1、浅述 XLPE 高压电缆交流耐压试验原理及应用摘要：随着我国国民经济的快速发展,交联聚乙烯绝缘（XLPE）电力电缆以敷设于地下、占地少、不影响城市景观等优点，正逐渐成为电力系统中的主要部件之一，尤其在大城市和重要工业区，其重要程度都在不断提升。与此同时，为满足城市用电量激增的需要，110kV 及以上电压等级的 XLPE 电缆正在城市主干网中大量使用，为了确保电缆的正常运行，电缆的试验非常重要，尤其是交流耐压试验。 关键词：交联聚乙烯电缆串联谐振耐压耐压试验车 中图分类号： U273.94 文献标识码： A 为了检验 XLPE 电缆的施工质量，确保电缆在长期高场强、大负荷运行运行条件下不发生故障
2、，国内外的电力公司竣工投产前或检修后运行的试验中，通常需要对在高压电缆进行耐压试验。 根据国际电工学会 IEC 60840 规定，110kVXLPE 电缆耐压试验有两种方法：直流耐压 3U0，15 分钟；交流耐压 1.7U0 5 分钟或 1U0 24 小时；IEC 62067 标准中 220kVXLPE 电缆试验取消了直流耐压，规定交流耐压1.7U0 5 分钟或 1U0 24 小时。国内目前交接试验一般按照 GB 50150电气装置安装工程 电气设备交接试验标准进行，电缆运行后的检修依据Q/GDW 168输变电设备状态检修试验规程进行。 高压电缆耐压试验方法 高压电缆耐压试验方法主要有直流耐压
3、试验、传统的交流耐压试验、串联谐振耐压试验、振荡电压试验系统、超低频试验系统等等，不同的耐压试验方法的特点各有不同 电缆直流耐压试验对试验设备以其重量轻，可测电缆长度长为特点，便于应用。但是其电场分布与交流电压下的电场分布不同，导致击穿特性不一致；直流高压试验也不能发现 XLPE 电缆绝缘中的水树枝等缺陷，而且由于空间电荷的作用，还容易试验投产后在交流电场作用下的绝缘击穿；另外如果现场直流试验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，因此直流耐压试验现在很少使用。 传统的交流耐压试验使用的电源为普通试验变压器型式，对试验电源与变压器要求较高，尤其长的电缆线路，其容量很难满足要求
4、，而且体积庞大不利于现场运输。 为了减轻电源系统的重量，电缆变频谐振耐压试验得到广泛应用，其原理是通过改变试验系统的电感量或试验频率，使试验回路中电抗与电缆的容抗值相同，组成谐振回路，试品上的大部分容性电流与电抗器的感性电流相抵消，电源供给的能量仅为回路中消耗的有功功率，从而降低了试验电源的容量。试验方法包括串联谐振与并联谐振两种方式，其中括串联谐振耐压试验应用最广泛。GB 50150 规定交接试验中，电缆变频谐振耐压试验的频率范围为 20300Hz。 振荡电压试验这种试验方法包括用直流电源给电缆充电，然后通过一个触发球隙放电给一组串联电阻和电感，从而得到一个阻尼振荡电压。必须注意对于长电缆，
5、振荡电压方法是有问题的。尽管振荡电压试验方法比直流耐压试验方法更有效，但此方法仍不如工频试验效果好。 超低频试验（VLF）已被广泛应用于中压电缆的试验，但目前还没有可用于高压电缆试验的超低频装置。 串联谐振耐压试验的原理 图 1 串联谐振等效电路 变频串联谐振的基本原理是一个基本的 LC 串联谐振回路，具体如图1。要使回路发生谐振，有很高的输出电压，回路中的容抗与感抗必须相等。即： 此时： 式中 f0电源频率； I试验回路电流； w0电源角频率； 串联谐振可通过调节电感、电容或频率使电路达到谐振条件，由于该试验大多是针对现场大电容设备进行的，因而电容确定时，一般通过采用调感或调频来进行补偿使试
6、验回路达到串联谐振状态。 由于容性电流与电抗器上的感性电流相抵消，回路处于串联谐振状态时，电源供给的能量仅为回路中消耗的有功功率，为试品容量的1/Q（Q 为系统的谐振因素） ，因此试验电源的容量降低，重量大大减轻。 变频串联谐振耐压试验是利用电抗器的电感与电缆电容实现谐振，在电缆上获得高电压，是当前高电压试验比较成熟的方法。 变频串联谐振是谐振式电流滤波电路，能改善电源波形的畸变，获得较好的正弦电压波形，有效防止谐波峰值对电缆的误击穿。变频串联谐振工作在谐振状态，当电缆的绝缘点被击穿时，电流立即脱谐，回路电流迅速下降。发生闪络击穿时，因失去谐振条件，除短路电流立即下降外，高电压也立即消失，电弧
7、立即熄灭。 电缆变频谐振耐压试验车 杭州供电公司从事的 35kV 及以上高压电缆交接试验以及检修后的试验均采用串联谐振耐压试验，传统的试验方法是通过调节电抗器值，使电路在 50Hz 频率附近达到谐振条件。但该试验方法通常包括电源箱、控制柜、隔离变、励磁变、电抗器等主要设备，缺点是设备多、集成性差、试验接线复杂、不便于运输。 为了解决传统串联谐振耐压试验的缺陷，杭州供电公司于 2013 年通过引进德国海沃公司的 WRV 型变频谐振试验系统，并组织专业人员技术改造，形成了现在的高压电缆耐压试验车，其结构及实物见图 2、3。 该设备的优点是通过变频控制单元调节电源频率可以使电缆线路与高压电抗器的组成
8、串联谐振回路，而不必如传统的试验方法需要多个电抗器串并联以使回路来达到谐振点，因此占地面积小；设备使用的高压电抗器采用铁壳式电抗器，外接散热片，具有良好的散热效果;而国产设备采用绝缘桶结构，散热效果欠佳，在大电流时耐压时间难以持续太长，电抗器易过热烧坏；系统的可靠性高、多种完善的保护措施，例如电抗器的温度检测和过热保护、隔离阻抗对击穿后瞬态过电压的保护、穿检测和快速关断、其它软件和硬件保护；并且该设备可以测量电缆的局部放电量，可以发现电缆的不明显缺陷，保证电缆投运后的安全。 图 2 串联谐振耐压试验车结构图 图 3 串联谐振耐压试验车 串联谐振耐压试验车试验过程及需要注意以下问题： 1.试验必
9、须可靠接地,接地电缆截面不小于 50mm2 2.励磁变的输入对地必须绝缘 3.在通电前及工作过程中，必须关好柜门 4.断掉总电源至少 6 分钟才能进行变频柜的内部维修，查找原因 5.即使面板上的按钮开关关掉，控制部分也可能带电，必须关掉总电源才能进行维修 6.三相供电(尤其是柴油发电机)的中性点(N 线)必须接地，合闸前必须检查供电电压,包括线电压和相电压（柴油发电机运行几分钟后，用万用表测量，正常后再送电） 7.供电开关不能带漏电保护 8.柴油发电机的容量应为所需容量的 2.5 倍以上 9.纹波电压的大小，如果报警或过大(大于 180V)，应停止试验，查找原因 目前杭州供电公司从 2013 年 6 月开始使用该串联谐振耐压试验车，进行了超过 30 条 110kV 及 220kV 电缆的交接试验，取得了较大的经济和社会效益。
