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电力电缆变频谐振耐压试验分析

时间:2015-10-12 21:33:57
1电力电缆采用变频谐振耐压试验的背景与优势分析 与架空线路相比,螺旋电缆线路具有敷设隐蔽、受气候干扰小、少维护、对城市市容影响小等优势,在城市电网中的应用越来

 QQ截图20151012213342.jpgQQ截图20151012214126.jpgQQ截图20151012214153.jpgQQ截图20151012214221.jpg1电力电缆采用变频谐振耐压试验的背景与优

势分析
    与架空线路相比,螺旋电缆线路具有敷设隐蔽、受气候干扰小、少
维护、对城市市容影响小等优势,在城市电网中的应用越来越普
遍,而且电缆化率也成为衡量城市电网技术水平的重要标志。随
着油浸纸绝缘电力电缆逐步退出历史舞台,代之以安装简便、没
有漏油困扰的橡塑绝缘电力电缆,其中交联聚乙烯(XLPE)电力电
缆更因为电气机械性能好、传输容量大、施工安装灵活而成为主
流电缆。
    为了保证线路安全运行,电力电缆投入运行前必须进行交接
验收试验,以避免机械损伤、安装工艺缺陷等问题引起运行故障
损失;在电力电缆运行期问,也要定期进行预防性试验,以便及
时发现故障隐患和潜伏性缺陷。在这些试验中,按照被试绝缘的
危险程度分为非破坏性试验和破坏性试验两大类,前者因为施加
的电压低于额定电压,不会损伤电缆的绝缘性能而被称为非破坏
h}试验,主要试验项目包括绝缘电阻测量、泄漏电流测量、介质损
耗因数测量等;后者要在高于工作电压条件卜进行试验,可能引
起绝缘损伤和破坏,故称之为破坏性试验,主要试验项目是直流
耐压试验和交流耐压试验。虽然非破坏性试验能发现许多绝缘缺
陷,但因为试验电压较低,某些局部缺陷还是不能够被检出,所以
必须通过破坏性试验来进一步暴露这些缺陷。
    直流耐压试验设备体积小、重量轻、操作简单、便于现场实
施,同时早期的油浸纸绝缘电力电缆的绝缘结构为油和纸的组
合,采用直流耐压试验不会因累积电荷而造成绝缘损伤,所以曾
经很长一段时问作为现场的主要试验项目。但是直流耐压试验不
合适用于XLPE电缆,因为它的绝缘结构是固体介质,这与油浸纸
电缆绝缘结构迥异,在直流电场作用卜容易储存和聚集空问电荷
而形成“记忆效应”,需要很长时问才能完全释放出累积的电荷,
而交接试验和预防性试验后都不大可能等待这么久再投运,这样
很容易出现累积的电荷叠加在工频交流电压峰值上而击穿电缆;
另一方面XLPE电缆中的“水树枝”指水分浸入绝缘结构并在电
场作用形成的树枝状物)在直流电压作用卜会迅速转化为“电树
枝”指绝缘结构内部形成的树枝状放电通道),从而加速绝缘老
化和引起电缆击穿故障。交流耐压试验环境更接近实际运行环
境,而且电场分布也与直流电压不同,交流电场由介电参数控制,
直流电场由电阻率控制,这些特点决定了交流耐压试验是鉴定
xrPF由蠕币右扮_币守奎的有件_
    经过多年研究和探索,交流耐压试验己形成工频耐压试验、
变频耐压试验、超低频耐压试验和振荡波耐压试验四个系列。工
频耐压试验是指采用试验电压频率为49一61H:的交流电源
进行耐压试验,根据设备原理又分为直接工频和工频串联谐振
(调感式串联谐振)两种主要方法。变频耐压试验是指利用能够
产生可变频率20一300H:的交流电压装置进行耐压试验,主
要方法为变频谐振耐压试验法。超低频耐压试验是指输出频率
为0. O 1一0. 1 H:的交流耐压试验。振荡波耐压试验是指利用高
压直流电源经谐振电抗器对试验回路缓慢充电,然后再将试验
回路迅速接地,使电缆电容与谐振电抗器发生自由振荡的耐压
试验。在上述交流耐压试验方法中,工频法与电缆实际运行环境
无疑是最接近的,其等效系数为1,而振荡波试验的等效系数为
1. 27一1. 58,超低频试验的等效系数为1. 26一1. 5,变频谐振
试验的等效系数小到1. 20那么工频耐压试验是否就是最理想
的呢?这还要比较试验设备的品质因数、单位容量等参数。品质
因数是指无功功率绝对值与有功功率之比,直接工频、工频串联
谐振和变频谐振的品质因数(Q)大约为5(最大)、30一60和
40一120;从试验设备容量看,直接工频装置为15一20kg/kVA,
工频串联谐振装置为3一10 kg/kVA,变频谐振装置为0. 5一2
kg/kVA。例女I I 8. 7/ 1 OkV. 300mm2的XI,PG电缆,假设采用17. 4
kV的试验电压,试验设备容量为51.29  kVA/m,采用直接工频试
验设备至少需要770kg/m,若用工频串联谐振试验设备起码也需
要L5" kg/m,而变频谐振试验设备可能只需26kg/m。因此,电力
电缆现场试验采用变频谐振耐压试验是最合适小过了。
2变频谐振耐压试验原理与方法
2. 1变频谐振原理
    图1为变频串联谐振耐压试验的等效回路,其中C包含了
被试电缆电容、高压试验回路电容和电容分压器,R也包含了
电缆电阻和电抗器电阻,I为电抗器的电感。当回路发生谐振
时,厂一‘/(2n LC),并有Xz = Xc } Uc一‘火/“一LIXz l R。令谐振
回路的品质因数为Q, N_Q=  LlClR=rzLlR=1/}mCR},所以有
L}r二QU,也就是被试电缆两端的电压等于励磁电压的Q倍。输入
功率P =IUcoszp,因发生谐振时负荷为纯电阻性,cosh=1,所以
P=IU。加在被试电缆上的容量Ps=U}l=QUI=QP,也就是说试验
电源容量只是被试电缆需要容量的1/Q,联系上一章中变频串联
谐振装置的Q数据,就小难理解变频谐振的优势所在了。
    虽然串联谐振是应用较广泛的方法,但仍然可以根据实际需
要而采取其他回路形式。图2是并联谐振耐压试验的等效回路,
适用于试验变压器容量小足的情况。在并联回路中,发生谐振时
凡- x}.。此时I}. I}都比较大,但却有I}O}U}=U。通过调整试
验电源频率可调谐回路至谐振,并目‘电源频率和试验回路特性对
谐振条件与试验电压的稳定性有决定性影响,目‘由于被试电缆放
电时电源输出电流较小,因而可避免对被试电缆绝缘造成损伤。
    如果试验变压器额定电流和额定电压都无法满足试验要求
时,A}一采取串并联谐振回路,如图3所示。几、L}分别包含了用以
补偿被试电缆容性电流的电抗器,通过调谐电源频率可达到谐振
状态。谐振时,试验变压器仅需提供整个回路中的部分有功损耗,
所以同样可以减小试验变压器容量,但对品质因数Q有一定影
响。
2. 2变频谐振试验装置
    以变频串联谐振耐压试验为例,试验装置由变频电源、励磁
变压器、谐振电抗器、电容分压器和补偿电容几部分组成。目前,
变频电源叫一自动调谐,当然也叫一以通过手动方式进行调谐。励磁
变压器用于将变频电源与试验回路进行隔离,同时设法与被试电
缆的功率与电压匹配,一般有多个绕组抽头以满足小同电压、容
量的需求。电抗器有油式和干式之分,前者容量大;后者较轻便,
但散热差一些。电容分压器用于测量被试电缆电压。补偿电容用
于补偿短距离、等效容量小的电缆容量,一般并联于试验回路中。
2. 3试验参数计算
    2. 3. 1估算试验电流与容量
    根据被试电缆型号、规格、电压等级确定其电容。对于XI,PG
电缆'  p,一按C=2.3/[181n}d=/d}}]( } F'}km)计算,式中dl为导体芯线
直径(含屏蔽层),dZ为绝缘外径。也可查相关书籍手册参考电容
量。试验电流I =2mfCU},试验电压认可根据GH 50150-2006表
18.0.5来确定,估算频率f建议取32H}。试验容量P}. = Ll}l o励磁
变压器的容量pr=psl}}输出电压Ur=U}IQo
    2. 3. 2谐振电抗器负载率与试验频率、试验电流验算
    按谐振电抗器串、并联个数计算其等效电容,应使等效电容
与被试电缆电容相等。并联时的等效电感按L一艺L,计算,串联
                                                                                                  子                                                                                                  =i
时的等效电感按uL一艺(nL=)计算。试验频率应在2。一300Hz
                                                  z=}
范围内,超出该范围可能损坏试验装置。最后再根据I=2nfC认验
算试验电流。
3变频谐振耐压试验方法应用
3. 1工程概况
    某110 kV电缆线路布设在室外变压器与G丁S开关设备之间,
电缆型号为Y且W02-64/110-630。电缆采用隧道敷设,全长835m0
终端分别为YJ7,GG-64/110-630和YJ7,YG-64/110-630。耐压试验
设备采用VFBR变频串联谐振装置。
3. 2试验方案
    经过理论计算拟定了两个试验方案I和II。现场配置与接线
布置以及全套变频串联谐振装置(图略)。
3. 3结果分析
    两个试验方案电抗器配置方案小同,方案I和II的谐振频率
分别为58. 4H和50. 2H,对照GH 50150-2006及相关规程规定A}
知两个方案都满足要求。方案I试验配置较少,装拆、运输省事-
些;而方案川听需试验装置多一些,装拆、运输略为繁琐一些,但
该方案史接近实际运行频率,因而比方案I史为理想。从中可以
看到,小同的试验配置可以得到小一样的结果,这也为实践所证
明。事实上,方案II如果选用1个或2个电抗器进行配置就得小
到这样的结果,这从一个侧而说明合理配置方案的重要性。
4结语
    目前,在我国城市电网电缆线路中交联聚乙烯电缆的使用比
例己经超过90`%。由于电力电缆线路造价高、停电损失大,因此选
择有效的试验方法就显得尤为重要了。变频谐振试验方法近年来
逐渐引起注意,随着人们重视程度的加深,该方法必然有着广阔
的应用前景。
参考文献
[1]陈化钢.电力设备预防性试验方法及诊断技术「h1].北京:
    中国水利水电出版社,2009.
[2]韩伯锋.电力电缆试验及检测技术「h1].北京:中国电力出
      版社,2007.
[3]程占福.交联聚乙烯绝缘电力电缆耐压试验方法「J7.光纤
    与电缆及其应用技术,2014 (2) : 9-12.
[4]全国电线电缆标准化技术委员会.GH/T 3048.8-2007电
    线电缆电性能试验方法第8部分:交流电压试验「别.北
    京:中国标准出版社,zoos.
 

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