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用交流電壓進(jìn)行高壓XLPE絕緣電纜線路的現(xiàn)場試驗(yàn)
摘 要 根據(jù)XLPE絕緣電纜用直流電壓進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)，要求開發(fā)新的方法。現(xiàn)在有一種移動(dòng)式調(diào)頻串聯(lián)諧振裝置能夠用交流電壓進(jìn)行試驗(yàn)，這意味著適用于塑料絕緣電纜敷設(shè)后的試驗(yàn)將有重大突破。配有經(jīng)由戶外和戶內(nèi)開關(guān)設(shè)備而接至電纜線路的連接線，以滿足不同用戶的要求。數(shù)千米長的電纜線路具有大電容，例如10km長的110kV交聯(lián)聚乙烯(XLPE)絕緣電纜，按其截面積的不同，電容可達(dá)2～3μF。如果在系統(tǒng)的頻率(50Hz)下用交流電壓進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，就需要很大的無功功率。如上所述的電纜，在160kV(2.5u0)下進(jìn)行交流電壓試驗(yàn)，則可能需要高達(dá)20MVA的試驗(yàn)功率。常規(guī)的交流電壓試驗(yàn)設(shè)備(運(yùn)行頻率50Hz)的缺點(diǎn)在于其單位試驗(yàn)功率的重量較大，達(dá)100～200N/kVA，試驗(yàn)設(shè)備的運(yùn)輸很不經(jīng)濟(jì)，而且需要在現(xiàn)場提供相當(dāng)大的電源。
眾所周知，油浸紙絕緣電力電纜的現(xiàn)場試驗(yàn)一般都采用直流電壓。試驗(yàn)時(shí)可以同時(shí)測量泄漏電流，由泄漏電流的變化或者泄漏電流與試驗(yàn)電壓的關(guān)系，可用以判斷絕緣狀況。數(shù)十年對(duì)油浸紙絕緣電力電纜采用直流耐壓試驗(yàn)的實(shí)踐，已證明其作為現(xiàn)場定期預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目能得出滿意的試驗(yàn)結(jié)果，這也就是充油和壓氣電纜用直流電壓進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)的理由。這個(gè)試驗(yàn)方法也同樣用于高壓XLPE絕緣電纜，它似乎是唯一可行的方法。
1 XLPE絕緣電纜線路用直流耐壓試驗(yàn)的缺點(diǎn)
高壓XLPE電纜線路的運(yùn)行試驗(yàn)表明，現(xiàn)場采用直流耐壓試驗(yàn)不能有效地檢出有缺陷的XLPE絕緣電纜及附件。各國運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)通過直流耐壓試驗(yàn)的XLPE絕緣電纜及附件在投入運(yùn)行后有擊穿故障發(fā)生。
為此，CIGREWG21-09工作組(高壓擠包絕緣電纜試驗(yàn))于1984年向世界各國電纜制造商和電力公司調(diào)查，并組織進(jìn)行模擬結(jié)構(gòu)樣品試驗(yàn)，進(jìn)一步確認(rèn)高壓XLPE絕緣電纜采用直流耐壓試驗(yàn)是不恰當(dāng)?shù)�，其存在以下明顯的缺點(diǎn)：
a)直流電壓下絕緣電場分布與交流電壓下電場分布不同，前者按電阻率分布，而后者按介電系數(shù)分布，尤其在電纜終端和接頭等高壓電纜附件中，直流電場強(qiáng)度的分布與交流電場強(qiáng)度分布完全不同。這往往造成交流工作電壓下有缺陷部位在直流耐壓的現(xiàn)場試驗(yàn)時(shí)不會(huì)擊穿而被檢出，或者在交流工作電壓下絕不會(huì)產(chǎn)生問題的部位，而在直流耐壓現(xiàn)場試驗(yàn)時(shí)發(fā)生擊穿。
b)XLPE自身的固有場強(qiáng)高，要用很高的直流試驗(yàn)電壓甚至嚴(yán)重?fù)p傷電纜才能檢出。例如，20kVXLPE電纜絕緣的50%處有金屬尖端，結(jié)果卻在10U0的直流電壓下才能使其擊穿。再者，在接頭內(nèi)有金屬尖端或密封電纜頭周圍有嚴(yán)重的缺陷，即使用12U0～16U0直流電壓試驗(yàn)也不可能檢出。
c)由于XLPE的高絕緣電阻和相應(yīng)的空間電荷效應(yīng)，尚不能排除在直流電壓下會(huì)造成XLPE電纜絕緣非故意的預(yù)先損傷。直流耐壓試驗(yàn)時(shí)形成的空間電荷，可造成電纜在投入交流工作電壓運(yùn)行時(shí)擊穿，或附件界面因積聚電荷而沿界面滑閃。
2 調(diào)頻串聯(lián)諧振裝置實(shí)例
傳統(tǒng)的直流電壓試驗(yàn)存在著嚴(yán)重缺點(diǎn)，必須尋求新的較為有效的試驗(yàn)方法。非常自然的、符合絕緣機(jī)理的傾向，是采用交流電壓試驗(yàn)方法，關(guān)鍵是要開發(fā)新型的交流電壓試驗(yàn)設(shè)備。本文將詳細(xì)介紹由西門子柏林電力電纜廠等研制的8MVA，160kV調(diào)頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置。
2.1 移動(dòng)式
調(diào)頻串聯(lián)諧振裝置設(shè)計(jì)的首要目的是試驗(yàn)安全、簡便和快速，整個(gè)試驗(yàn)設(shè)備均安裝在低底架的大卡車上。最重的組件是電抗器，重156.8kN。車輛總重量約400kN。
2.2 試驗(yàn)電壓連接線
電源電壓經(jīng)OHL門架的戶外終端和變壓器的輸出端或氣體絕緣開關(guān)(GIS)而饋電至用戶的電纜線路。通常連接到試驗(yàn)設(shè)備的電抗器，包括可接至戶外套管或試驗(yàn)電纜的插入式澆注樹脂絕緣管。內(nèi)部絕緣為SF6，以便能夠快速、安全和干燥地裝配。
1—帶有固定電感的電抗器，并可改變電壓輸出；2—戶外終端；3—已裝在電纜盤上的試驗(yàn)電纜，帶有符合IEC859的開關(guān)設(shè)備的密封終端；4—饋電連接電纜；5—SF6氣體充氣站；6—用液壓驅(qū)動(dòng)的起吊機(jī)；7—控制室；8—戶外終端運(yùn)輸用的貯存器
2.3 戶外套管
戶外套管的戶外部分有防水硅橡膠裙邊，并模鑄在耐壓的增強(qiáng)玻璃纖維塑料支撐管上。戶外套管的內(nèi)部，導(dǎo)體是用交聯(lián)聚乙烯絕緣并用硅橡膠電容式應(yīng)力錐來控制場強(qiáng)。附加的內(nèi)部絕緣為SF6。這種結(jié)構(gòu)使安裝比較容易，此外，試驗(yàn)也不會(huì)受天氣的影響。
戶外套管裝在電抗器上，用柔軟的銅導(dǎo)線接至被試電纜線路的戶外密封終端。如果該銅導(dǎo)線很長或沿著曲折的途徑，則應(yīng)采用絕緣子來支撐。
2.4 GIS饋電的試驗(yàn)電纜
如果被試電纜和系統(tǒng)端接在GIS(氣體絕緣開關(guān)設(shè)備)內(nèi)，則電源饋電線可接至為試驗(yàn)而特殊安裝的連接器殼體，殼體尺寸符合IEC859要求。
兩端都有密封終端的試驗(yàn)電纜繞在電纜盤(安裝在車上)上，而且可拉開至70m長。用電子器件控制電纜盤的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使敷設(shè)試驗(yàn)電纜時(shí)達(dá)到靈活而且支撐牢固。用試驗(yàn)電纜可接至現(xiàn)場GIS附近的任何地方。
試驗(yàn)電纜的密封終端，與戶外套管一樣都是充以SF6氣體，確保裝配工作簡易和安全。
2.5 初級(jí)電源的連接電纜
在大多數(shù)使用場合，試驗(yàn)電源均從用戶的系統(tǒng)獲取。根據(jù)被試電纜的長度和電容，視在功率可能需要達(dá)200kVA。但是，在很多的試驗(yàn)場合下，可能僅僅需要電源視在功率小于50kVA。為此，運(yùn)輸車還有裝在電纜盤上的連接電纜，長度200m。
在所接入的電源負(fù)荷較大的場合或者饋電位置遠(yuǎn)離公用電源系統(tǒng)時(shí)，本移動(dòng)式大容量調(diào)頻串聯(lián)諧振裝置還添加有可靈活移動(dòng)的發(fā)電機(jī)。
2.6 絕緣氣體源的環(huán)境安全
運(yùn)輸車上有SF6氣體充氣站，提供所需的SF6氣體以及充氣至密封終端的真空和壓力系統(tǒng)，并提供可排氣和再充氣5MPa的壓力容器。
2.7 在運(yùn)輸車上起吊工作
戶外終端或試驗(yàn)電纜密封終端安裝至電抗器需要質(zhì)量達(dá)100kg的起重機(jī)。起重機(jī)也安裝在拖車上。這樣，在用戶的現(xiàn)場就可直接進(jìn)行工作而不受其他任何輔助設(shè)備的限制。
在開始安裝的時(shí)候，通常不可能與用戶的電網(wǎng)相連接。因此，起重機(jī)由直流電動(dòng)機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)，直流電動(dòng)機(jī)由拖車上的蓄電池供電。這樣，進(jìn)行試驗(yàn)的準(zhǔn)備工作不會(huì)有任何延誤。
2.8 設(shè)備控制和用戶操作室
運(yùn)輸車是按成套移動(dòng)式調(diào)頻串聯(lián)裝置而設(shè)計(jì)的，適用于戶外使用。因此，也裝有寬敞的測試間。其內(nèi)包括電子器件控制設(shè)備，計(jì)算機(jī)控制的聯(lián)機(jī)裝置以及容納操作和觀察人員的足夠空間。用戶能在各種氣候條件下從事試驗(yàn)，而且便于試驗(yàn)時(shí)做記錄或試驗(yàn)全部結(jié)束后立即編寫試驗(yàn)報(bào)告。
3 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)
本試驗(yàn)裝置自研制成功后，已用于110kVXLPE絕緣電纜線路的現(xiàn)場試驗(yàn)，并取得初步有效運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。
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