XLPE电缆的试验方法1.doc

XLPE电缆的试验方法1.2 直流耐压试验 直流耐压试验反映电缆绝缘的泄漏特性和耐压特性。理论分析和实际效果均表明油浸纸介质电缆、充油电缆或充气电缆。其直、交流耐压特性基本相同。 固体介质电缆如橡塑电缆（包括XLPE电缆），因绝缘层中气隙的存在，在直流状态下往往会使气隙短时放电，而加强（提高）了气隙的耐压强度，同时由于气隙放电后形成的反电势短时不能消失而形成积累效应，当改变外加电压方向后，绝缘耐压强度显著降低。故直流耐压试验不但不能充分反映电缆的实际耐压，且有时对电缆还有破坏作用。 XLPE电缆在运行过程中发生的故障，用M表测电阻较低，用直流电源“烧穿”故障点时，绝缘电阻却越来越高，即泄漏电流越来越趋于正常值，“隐蔽”了故障点。其原因为:直流作用下多个含潮水气隙引发的故障点放电后形成反电势，提高了该点绝缘强度；交流下形成的导电桥路在直流下被破坏。故障直流耐压不适合试验橡塑电缆。1.3工频耐压试验方法 工频耐压试验最能反映电缆绝缘实际情况的，原因为：电缆是在工频下运行的，其试验电压频率在工频下最为合理，可完全模拟运行情况。从理论上讲，工频耐压试验不但能反映电缆的泄漏特性，而且能完全反映电缆的耐压特性，还能反映电缆局部电介质损耗引起的局部耐压特性。 但实际中，由于电缆为容性负载，每m有约150400PF的电容量。若10kV XLPE电缆长为1km，工频试验电压为20kV时可计算出该试验设备的容量 50kVA 。故需50kVA的调压控制器和50kVA/20kV的试验变压器才能完成工频试验。若电缆的长度为5km时，设备的容量应250kVA。而当电缆为110kV耐压等级电缆时，也可通过上式计算得知。当电缆较长时因设备太笨重而无法实施。 为了减小工频试验装置的体积重量，通常由变压器与电感L、电缆组成工频串联谐振电路。 因电缆电容一定，可通过调节电感使回路发生工频串联谐振。此方法显然比直接采用工频变压器做试验要好此，但实际设备很笨重，且操作很麻烦。1.4 超低频耐压试验 超低频（VLF）耐压试验装置的输出频率一般为0.01Hz0.1Hz。输出波形为正弦波或余弦波。故超低频试验也是一种交流耐压试验。采用超低频试验的目的是为了在满足交流电压条件下,尽可能地减小试验设备的体积和重量。 与工频试验相比，在试验电压不变的条件下，VLF设备的容量可以减小（50/0.010.1）=5005000倍。同时a）具有直流试验的特点；b）不存在电缆的“积累效应问题”，并能较好地发现气隙局放产生绝缘损耗所引起的绝缘问题，具有工频试验的优点；c）由于试验频率低，对于由电缆中偶极子(如水份)产生绝缘损耗所引起的绝缘下降较工频试验要少。故有条件时应在现场做电缆的介损试验。1.5 变频谐振耐压试验 因负载电容量一定，通过调节电感L使电路发生工频谐振。但通常调谐比较麻烦，设备也较笨重，现场实施也较困难。变频装置通过变化激励电源的频率可很方便的实现谐振。其频率范围一般在30300Hz之间。变频谐振装置试验是在等效工频试验的前提下尽可能减小试验设备的体积和重量。 因变频谐振试验的电压频率有时较电缆的实际工作频率要高出许多（最大6倍）。由电介质的基本特 性可知，当频率越高，电缆绝缘的偶极极化损耗越厉害，越容易发现问题，但频率高后，XLPE电缆的两 层半导电层会加剧电缆的夹层极化损耗。1.6 电缆的介损测量 测量介损只能反映电缆的整体老化受潮损耗情况。对于发现局部劣化及受潮不太灵敏，包括电缆接头问题等。故不适合现场试验。1.7 电缆的局放试验 橡塑电缆的绝缘中存在的气隙、潮水等，在额定直流电压下，一般只存在极短的局放过程或不发生局放。若发生局放，其放电过程比较短，在一定的时间内其局放过程不至于使电缆的绝缘击穿，但其危害性很大。故只对电缆的特定部位应进行局放测量。如对电缆的怀疑部位、中间接头、终端头等。1.8 振荡电压试验 振荡电压试验用于超高压电缆的现场交接试验，直流高压电源先给电缆充电、充满后开关K打到“b”位，此时，电缆和电感L、电阻R1、R2形成串联振荡电路，产生频率约为几kHz衰减的正弦（余弦）波，通过测试振荡波形的有关参数来判断电缆的绝缘好坏。这套装置在现场试验比较方便轻巧，但 是否有效，仍待确认。2 结论a）对于橡塑电缆，直流耐压试验只能发现电缆绝缘已明显劣化或击穿的情况。因对电缆有“破坏”作用，故仅在迫不得已时使用，且仅作参考。b）超低频试验装置由操作控制和高压电源组成。现场操作轻巧方便，对电缆没有“破坏”作用，完全可以作为橡塑电缆的一种试验方法。由于技术限制使其主要用于35kV的电缆试验。 c）变频谐振试验装置由变频电源、激励变压器、谐振电抗器、分压器组成。35kV的电缆采用本方法，现场操作较麻烦。对于66kV的电缆可作为一种现场试验方法。 d）对110kV的电缆振荡电压法体积小，现场操作方便。但能否有超低频和变频谐振试验的效果，尚待验证。e）局放试验只能检测电缆的特殊部位（中间接头、终端头等）。对110kV的电缆现场作此试验很有必要。f）介损测量法，由于其本身的局限性，在现场使用几乎没有实际意义。70年代末,国外电力部门发现了直流耐压试验对橡塑绝缘是无效的且具有危害性,所以,目前,国内已不推荐甚至禁用直流法做XLPE电缆试验。因为XLPE电缆致命的一个弱点是绝缘内容易产生水树枝,在直流电压作用下会迅速变为电树枝并形成放电,加速了绝缘劣化:而单纯的水树枝在交流工作电压下还能保持相当的耐压值并能保持一段时间。国内外的调查研究和实践都表明,直流耐压试验不能有效发现交流电压作用下的某些缺陷,如电缆附件内的机械损伤等。而采用超低频(0.1Hz)交流试验方法设备体积虽减小了,但也有其局限性。首先,目前国内产品均采用半电子半机械(大功率开关每5秒切换一次)方式来产生0.1Hz频率,输出波形无法达到等效性好的正弦方波:其次,试验时间通常要求1小时(三相同做时为l小时,若发现有缺陷时再分相做,每相1小时),工作效率是比较低的;同时,超低频(0.1Hz)耐压试验只适用于中低压、高压XLPE电缆,无法满足超高压电缆主绝缘的试验要求。 国际大电网会议(CIGRE)21-09工作组于1997年发表的高压挤包绝缘竣工验收试验导则中指出:30-300Hz交流耐压试验与工频耐压的等效性良好,推荐用此方法进行电缆交流试验并制定了试验电压标准。基于一些高校实验室的理论和模拟试验研究以及国外十几年来采用变频试验的经验,其等效性好,效率高,设备轻便,试品长度几乎不受限制。IEC60840标准中推荐45-150kV电压等级敷设后电缆试验标准中增加了1.7U0/5min或10/24h的交流试验标准:IEC62067/CD草案中对220kV等级则只提出了交流试验的要求,频率为:20-300Hz。电力电缆试验作业指导书一、目的 检验电缆在运输、存放、敷设过程中是否受到损伤，电缆头制作质量是否达到标准要求，保证电缆安全可靠地投入运行。二、编制依据1、GB 50150-91电气装置安装工程 电气设备交接试验标准2、DL 5009-1-92电力建设安全工作规程（火力发电厂部分）三、试验范围 聊城新电厂高压电缆。四、应具备的条件1、电缆敷设到位，电缆头制作完毕。2、环境相对湿度不高于80%，温度不低于5。3、试验所需仪器仪表配备齐全、在有效期内。4、调试人员熟悉掌握试验方法、仪器的操作使用。五、调试顺序与技术要求及标准调试顺序技术要求及标准1、测量各电缆线芯对地（金属屏蔽层）间和各线芯间的绝缘电阻采用2500V兆欧表2、直流耐压试验及泄漏电流测量试验电压为24KV，时间15分钟；试验时，试验电压可分4个阶段均匀升压，每阶段停留1分钟，并读取泄漏电流值；测量时应消除杂散电流的影响；当泄漏电流很不稳定或随试验电压升高急剧上升或随试验时间延长有上升现象时，电缆绝缘可能有缺陷，应找出缺陷部位，并予以处理。3、检查电缆线路的相位电缆两端相位应一致；电缆与电网相位相符合。4、记录试验时的环境温度与湿度六、安全风险分析序号工艺流程安全风险情况分析预防措施1绝缘电阻测量泄漏电流伤人。先用带电阻的放电棒放电，再直接接地放电。2直流耐压试验及泄漏电流测量高压危险。带电冲击或升压。电缆两端拉设警戒绳，悬挂“止步，高压危险！”标示牌，派专人监护。升压前，将调压器调至零位，零起升压。试验后，三相短接接地七、安全注意事项1、试验过程中，直流高压发生器的外壳必须可靠接地。2、试验区域应设围栏，向外醒目悬挂“止步，高压危险”警示牌，非试验人员严禁进入试验区，并设专人监护。3、电缆两端人员应联络通畅，命令确认后方可开始试验。4、试验前应确认高压试验区域无人后，方可开始升压。5、试验人员应分工明确，各负其责、精力集中。6、正确操作仪器，试验后应及时拆除所做措施。7、试验中如发现异常情况，应立即断开电源，并经放电接地后方可进行检查。8、每试验完一相，必须充分放电后方可换相。八、环保注意事项1、试验接线时所剥线头及所用塑料带、保险丝等及时回收。2、保持墙面、地面及附近设备的清洁。10 kV交联电力电缆试验方法分析1.1 直流耐压试验对发现电缆绝缘缺陷的有效性直流耐压试验的目的在于检验电缆的耐压强度。它对发现绝缘介质中的气泡、机械损伤等局部缺陷比较有利。因为在直流电压下，绝缘介质中的电位将按电阻分布，所以当介质有缺陷时，电压主要被与缺陷部分串联的未损坏介质的电阻承受，较有利于发现介质缺陷。电缆绝缘在直流电压下的击穿强度约为交流电压下的两倍，所以可以施加更高的直流电压对绝缘介质进行耐压强度的考验。很多情况下，我们用兆欧表检测电缆绝缘良好，而在直流耐压试验中发生绝缘击穿，可见直流耐压是检测高压电缆绝缘缺陷的有效手段。1.2 直流耐压试验对交联聚乙烯绝缘电缆的局限性直流耐压试验对发现多数电缆绝缘缺陷十分有效，但对交联聚乙烯绝缘电缆则未必，甚至可能产生副作用。(1)交联聚乙烯绝缘在交流电压下的电场分布不同于施加直流电压时的电场分布。交联聚乙烯绝缘材料是聚乙烯塑料经交联工艺而生成的，属整体型绝缘材料，其介电常数为2.12.3，且一般不受温度变化的影响。在交流电压下，交联聚乙烯绝缘层内的电场分布是由介电常数决定的，即电场强度是按照介电常数的反比例分配的，这种分布比较稳定。在直流电压下，绝缘层中的电场强度是按照绝缘电阻率的正比例分配的，且绝缘电阻率分布是不均匀的(在交联聚乙烯塑料生产过程中，因工艺原因不可避免地在主料中有杂质存在，如甲烷聚乙醇，它们具有相对较小的绝缘电阻率，且沿绝缘层径向分布是不均匀的)，所以交联聚乙烯绝缘层中的电场分布不同于理想绝缘结构而与材料的不均匀性有关。绝缘层的绝缘电阻率受温度和场强影响较大，可用式（1）描述： = （0e-）/（E）式中：0 绝缘层在0时的绝缘电阻率； 温度系数，取0.15/； 温度E 工作或实验电场强度； 系数，取2.12.4。由于在绝缘层中，交、直流电压下电场分布的不同，导致了击穿特征的不一致。(2)直流耐压试验不仅不能有效地发现交联聚乙烯绝缘中的水树枝等绝缘缺陷，而且由于空间电荷的作用，还容易造成高压电缆在交流电压作用下某些不应发生问题的地方投运不久就发生击穿。此外，电缆的某些部分，如电缆头，在交流情况下，存在某些缺陷，在直流耐压试验时却不会击穿。(3)现场进行直流耐压试验，如果发生闪络或击穿可能会对其他正常的电缆和接头的绝缘造成危害。(4)直流耐压试验会在交联聚乙烯材料中产生累积效应，将加速绝缘老化，缩短使用寿命。1.3 预防性试验的利与弊过去我国参照前苏联的做法，常将运行中的电缆按计划停运，加人五六倍电压试验，如电缆受潮、外层损坏自然可以出现击穿，然后测故障点、修复，再用五六倍电压施加510 min，正常后投入运行。如仍击穿或泄漏电流不正常，再进行一次测故障点、修复，直至电缆完全正常。这种过程有很多不利因素，首先电缆耐压击穿后停电时间达35天，甚至更长，对一个企业或单位来说，损失有时是无法估量的，尤其是一些单电源用户；其次预防性试验往往集中在春季，要在很短的时间对所管辖的电缆进行试验，不仅劳动强度大，而且难以对每条电缆都进行仔细分析；另外，大规模采用交联聚乙烯电缆和不滴流纸绝缘电缆，长期用五、六倍电压做预防性耐压试验也不尽合理，经常发生这样的情况：一些老电缆，一经试验肯定击穿，不做试验反而能运行很长时间。所以随着科技进步，应开展在线监测取代年复一年的预防性试验。1.4 以泄漏电流为依据判断电缆绝缘优劣的方法电缆泄漏电流的测量与直流耐压试验在发现绝缘缺陷的原理上是有区别的。一般来说，直流耐压试验对于暴露介质中的气泡和机械损伤等局部缺陷等比较灵敏，而泄漏电流能够反映介质整体受潮与整体劣化情况。两者在试验中又密不可分，泄漏电流实际上是在直流耐压试验中测得的。测量泄漏电流的微安表在实验回路中位置不同，实验的高压引线是否采用屏蔽线等因素都会影响泄漏电流的数值，所以在测量泄漏电流的过程中，判据不是电流的具体数值而是泄漏电流的变化趋势。依据泄漏电流判断绝缘状况时，应注意以下几点：(1)电压升高的每一阶段都必须注意观察电流随日引司变化的趋势。一条绝缘良好的电缆，在电压上升的每一阶段，电容电流和吸收电流先叠加在泄漏电流上，表观电流一定是剧增，后随时间下降，电压稳定1min后的稳态电流值只及电压初上升时的10%20%，这就是泄漏电流。如电缆整体受潮，则电流在电压上升的每一阶段几乎不随时间下降，严重时反而上升，这种电缆不能轻易投运。(2)泄漏电流值随时间的延长有上升现象是绝缘缺陷发展的迹象。良好的绝缘在试验电压下的稳态泄漏电流值随着时间的延长应保持不变，有的略有下降。2 规定的交联电力电缆的预防性试验2.1 预防性试验项目(1)测量电缆外护套绝缘电阻值和内衬层绝缘电阻值。(2)测量钢铠对地的绝缘电阻值，检查直埋电缆的外护套有无损伤。(3)测量铜屏蔽层对钢铠的绝缘电阻值，检查内衬层有无损伤。(4)采用500 V兆欧表测量外护套和内衬层绝缘电阻值。当绝缘电阻很低时，应用万用表的“正”、“负”表笔交换测量铠装层对地或铠装层对铜屏蔽层的绝缘电阻值。若两次测得的绝缘电阻值相差较大时，就可判明外护套和内衬层已经破损进水。(5)使用2 500 V或5 000 V兆欧表，测量电缆的绝缘电阻值。(6)使用万用表测量铜屏蔽的连续性。2.2 预防性试验周期(1)对于受电电缆及2 000 kW以上机组电缆，试验周期一般为1年。(2)对其他配出开路电缆，试验周期为3年。若电缆运行10年以上，试验周期为1年。2.3 预防性试验标准(1)用500 V兆欧表测量电缆外护套的绝缘电值不低于1M/km。(2)用500 V兆欧表测量电缆内衬层绝缘电阻值不低于0.5 M/km。(3)用2 500 V或5 000 V兆欧表测量电缆主绝缘电阻值不低于1000 M/km。3 交联电力电缆的鉴定性试验交联电缆鉴定性试验是指新制作终端头或中间头、处理电缆护层或铜屏蔽后的主绝缘电阻值低于规定值时，需对电缆作直流耐压试验和0.1 Hz超低频交流耐压试验。鉴定性试验项目及标准见表1、表2。表 1 直流耐压鉴定性试验项目及标准试验项目/试验标准/试验周期:1.线芯对地的泄漏电流/耐压5min的泄漏电流不应大于耐压1 min的泄漏电流/检修后2.线芯对地的5min直流耐压不击穿/36 kV的为4UN,10kV的为3UN,35110 kV的为2UN/预防性试验不合格表2 0.1 Hz交流耐压鉴定性试验项目及标准试验项目/试验标准/试验周期1.线芯对地的泄漏电流/耐压后不上升，与上次试验比较无明显上升/检