0.1 Hz交流耐壓鑒定性試驗項目及標(biāo)準(zhǔn)
試驗項目/試驗標(biāo)準(zhǔn)/試驗周期
1.線芯對地的泄漏電流/耐壓后不上升，與上次試驗比較無明顯上升/檢修后
2.線芯對地的5min直流耐壓不擊穿/2.5 UN/預(yù)防性試驗不合格
4 10 KV交聯(lián)電力電纜故障的預(yù)防
4.1 設(shè)計選型適當(dāng)留有裕度
現(xiàn)場運行經(jīng)驗表明，對連續(xù)生產(chǎn)的重要負荷電纜，在設(shè)計選型時宜適當(dāng)留有裕度。這樣做雖然投
資稍大一點，但最終可以減少電纜故障，延長電纜壽命，經(jīng)濟上還是合算的。
4.2 敷設(shè)方式要因地制宜
對不同的地區(qū)應(yīng)采用不同的敷設(shè)方式。例如，在地下水位較高的地區(qū)及多雨地區(qū)，不宜采用直埋方式。電纜數(shù)量比較集中的地區(qū)應(yīng)用電纜隧道或電纜井。對距變電所較遠的個別用戶可采用架空或防水型電纜。在南方電纜隧道內(nèi)黃梅季節(jié)容易結(jié)露，應(yīng)采用合適的通風(fēng)措施。電纜隧道的各電纜人口處應(yīng)有封堵措施，避免下雨時雨水沿電纜流人隧道內(nèi)。隧道內(nèi)應(yīng)設(shè)有罰F水設(shè)施。電纜溝的電纜應(yīng)有防止雨水侵入致使電纜泡在水中的措施，必要時應(yīng)加裝排水泵。
4.3 選擇質(zhì)量好的電纜
電纜質(zhì)量的好壞對防止水樹枝劣化至關(guān)重要。電纜的質(zhì)量問題主要是由生產(chǎn)設(shè)備不良、材料選用不當(dāng)、工藝落后、質(zhì)量管理和生產(chǎn)管理不善等原因造成的。所以，在選擇電纜時應(yīng)對電纜的生產(chǎn)工藝、管理等有一定了解，以便能買到質(zhì)量好的電纜，為減少故障奠定基礎(chǔ)。
4.4 把好施工質(zhì)量關(guān)
即使電纜質(zhì)量很高，但如果施工質(zhì)量不高，也會造成隱患。為此必須把好施工質(zhì)量關(guān)，其基本途徑如下：
(1)重視熱縮接頭施工質(zhì)量。熱縮接頭施工質(zhì)量的好壞，關(guān)鍵在于密封。電纜線芯壓接前后，應(yīng)充分地打磨和沖洗，以消除棱角和尖端。另外，還必須做好應(yīng)力處理和清潔工作，盡量縮短接頭的制作時間。
(2)盡量避免外護套破損。在交聯(lián)聚乙烯電纜施工中經(jīng)常發(fā)生由于機械外力、制造過失等原因使其外護套破損，影響電纜的使用壽命和正常運行，所以必須加強管理、精心施工。
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