论文部分内容阅读
【摘 要】从交联聚乙烯电缆的现场使用，通过数据比较，分析判断现有的直流耐压方式的优缺点，并结合新钢业公司自身特点，找出适合公司的交联聚乙烯电缆绝缘耐压试验方法。
【关键词】交联聚乙烯电缆；绝缘电阻；试验方法；应用
2001年随着公司新区技改建设，产能的逐步扩大，形成了炼铁、炼钢、轧钢、球团、石灰、焊管、制氧等相关配套工程的建设和投产，以及电缆生产原料、技术的提高，使用的便捷性等等条件的改变，原来使用的充油纸绝缘的电力电缆逐渐被交联聚乙烯电缆替代，并在我公司得到广泛使用，10KV电压等级的电缆的使用量，其总长度达到约100km。为此在这里主要探讨交联聚乙烯电缆的试验。
1 攀钢集团西昌新钢业公司电缆概况
1.1 现状
四川西昌220kv省网→110kv变电站→10kv的供配电方式，公司有10kv电压等级电缆112回，其长度达到100km左右。均采用交联聚乙烯绝缘电力电缆（XPLE绝缘电力电缆）；由于在工程中大量的使用交联聚乙烯电缆；在使用近12年后，逐步暴露出一些相关方面的问题。
1.2 导致故障的原因
（1）机械损伤约为57%：外力损伤、施工损伤、自然损伤。
（2）绝缘受潮约为13%：三头工艺不良或密封失效、外护层有孔或裂纹。
（3）绝缘老化：选型不当、长期受热、化学腐蚀。
（4）过电压：气泡、杂质，绝缘油干枯、节疤或遗漏。
（5）过热：长期过负荷、烧伤、热辐射。
（6）质量缺陷：本体缺陷、附件缺陷、三头制作。
（7）新旧电缆交叉使用，电缆生产厂家，生产工艺水平参差不齐，造成电缆自身洁净度不够（杂质含量、水分等超标）、在电缆同心度上存在不同程度的偏心。
1.3 数据统计
（1）电力电缆的设计寿命在理想的施工、运行、维护管理的状态下寿命为40年；由于实际情况远不及理想状态，使用寿命一般为30年；电缆的无故障运行阶段：2～8年；少故障阶段：8～15年；多故障阶段：15～30年。
（2）据统计：发达国家≤8次/年.百公里；我国：18次/年.百公里，电缆本体故障率：47%，电缆中间头故障率：20%，电缆户外头故障率：19%，电缆户内头故障率：14%。
2 试验技术方式探讨
我公司10KV电压等级的电缆的使用量，其总长度达到约100km；其中单回长度，最长的距离约有700m左右，由于被试电缆长度较长、电缆电容量较大，故对直流耐压试验、交流（工频）耐压试验-谐振法、超低频余弦（VLF 0.1HZ）试验等几种试验方法进行分析探讨，达到及时发现电缆绝缘的各种隐患，防止运行电缆发生意外故障或事故的目的。
2.1 直流耐压试验
直流试验属传统的方法即对电缆线路施加直流耐压，传统思想认为，电缆在直流电压下的击穿强度为交流的2倍，交流下介损与局放的强度大大增加，对电缆的损伤较大，因此允许较高的直流试验电压，但是在实践中发现，有时刚做完电缆耐压检测不久，电缆出现问题。
（1）交联聚乙烯电缆属于橡塑绝缘，它是整体型的绝缘，绝缘介质在直流电场下场强的分布按介质的电阻系数成正比分布，实际运行中是交流电场，而交流电场是按介电常数成反比分布。
（2）交联聚乙烯电缆（XLPE）绝缘中电场的分布取决于绝缘本身及所含的杂质的含量、分布的不均匀性以及附加的其他介质，尤其在附件中所加的介质较多与电缆实际运行中场强的分布和老化击穿机理根本不同，造成交流电压下回导致击穿的缺陷直流耐压发现不了，而在交流电压下不会击穿的问题在直流耐压下却击穿了。
（3）交联聚乙烯电缆这种橡塑绝缘电缆及附件在直流耐压下会在两极间形成空间电荷（电缆的半导体突出处和污秽点等处容易产生空间电荷），即使经过24小时放电，危险的残余电荷依然存在，导致电缆投运后，随着交流电压极性的改变，电场的叠加将导致局部达到瞬间高压，甚至是10～20倍U0，从而导致电缆击穿。
2.2 交流耐压试验-谐振法
（1）有种看法，认为交联聚乙烯电缆是在工频条件下使用，故应采取工频方式进行试验，当选择工频电压时是对电缆正常绝缘作击穿试验，但我认为针对电缆应着重体现交接和预防性试验，其的目的是在于发现电缆绝缘存在缺陷的能力，并不是对在用电缆进行破坏性试验；故从国外的一些试验数据可以看出，试验电压频率选择在35～75hz时击穿电压均落在可置信度95%之内，在试验时使用的电压值偏低，它能发现绝缘的薄弱处如：机械损伤、终端头等。但往往由于现场条件受限，需要庞大的测试设备，如我公司单回电缆长度接近1km，电缆的电容特性为0.2～0.3μf/公里，其尺寸、重量、功耗等有时无法再现场使用。
（2）正常情况下，电缆作工频（40～60HZ）串联谐振试验不存在与实际运行的等效问题，设备是靠调感调谐，容量较大的高压电抗器通过机械装置调节磁路中的气隙来改变电抗值，可以进一步增加试验设备容量。
（3）串联谐振回路电压波形较好，对工频谐振，高次谐波含量较低；安全性较高，一旦击穿或表面闪络，能够失去谐振，有利于切断电源。
（4）对于长距离电缆，电容量也相对较大，则必须采用电抗器与被测电缆并联，以补偿容性电流，减小变压器容量，但仍不能大大降低设备的重量和尺寸。
2.3 0.1HZ VLF超低频余弦电压试验（Very Low Frequency）
（1）首次接触VLF是2006年攀钢集团选用西马力的在线测振设备后，后对西马力公司生产的VLF试验装置有了进一步的认识。
（2）VLF绝缘试验应用范围
新电缆的交接试验
接头试验
预防性试验 （3）可以发现以下电缆隐患，以防止突发性电缆故障
严重的水树
电树
接头质量
机械损伤
电缆绝缘的内部缺陷等
4）根据无功功率的方程：Q=U2 +，降低f能大大降低试验设备的容量，理论上降低约1/100～1/500。
3 结论
结合国内交联聚乙烯电缆的测试技术标准以及相关钢铁企业和测试设备生产厂家等实际使用情况，归纳如下：交联聚乙烯电缆的测试特别是在线使用的电缆，对其采用合适的正确的方法至关重要，其直接关系到在线运行电缆的可靠性、以及减少和杜绝电缆事故造成的直接和间接经济损失。（1）交联聚乙烯等橡塑电缆的交接试验不宜采用直流耐压；（2）VLF试验方法对水树等类型的电缆故障的发现率较高，对电缆损伤较小，利于电缆绝缘的在线监控（3）谐振法试验的等效性最好，采用补偿电容器可大大提高现有设备的试验能力；采取适合本单位的测试方法，为供电系统的稳定、可靠、经济运行保驾护航。
参考文献：
[1]应启良.高压XLPE绝缘电缆线路的竣工试验[1].电线电缆1998（6）.
[2]高压挤包绝缘电缆竣工验收试验建议导则GIGRE WG 21.09.
[3]西马力检测仪器公司BMA ADVANCED INSTRUMENT LID
【关键词】交联聚乙烯电缆；绝缘电阻；试验方法；应用
2001年随着公司新区技改建设，产能的逐步扩大，形成了炼铁、炼钢、轧钢、球团、石灰、焊管、制氧等相关配套工程的建设和投产，以及电缆生产原料、技术的提高，使用的便捷性等等条件的改变，原来使用的充油纸绝缘的电力电缆逐渐被交联聚乙烯电缆替代，并在我公司得到广泛使用，10KV电压等级的电缆的使用量，其总长度达到约100km。为此在这里主要探讨交联聚乙烯电缆的试验。
1 攀钢集团西昌新钢业公司电缆概况
1.1 现状
四川西昌220kv省网→110kv变电站→10kv的供配电方式，公司有10kv电压等级电缆112回，其长度达到100km左右。均采用交联聚乙烯绝缘电力电缆（XPLE绝缘电力电缆）；由于在工程中大量的使用交联聚乙烯电缆；在使用近12年后，逐步暴露出一些相关方面的问题。
1.2 导致故障的原因
（1）机械损伤约为57%：外力损伤、施工损伤、自然损伤。
（2）绝缘受潮约为13%：三头工艺不良或密封失效、外护层有孔或裂纹。
（3）绝缘老化：选型不当、长期受热、化学腐蚀。
（4）过电压：气泡、杂质，绝缘油干枯、节疤或遗漏。
（5）过热：长期过负荷、烧伤、热辐射。
（6）质量缺陷：本体缺陷、附件缺陷、三头制作。
（7）新旧电缆交叉使用，电缆生产厂家，生产工艺水平参差不齐，造成电缆自身洁净度不够（杂质含量、水分等超标）、在电缆同心度上存在不同程度的偏心。
1.3 数据统计
（1）电力电缆的设计寿命在理想的施工、运行、维护管理的状态下寿命为40年；由于实际情况远不及理想状态，使用寿命一般为30年；电缆的无故障运行阶段：2～8年；少故障阶段：8～15年；多故障阶段：15～30年。
（2）据统计：发达国家≤8次/年.百公里；我国：18次/年.百公里，电缆本体故障率：47%，电缆中间头故障率：20%，电缆户外头故障率：19%，电缆户内头故障率：14%。
2 试验技术方式探讨
我公司10KV电压等级的电缆的使用量，其总长度达到约100km；其中单回长度，最长的距离约有700m左右，由于被试电缆长度较长、电缆电容量较大，故对直流耐压试验、交流（工频）耐压试验-谐振法、超低频余弦（VLF 0.1HZ）试验等几种试验方法进行分析探讨，达到及时发现电缆绝缘的各种隐患，防止运行电缆发生意外故障或事故的目的。
2.1 直流耐压试验
直流试验属传统的方法即对电缆线路施加直流耐压，传统思想认为，电缆在直流电压下的击穿强度为交流的2倍，交流下介损与局放的强度大大增加，对电缆的损伤较大，因此允许较高的直流试验电压，但是在实践中发现，有时刚做完电缆耐压检测不久，电缆出现问题。
（1）交联聚乙烯电缆属于橡塑绝缘，它是整体型的绝缘，绝缘介质在直流电场下场强的分布按介质的电阻系数成正比分布，实际运行中是交流电场，而交流电场是按介电常数成反比分布。
（2）交联聚乙烯电缆（XLPE）绝缘中电场的分布取决于绝缘本身及所含的杂质的含量、分布的不均匀性以及附加的其他介质，尤其在附件中所加的介质较多与电缆实际运行中场强的分布和老化击穿机理根本不同，造成交流电压下回导致击穿的缺陷直流耐压发现不了，而在交流电压下不会击穿的问题在直流耐压下却击穿了。
（3）交联聚乙烯电缆这种橡塑绝缘电缆及附件在直流耐压下会在两极间形成空间电荷（电缆的半导体突出处和污秽点等处容易产生空间电荷），即使经过24小时放电，危险的残余电荷依然存在，导致电缆投运后，随着交流电压极性的改变，电场的叠加将导致局部达到瞬间高压，甚至是10～20倍U0，从而导致电缆击穿。
2.2 交流耐压试验-谐振法
（1）有种看法，认为交联聚乙烯电缆是在工频条件下使用，故应采取工频方式进行试验，当选择工频电压时是对电缆正常绝缘作击穿试验，但我认为针对电缆应着重体现交接和预防性试验，其的目的是在于发现电缆绝缘存在缺陷的能力，并不是对在用电缆进行破坏性试验；故从国外的一些试验数据可以看出，试验电压频率选择在35～75hz时击穿电压均落在可置信度95%之内，在试验时使用的电压值偏低，它能发现绝缘的薄弱处如：机械损伤、终端头等。但往往由于现场条件受限，需要庞大的测试设备，如我公司单回电缆长度接近1km，电缆的电容特性为0.2～0.3μf/公里，其尺寸、重量、功耗等有时无法再现场使用。
（2）正常情况下，电缆作工频（40～60HZ）串联谐振试验不存在与实际运行的等效问题，设备是靠调感调谐，容量较大的高压电抗器通过机械装置调节磁路中的气隙来改变电抗值，可以进一步增加试验设备容量。
（3）串联谐振回路电压波形较好，对工频谐振，高次谐波含量较低；安全性较高，一旦击穿或表面闪络，能够失去谐振，有利于切断电源。
（4）对于长距离电缆，电容量也相对较大，则必须采用电抗器与被测电缆并联，以补偿容性电流，减小变压器容量，但仍不能大大降低设备的重量和尺寸。
2.3 0.1HZ VLF超低频余弦电压试验（Very Low Frequency）
（1）首次接触VLF是2006年攀钢集团选用西马力的在线测振设备后，后对西马力公司生产的VLF试验装置有了进一步的认识。
（2）VLF绝缘试验应用范围
新电缆的交接试验
接头试验
预防性试验 （3）可以发现以下电缆隐患，以防止突发性电缆故障
严重的水树
电树
接头质量
机械损伤
电缆绝缘的内部缺陷等
4）根据无功功率的方程：Q=U2 +，降低f能大大降低试验设备的容量，理论上降低约1/100～1/500。
3 结论
结合国内交联聚乙烯电缆的测试技术标准以及相关钢铁企业和测试设备生产厂家等实际使用情况，归纳如下：交联聚乙烯电缆的测试特别是在线使用的电缆，对其采用合适的正确的方法至关重要，其直接关系到在线运行电缆的可靠性、以及减少和杜绝电缆事故造成的直接和间接经济损失。（1）交联聚乙烯等橡塑电缆的交接试验不宜采用直流耐压；（2）VLF试验方法对水树等类型的电缆故障的发现率较高，对电缆损伤较小，利于电缆绝缘的在线监控（3）谐振法试验的等效性最好，采用补偿电容器可大大提高现有设备的试验能力；采取适合本单位的测试方法，为供电系统的稳定、可靠、经济运行保驾护航。
参考文献：
[1]应启良.高压XLPE绝缘电缆线路的竣工试验[1].电线电缆1998（6）.
[2]高压挤包绝缘电缆竣工验收试验建议导则GIGRE WG 21.09.
[3]西马力检测仪器公司BMA ADVANCED INSTRUMENT LID