電纜主絕緣直流耐壓試驗方法

1、試驗接線(xiàn)及儀器設備的選擇

　　根據規程，500kV交流電纜的直流耐壓試驗電壓為775kV，產(chǎn)生直流高電壓的方法通常是將工頻高電壓經(jīng)整流而變換成直流高電壓的方法，而利用倍壓整流原理制成的直流高壓串級裝置能產(chǎn)生出更高的直流試驗電壓。如圖1-1所示?！　?/p>

圖1-1 直流耐壓試驗原理接線(xiàn)圖

　　1.1 交流高壓電源

　　這部分包括升壓變壓器T2、調壓變壓器T1和控制保護裝置等。

　　T1--調壓變壓器，輸出電壓0～400V，容量為20kVA。

　　T2--升壓變壓器，采用武漢研創(chuàng )高科生產(chǎn)的YDJ系列試驗變壓器，輸入電壓380V，輸出電壓300kV(具體電壓的高低根據所選擇的串級直流高壓發(fā)生器的級數來(lái)定)，變壓器容量要大于10kVA。

　　1.2 串級直流倍壓整流

　　以選擇1000kV多級直流高壓發(fā)生器，考慮到試品為大電容設備，在設備選擇時(shí)主要考慮設備的容量，對電壓脈動(dòng)系數可以不做特別要求，要求輸出電流大于10mA。

　　1.3 保護電阻R

　　直流耐壓試驗在加壓的瞬間會(huì )產(chǎn)生較大的充電電流。電流絕緣擊穿的瞬間，回路內會(huì )有很大的擊穿電流流過(guò)，試驗結束后放電時(shí)電纜上大量剩余電會(huì )在很短時(shí)間里流入大地。這些電流如果不加限制就會(huì )損壞試驗變壓器、硅堆、微安表等，陡度很大的電流諧波也會(huì )導致電纜絕緣的損壞，因此試驗回路中必須串聯(lián)限流電阻將電流限制在允許的范圍內。

　　一般采用水電阻作為保護電阻。其選用原則是：當試品擊穿時(shí)，既能將短路電流限制在硅堆的允許電流之內，又能使電源控制箱內的過(guò)流繼電器可靠動(dòng)作，同時(shí)，電阻表面在全電壓作用下不能閃絡(luò )，而且正常工作時(shí)水電阻上的壓降不應過(guò)大(約在試驗電壓的1%以下)。水電阻的阻值根據直流試驗電壓而定，一般取10Ω/V。本試驗當中水電阻阻值為R=775×10=7.75MΩ。

　　1.4 濾波電容C

　　濾波電容的作用是使試驗電壓的波形平穩，一般取0.1μF左右。如無(wú)合適的電容器，可用幾個(gè)電壓較低的電容器串聯(lián)，以提高耐壓強度。對于電纜 這樣電容量較大的試品，濾波電容可以省略。

　　2、試驗方法

　　2.1 試驗準備工作

　　試驗前在試驗地點(diǎn)周?chē)龊梅乐归e人接近的措施，如設置圍欄、掛警告牌等;斷開(kāi)被試電纜與其他設備的一切連續，并將各芯線(xiàn)充分對地放電5～10分鐘;不接試驗設備的一端應派人看守，監視有無(wú)異?，F象發(fā)生。

　　2.2 確定耐壓試驗電壓和時(shí)間

　　根據電纜的種類(lèi)和電壓等級，確定試驗電壓和耐壓時(shí)間，并按試驗電壓的25%、50%、75%和100%將其分為四個(gè)等分。

　　2.3 試驗接線(xiàn)

　　按圖1-1進(jìn)行試驗接線(xiàn)。由于電線(xiàn)的擊穿強度與所加的電壓極性有關(guān)，正極性的擊穿電壓值比負極性約高10%，所以一般都采用負極性進(jìn)行直流耐壓試驗，將負極接電纜芯線(xiàn)。

　　接線(xiàn)對應使高壓輸出連線(xiàn)盡量縮短，絕緣良好，與地面與接地體保持足夠的距離，微安表的安裝應牢靠。接線(xiàn)完成后，須經(jīng)第二人復查，確認接線(xiàn)正確、接地可靠、調壓器處于零位、微安表已處于最大量程、各安全措施完備后，方可開(kāi)始試驗。

　　2.4 空載檢查

　　由于試驗設備本身對地有一定的泄漏電流，如果此值過(guò)大，將會(huì )影響試驗結果，因此需測出試驗設備空載時(shí)的泄漏電流。其方法是：不接被試品，逐漸升高直流輸出電壓，使之分別達到25%、50%、75%、100%規定試驗電壓值，讀取各電壓點(diǎn)上的泄漏值。然后，降壓到零，斷開(kāi)電源，使電纜放電。

　　2.5 正式試驗

　　接上被試電纜芯線(xiàn)，其余兩相電纜芯線(xiàn)仍然接地。合上電源，逐漸升高電壓，并在以上電壓點(diǎn)上各停留1min，讀出并記錄各1min末和耐壓結束時(shí)的泄漏電流值及環(huán)境溫度、濕度和天氣情況。

　　在升壓時(shí)，絕緣良好的電纜由于電纜電容充電，電流示值將劇烈上升。而在電壓停留階段，電流逐漸下降，趨于穩定。隨著(zhù)電壓的逐段升高，泄漏電流大致成比例增大。

　　有缺陷的電纜，在試驗過(guò)程中會(huì )出現以下現象：升壓時(shí)泄漏電流不成比例地急劇上升;在升壓停留階段，泄漏幾乎不隨時(shí)間衰減，甚至反而增大;泄漏電流值不穩定;泄漏電流值相間不平衡。

　　發(fā)現電纜缺陷后，原則上應查明故障原因，找出故障點(diǎn)。一船采取提高試驗電壓或延長(cháng)試驗時(shí)間來(lái)使電纜擊穿，然后尋找故障點(diǎn)。

　　2.6 降壓放電

　　每相試驗結束，應將調壓器降到零，并切斷電源，通過(guò)絕緣放電棒，將芯線(xiàn)先經(jīng)約80kΩ/kV的限流電阻反復幾次對地放電直至無(wú)火花后，再直接接地放電。

　　在改接線(xiàn)時(shí)，高壓出線(xiàn)端應始終接地，以防意外。再次試驗前，應注意解除出線(xiàn)端上的接地線(xiàn)。

　　2.7 全部試驗完畢

　　應將電纜對地短接，充分放電5～10min才能撤去另一端的看守人員，進(jìn)行恢復工作。

　　3、成套直流高壓試驗儀器

　　3.1 直流高壓發(fā)生器的特點(diǎn)

　　直流高壓發(fā)生器采用串級式中頻多倍壓電路產(chǎn)生高壓直流電，應用脈沖寬度調制技術(shù)(PWM)，電壓調節的線(xiàn)性和穩定性得到了提高。由于采用了高頻率開(kāi)關(guān)脈沖寬度調制，可以選用較小的電感、電容進(jìn)行濾波，使濾波回路的時(shí)間常數減小，有利于自動(dòng)調節回路的品質(zhì)和輸出電壓波形的改善。多倍壓串聯(lián)式直流高壓發(fā)生器原理框圖見(jiàn)圖1-2?！　?/p>

圖1-2 多倍壓串聯(lián)式直流高壓發(fā)生器原理框圖

　　逆變器電路采用了IGBT大功率晶體管，中頻變壓器的輸出功率可達到幾百甚至數千瓦。由于IGBT大功率晶體管的開(kāi)通與關(guān)斷時(shí)間與一般大功率晶體管的少了一個(gè)數量級，而且具有自關(guān)斷特性，精簡(jiǎn)了部分電子元件，電路更合理，因此損耗也更小。

　　應用電子技術(shù)制成的成套直流高壓試驗儀器，具有體積小、重量輕、攜帶和使用方便等優(yōu)點(diǎn)。

　　4、成套直流高壓試驗裝置的操作

　　4.1 使用前準備

　　檢查設備外觀(guān)無(wú)破損，連接線(xiàn)無(wú)斷路和短路;將控制箱和倍壓筒放在合適位置，接好電源線(xiàn)和連接電纜線(xiàn)，工作接地線(xiàn)、保護接地線(xiàn)和放電棒接地線(xiàn)均應單獨接到被試電纜線(xiàn)路的接地線(xiàn)上(即一點(diǎn)接地)，嚴禁接地線(xiàn)相互串聯(lián);此時(shí)電源開(kāi)關(guān)應在斷開(kāi)位置，調壓電位器應在零位，過(guò)電壓保護整定為1.15～1.20倍的試驗電壓。

　　4.2 空載驗證過(guò)電壓整定值

　　先將連接線(xiàn)被試電纜的引線(xiàn)懸空，接通電源開(kāi)關(guān)，此時(shí)綠燈亮;按紅色按鈕，紅燈亮，表示高壓接通;順時(shí)針調節調壓器能升至所需電壓，記錄電流表讀數，檢查試驗裝置無(wú)異常后將調壓器電位器回到零位，按綠色按鈕，切斷高壓關(guān)閉電源。

　　4.3 直流耐壓和泄漏試驗

　　將直流高壓發(fā)生器的高壓引線(xiàn)連接到與被試電纜導體，接通電源進(jìn)行升壓，按試驗標準進(jìn)行直流耐壓試驗并讀取泄漏試驗。升壓時(shí)要密切監視電流表的充電電流不能超過(guò)試驗裝置的最大工作電流，升壓速度一般控制在3～5kV/s。加到規定試驗電壓后，按規定在第一分鐘和最后一分鐘記錄電流表讀數。測量完畢后，調壓電位器逆時(shí)針回到零位，按下綠色按鈕。需再次升壓時(shí)按紅色按鈕?！　?/p>

圖1-3 直流耐壓試驗的接線(xiàn)圖

　　4.4 保護動(dòng)作后的操作

　　在試驗過(guò)程中發(fā)現紅燈滅，綠燈亮，直流高壓下降，即為有關(guān)保護動(dòng)作。此時(shí)應關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)，將調節器壓電位器退回零位。待1min以后控制箱內低壓電容器充分放電后再次打開(kāi)電源，重新進(jìn)行空載試驗并檢查保護動(dòng)作的原因。

　　5、直流耐壓試驗對絕緣缺陷的檢測能力

　　直流耐壓試驗是檢驗電纜耐壓強度、發(fā)現紙絕緣介質(zhì)受潮、機械損傷等局部缺陷的有效手段。與交流耐壓試驗比較，直流耐壓試驗的優(yōu)點(diǎn)是：

　　5.1 試驗設備輕小

　　對長(cháng)的電纜 線(xiàn)路進(jìn)行耐壓試驗時(shí)，不需要電源提供無(wú)功，所需試驗設備容量小，直流耐壓試驗設備相對交流耐壓來(lái)說(shuō)比較輕便，可能在現場(chǎng)進(jìn)行預防性試驗，如果做交流耐壓試驗，需要較大容量的試驗設備提供所需的電容電流。

　　5.2 對絕緣損傷較小

　　在交流耐壓試驗中，由于電壓不斷改變方向，氣隙放電往往會(huì )促使有機絕緣材料的分解、老化變質(zhì)，降低其絕緣性能，使局部缺陷逐漸擴大。而當直流作用電壓較高以至于在氣隙中發(fā)生局部放電后，放電產(chǎn)生的電荷所感應的反電場(chǎng)將使在氣隙里的場(chǎng)強減弱，從而抑制了氣隙內的局部放電過(guò)程，因此，直流高壓對被試品絕緣的損傷較小，避免了交流高壓對電纜絕緣的常久性破壞作用。但直流耐壓試驗在一定程度上還帶有非破壞性試驗的性質(zhì)。

　　5.3 可以發(fā)現交流耐壓試驗不易發(fā)現的一些缺陷

　　因為在直流電壓作用下，絕緣中的電壓按電阻分布，絕緣完好時(shí)，電阻率較高的絕緣油承受較高的試驗電壓，電場(chǎng)分布較合理，不會(huì )造成新的絕緣損傷;但是當電纜絕緣有局部缺陷時(shí)，大部分試驗電壓將加在與缺陷串聯(lián)的未損壞的絕緣上，使缺陷更易于暴露。一般說(shuō)，直流耐壓試驗對檢查絕緣中的氣泡、機械損傷等局部缺陷比較有效。

　　5.4 電纜直流耐壓試驗時(shí)，電纜導體接負極。這時(shí)如果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導體，發(fā)展成為貫穿性缺陷，易于在試驗電壓下?lián)舸?，因而有利于發(fā)現電纜絕緣缺陷。

　　5.5 絕緣擊穿與電壓作用時(shí)間的關(guān)系不大，一般缺陷在加壓后幾分鐘內可以發(fā)現。