CCS水电站500 kV电缆现场交接试验分析

李 郑

（中国水利水电第十四工程局有限公司机电安装事业部，云南 昆明 650032）

CCS水电站500 kV电缆现场交接试验分析

李 郑

（中国水利水电第十四工程局有限公司机电安装事业部，云南 昆明 650032）

随着我国机电设备设计、制造及施工工艺等综合实力的提高，我国机电产品已应用于国际工程。本文结合CCS水电站500 kV电缆现场交接试验及所选试验设备参数估算做一个陈述，所取得的工程经验，对同类电站的工程建设具有借鉴意义，供同行参考。

CCS水电站；EPC；500 kV电缆；现场交接试验；设备参数；估算

1 CCS水电站及电气主接线概述

Coca Codo Sinclair科卡科多辛克雷（简称CCS）水电工程位于南美洲厄瓜多尔国东北部Napo省与Sucumbios省交界处，首部枢纽位于Quijos和Salado两河交汇处下游，距首都基多公路里程约130 km。

水电站工程由首部枢纽、输水隧洞、调蓄水库、压力管道、地下厂房（安装8台单机容量为205 MVA的水斗式水轮发电机组及其附属设备）、500 kV GIS设备、进厂交通洞及500 kV电缆洞（2条500 kV电缆出线）、地面控制楼、地面出线场等组成。

工程开发的主要任务是发电，以满足厄瓜多尔国内持续快速增长的电力需求。根据2010～2020年电力规划，该电站装机容量占国内总装机容量的1/3左右。CCS电站在投运初期为系统内装机最大的电源，同时厄瓜多尔国电网正在把现有的230 kV电压等级改造升级为500 kV等级的电网，此电站8台机组投产后，将成为国网主力电源。主接线简图见图1。

图1 主接线简图

2 高压电缆相关技术参数

型式：Cu XLPE（铜导体交联聚乙烯）挤包绝缘电缆；制造厂：Nexans France （法国耐克森）。

电缆导体截面：1 600 mm2；标称电压 U0/U（Um）：290/500（550）kV；系统额定频率 60 Hz。

额定持续电流：1 400 A；电缆传输容量：1 200 MVA；冷却方式：自然冷却。

电缆敷设形式：三角形 clover，长度：A：795 m，B：802 m，C：810 m。

电缆电容量：0.176 μF/km，20℃时电阻最大值约 0.011 3 Ω/km。

电缆特性参数：500 kV电缆线芯导体直径φ49 mm，电缆外径φ149.5 mm，内外屏蔽、XLPE三层共挤，单位电缆重量51 kg/m。

根据主合同规定，500 kV电缆及其附件采用IEC、IEEE及美国标准。

3 现场安装简图

500 kV电缆从630.5 m高程的地下GIS终端室，沿500 kV出线电缆洞，再引到地面户外终端电缆室，与地面户外终端连接。500kV电缆在出线洞内靠侧墙三角形敷设，有电缆支架固定，左、右侧各敷设二回6相12根单芯电缆，电缆出线洞高差约8m。500 kV电缆的始末两端（地下主变洞主变压器运输通道上方电缆廊道和地面出线场电缆隧道）布置适当长度的预留段。500 kV电缆在空气中布置，在电缆洞内和地面出线场靠近电缆洞的电缆隧道内，电缆三角形敷设，各相中心线之间距离≥400 mm，电缆中心线离墙（或地面）距离≥350 mm；在电缆两端电缆水平布置时，两相中心线距应≥2D（D电缆外径）

电缆安装连接布置简图见图2。

图2 电缆安装连接布置简图

电缆的现场安装敷设、电缆终端的制作安装及相关附件的安装工作全部完成，应进行现场试验。

4 现场试验项目

①外观检查及电力电缆线路相位检查；②电缆外护套试验；③主绝缘电阻测量；④交流耐压试验；⑤耐压后绝缘电阻测量。

5 试验程序及设备参数估算

5.1 外观检查及电缆芯线相位检查

试验目的：外观检查完好，电缆及电缆终端表面无损伤；屏蔽保护接地箱和接地箱外观完好，接线符合图纸要求，检查电力电缆相位是否正确。

试验方法：检查相位的方法很多，现场用的最多的是灯泡法、万用表法和摇表法。它们的原理都相同，只是使用的表计不一样，统称为导通法。

摇表法的检查方法是将乙端被试芯线接地，在甲端用摇表分别检查三相对地的电阻。电阻为零的一相与乙端接地相同相位，标以相同标号即可。

注意事项：检查中摇表摇测芯线电阻时，摇表只能轻轻摇动，切不可快速摇动，以免损坏摇表。检查后将两端相位标记一致即可。对于数字式绝缘表则只能用低电压档位来检测，否则损坏仪表。

5.2 电缆外护套直流耐压试验

试验目的：检测电缆在敷设后外护套是否受损或受潮。

试验接线：将被试电缆屏蔽层接线与护层保护器及接地断开；非被试电缆屏蔽层接线与护层保护器及接地可靠连接；将直流高压发生器输出端与被试电缆屏蔽层接线连接。

试验方法：根据IEC 60229-2007第5章，外护套直流耐压试验施加电压10 kV，在每段电缆金属屏蔽与地之间施加直流电压，持续时间1 min，后降低输出电压至零。试验电压持续时间内不击穿为通过。

5.3 绝缘电阻测量

试验目的：电缆绝缘电阻的测量是检查电缆是否受潮、脏污或存在局部缺陷，以及耐压试验中暴露出来的绝缘缺陷。

试验方法：测量绝缘电阻是测量电缆芯对外皮或芯线之间及外皮间的绝缘电阻，通常用≥2 500 V的兆欧表测量。

注意事项：①测量绝缘电阻时，应分别在每一相上进行，对一相进行试验时，其他两相导体、金属屏蔽或金属套和铠装层一起接地。②耐压试验前后，绝缘电阻测量应无明显变化

5.4 交流耐压试验原理及依据

交流耐压试验采用调频式串联谐振试验装置，变频电源频率为30～300 Hz，通过调节电源频率，在30～300 Hz频率范围内使所配置的高压电抗器与被试设备电缆电容的阻抗趋于相等，即XL=XC，使回路到达谐振，来进行交流耐压试验。此时，高压电缆的容性电流与电抗器的感性电流相抵消，外来供给的能量仅为回路中消耗的有功功率，故需要的试验电源容量较小。

原理接线简图见图3。

图3 交流耐压试验试验接线

其中，TH：三相电源；VF：无局放变频电源；T：励磁变压器；L：串联电抗器；V：峰值表；F：电容分压器；500 kV XPLE：电力电缆及电缆终端。

试验时被试相加压，非被试相芯线两端接地短路。被试相电缆屏蔽层上的过电压保护器在试验时短路接地或拆除。

电缆试验参照的标准是IEC-62067表10，交流绝缘试验中试验电压波形应为正弦波，试验频率在20～300 Hz之间，耐压有效值为320 kV，耐受持续时间1 h。加压程序及持续时间见图4。

IEC-62067表10

图4 加压程序及持续时间

5.5 试验设备参数估算

被试验的500 kV电力电缆电容量计算（电缆电容量：0.176 μF/km），单相电缆最长约0.81 km，则500 kV电力电缆电容量大约为：0.81 km×0.176 μF/km＝0.143 μF

参数匹配计算：

拟采用333 kV 220 H-10%电抗器，即：333 kV 198 H 8A/节，两节电抗并联总电感量为99 H

串联后的谐振频率为：

高压回路电流为：I=2πf CU=2×3.14×42.35×320×0.143×10-3=12.2 A＜16.0 A（电抗器最大允许通过电流）

现场试验元件组合接线图见图5、6，在较低电压（低于10%试验电压）调整谐振点时，励磁变选5 kV输出（与选10 kV输出）时电流最小，故选励磁变5 kV输出档作为试验输出电压。

5.6 试验仪器设备及型号规格

①数字式绝缘电阻测试仪，FLUKE F1550C 250～10 000 V；②无局放变频电源（长沙海沃200 kW），HVFP-200，输入电源 480 V、50～65 Hz，输出电压 0～350 V、0～571 A、20～300 Hz、精度 0.1 Hz、输出电压不稳定度小于1%、局放水平小于10 pc、重量1.2 t；③励磁变压器（ZB-200 kVA），输入电压0.35～0.4 kV、输入电流285.7×2、单相，输出电压40/30/20/10/5 kV、输出电流5/6.7/15/20/40 A户内；④串联谐振电抗器（2个），333 kV/220 H±10%/8A---3个抽头；⑤分压器2节，2×333 kV/4 000 pF；⑥试验均压线1根；⑦放电棒1根；⑧电容低压臂 1 个，2.037 μF，600 V，分压值 2 000：1。

图5 现场元件接线图1

图6 现场元件接线图2

5.7 试验步骤

按现场试验元件组合接线：

对电缆的主绝缘作耐压试验时，应分别在每一相上进行。对一相进行试验或测量时，其他两相导体、金属屏蔽或金属套和铠装层一起接地；

设定过电压保护：人工设定过电压保护值；当整套装置的输出电压达到保护整定值时，自动切除整套装置；

设定过电流保护：人工设定过电流保护值；当整套装置的输出电流达到保护整定值时，自动切除整套装置；

设定击穿保护：当高压侧发生对地闪络时，自动切除整套装置。不致对试验设备和人身造成伤害；

自动扫频，寻找谐振点：频率范围 20～300 Hz，自动找谐调整后，切换到手动控制状态，进行手动调压；

在升压过程中，要有人随时呼喊电压数值，要设专人监视被试验品、试验设备，试验中如发现异常情况，应立即降低电压断开电源，待查明原因并排除后方能重新开始试验。

5.8 试验判定

在试验过程中，未发生绝缘闪络、放电、击穿、过电流保护动作跳闸，则认为绝缘正常，耐压试验通过。在耐压试验后，所测得的电缆绝缘电阻、吸收比与耐压试验前所测得值相比基本不变，则认为正常，否则应查明原因。

在试验过程中，若受空气湿度、温度的影响，仅引起表面滑闪放电或空气放电，则不应认为不合格。

试验结束需要主绝缘电阻值应无异常。耐压试验通过后，会同厂家、咨询等确认试验结果，无疑异后方可宣布试验结束，撤离现场。

6 试验数据

500 kVⅠ回电缆的试验数据见表1、2（500 kVⅡ回电缆待500 kVⅡ回架空线路形成后投入运行）。试验时间：2016年1月6日；试验环境：温度26℃，湿度80%RH。

表1 500 kVⅠ回电缆外护套直流耐压试验

表2 500 kVⅠ回电缆主绝缘交流耐压试验

分析：①C相电缆长度稍长，输出电流略大。ABC三相电流实测值均与计算值相接近。②第一相（A）1 h试验后，电抗器发热较小，温度仅38℃，不超过40℃，可以持续进行BC相耐压试验。

7 结论

本试验顺利完成，500 kV电缆的绝缘性能满足设计及IEC-62067规范，并满足有关标准及合同文件的要求，规范操作、保证试验结果的准确性，达到了现场交接验收试验的目的。

厄瓜多尔首批机组（1～4号），已分别于2016年5 月 5 日 11：00、4 月 27 日 9：42、5 月 8 日 16：28、5月12日02：14，完成了72 h试运行工作，大量的电能通过500 kVⅠ回高压电缆安全可靠远距离输送至厄瓜多尔国电网，为500 kV电压等级改造升级提供了安全可靠的运行设备。二批机组（5～8号）已于2016年11月18日举行投产发电仪式并通过500 kV圣纳菲Ⅱ回架空线、500 kVⅡ回高压电缆输送大量电能给厄瓜多尔国家电网。

[1]黄河勘测规划设计有限公司厄瓜多尔CCS水电站项目基础设计阶段水力机械及电气设备报告［R］，2010.

[2]IEC62067-2011 额定电压 U（Um）150 kV （170 kV）至 500 kV（550 kV）挤包绝缘电力电缆及附件的试验标准［S］.

[3]IEC62271-203高压开关及控制设备-Part 203 52 kV及以上气体绝缘金属封闭组合电器［S］.

[4]IEC 60229-2007电缆.带特殊保护功能挤出外套的试验［S］.

[5]IEEE 62-1995（R 2005）电力设备绝缘现场试验导则［S］.

[6]四川电力试验研究所.高压电气设备试验方法［M］.2版，2004.

TM75

B

1672-5387（2017）10-0019-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.10.007

2017-07-21

李 郑（1965-），男，高级工程师，从事大、中、小型水电站机电安装工程电气检测、调试及技术指导工作。