电力电缆交流耐压试验探讨

宋贝++白洁++张维军++豆河伟++张涛

摘 要：该文介绍了串联谐振在橡塑电缆交流耐压试验实际应用中的工作原理、电容电抗配置方式、现场接线方法和计算过程，利用现场案例讲解了串联谐振在实际应用中的显著效果，从而充分证明了串联谐振能够有效地发现橡塑电缆进行直流耐压所不能发现的缺陷，它是一种有效的交流耐压试验方法，并具有良好安全、经济和社会效益。

关键词：电力电缆 串联谐振 交流耐压 试验

中图分类号：TM247 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）12（c）-0073-02

1 背景

很多年來，由于认识不足和试验设备的原因，橡塑电力电缆在现场以直流耐压代替交流耐压试验，但经过多年的实践，发现橡塑电缆进行直流耐压存在严重缺陷，该文提出了应用串联谐振试验方法，方便了试验操作，提高了试验工作效率。

1.1 内部因素

根据该单位近5年来橡塑电力电缆试验工作量的统计发现：多条10 kV和35 kV的橡塑电力电缆在进行交接直流耐压试验合格后，经过一段时间运行后仍发生多起故障，有的甚至在投运期间就发生击穿事故，现今试验技术人员逐渐认识到直流耐压仅能反映出对漏导损耗产生的缺陷，不能反映出极化和局部放电两种绝缘介质损耗缺陷，特别是固体绝缘中的气隙等所引起的局放损耗缺陷。针对上述情况决定采用新型串联谐振试验装置来解决上述问题。

1.2 外部因素

目前，随着国家电网的日益发展，被试设备的电压等级越来越高，容量越来越大。早先的交流升压变压器由于设备体积大，设备重量重，不能满足现代试验中的体积小、重量轻、操作简单、兼容性强的特点。所以，串联谐振这种技术得以迅速推广与应用。

2 创新点

2.1 工作原理及方案

串联谐振耐压试验是利用电抗器的电感与被试品电容实现串联谐振，通过调节激励电源的频率使其与试验回路的固有频率相同，串联回路达到谐振状态，从而在被试品上产生高电压，实现对被试品耐压试验的目的。

2.2 工作方案

串联谐振设备主要由5个部件组成，分别是变频控制箱（调频谐振频率一般在30～300 Hz）、谐振电抗器、励磁变、电容分压器、负载补偿电容器（用于非电容被试品）及其附件。通过自动或者手动调节变频控制箱的频率使其与被试品回路的固有频率相同，串联回路达到谐振状态，从而在被试品上产生高电，实现对被试品耐压试验的目的。此试验装置符合规范要求，对电力电缆进行工频交流耐压试验是鉴定橡塑电缆绝缘好坏最有效的办法。

2.3 攻克的技术难点

（1）利用谐振原理，使得耐压设备体积小、重量轻、运输方便、操作简单、兼容性强。（2）采用串联谐振可以有效地发现橡塑电缆的缺陷，并且对电缆的损伤比较小，达到理想的试验目标。（3）利用串联谐振产生的电压及波形与设备运行电压情况相似，可以很好地检测出设备的实际运行情况和存在的缺陷。

3 实施方案

确定了串联谐振的技术方案后，制定科学、合理的工作流程。

3.1 串联谐振回路各参数的计算

当RLC电路产生谐振时，XL=XC，UC=IsXC=UsXC/ ，谐振回路电流：Is=Us/=Us/R，式中US为电源输入电压，Q是品质因数。即在被试品上获得的电压是电源输入电压的Q倍。输入功率P=UsIscosδ谐振时，电路为纯电阻性的，即cosδ=1，故P=UsIs。

加在被试品上的容量PS是施加的电压UC和电流I的乘积：PS=UCIs=QUsIs=QP。也就是在被试品得到的容量为试验电源容量的Q倍。实际试验回路中的Q值一般可以达到20～70，激励电压仅为试验品谐振电压的1/Q，激励功率亦为谐振功率的1/Q。

3.2 电抗器的组配

（1）串联谐振设备主要运用于被试品主绝缘耐压。其中根据被试品不同，对电抗器的配置要求也不相同。根据试验标准选择试验电压，并根据试验电压考虑电抗器的组配。

（2）估算或者通过仪器测量被试品的电容量，根据电容量选择电抗器组配。

3.3 耐压试验现场接线方式的选择

在现场实际应用中根据不同的电缆型号及距离采用不同的接线方式：如果试验电压，试验电流可以达到被试品要求，可以采用电抗器串联串联方式，如果试验电压可以达到被试品要求但试验电流不符合要求，那么在现场应将中须采用电抗器并联方式。

3.4 耐压试验装置的现场布置方式

根据电抗器的放置方式不同，耐压试验装置可以分为竖直式布置和平铺式布置。

4 现场试验注意的事项

（1）电抗器放置必须与周围物件保持一定安全距离。（2）电抗器放置过程中严禁放置在铁板上，因为放置在铁板上将产生涡流，影响谐振试验。（3）电抗器串联平铺放置式使用时，第1节电抗器可直接放置在地上（输入电压低通常才几千伏，并且随设备配置了可拖地的高压引线不存在高压危险），第2节电抗器必须在底部放置转配绝缘筒。

5 耐压试验装置现场使用效果

110 kV闫庄则变电站10 kV 2号接地变电缆试验工作，此设备为2007年投运，交接试验中采用直流耐压试验，试验合格后，运行一段时间后停运。根据负荷情况需再次投运，便进行此电缆的临检。进行耐压试验时，A相、B相交流耐压试验数据均通过，C相电缆耐压试验升压至21.4 kV 4 min时，在接地变电缆终端头侧听到明显的放电声音，串联谐振失压。

经检查发现C相电缆终端头绝缘已经被击穿，将电缆头剥开后检查发现电缆终端头制作过程中由于在剥离半导体层时，刀的深度控制不好，划伤电缆主绝缘层。

6 成果取得效益

（1）经济效益：采用此方法，能有效地发现设备的缺陷，避免不必要的经济损失。

（2）社会效益：采用新方法耐压试验后2年时间内，未发生一起由于电缆本身质量或者电缆终端头制作工艺不合格引起的事故。保证了公司供电可靠性，减少了售电量的损失，有效地提高了公司服务质量和服务水平。

7 成果展望

7.1 目前成果推广应用及转化情况

目前该试验装置已经在公司橡塑电力中得到了广泛应用。在此期间，发现了电力电缆的多起缺陷，有效地弥补了直流耐压的不足，实践中已经取得了良好的安全效益、经济效益和社会效益。同时应仍将不断地总结经验，取长补短，逐渐改进，加强对新设备、新试验方法应用、为电网和设备的安全运行提供保证。

7.2 课题应用前景展望

（1）课题延伸：在此试验设备的基础上与厂家沟通，争取更进一步的提高设备性能，向电力市场推广。（2）效率发挥：邀请经验丰富的技师、技术能手进行培训，提升了设备的使用效率。

参考文献

[1] 赖荣先.变频串联谐振装置在交流耐压试验中的应用[D].华南理工大学，2011.

[2] 汪国林.橡塑电力电缆交流耐压试验[J].铁道技术监督，2009，37（8）：11-14.

[3] 曾振星.电力电缆交流耐压试验研究[J].城市建设理论研究：电子版，2013.