1、本科毕业论文（20 届）电缆现场试验所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 哈尔滨理工大学学士学位论文- I -电缆现场试验摘要目前，XLPE 电缆在电力系统中被广泛应用。而现场对其进行合理的绝缘试验，保证运行的安全性就显得非常重要。电缆现场试验是一项需要专业性很高的工程，不仅需要电力设备、电缆的运输、敷设等步骤的参与，也需要多行业、多科学、多领域的政策支持。这说明了电缆现场试验的实行和法则将会是前沿技术不断应用和发展。电缆现场试验满足了人们的需要，对电缆的需求，适应了时代的发展，是当今社会不可或缺的。本文主要分析了电缆现场试验的方法，对各种方
2、法的原理进行了叙述。XLPE 电缆现场试验方法一般包括 0.1Hz 超低频耐压试验，变频谐振试验，振荡波试验。0.1Hz 超低频耐压试验的设备轻便，在中压电缆的使用中已广泛应用，不过试验所施加电压的时间较长。振荡波试验利用电缆绝缘电容与电抗器振荡，设备更便于现场使用，而且还可以进行局放试验，不过它的耐压的有效性还未被认可，同时对电缆现场试验的发展前景进行了展望。总之，电缆现场试验的方法有很多种，而且各有特点，至于采用哪种方法进行电缆现场试验最为合理还没有形成统一的认识。关键词 现场试验；0.1Hz 超低频；变频谐振；振荡波哈尔滨理工大学学士学位论文- II -XLPE cable field
3、test technologyAbstractCurrently, XLPE cable has been widely used in power system. Field tests of its reasonable insulation, Is necessary to ensure safe operation.Cable field test is a need professional engineering, not only need the power equipment of cable, transportation, laying the steps involve
4、d, but also need a lot of industry, more scientific, more areas of policy support. This shows that cable field test and the law will be leading technology continuous application and development. Cable field test satisfying the peoples needs, adapted to the development of the Times, in todays society
5、 is indispensable.This paper introduces the cable field test methods, The characteristics of the various methods were compared. XLPE cable field tests typically include 0.1Hz ultra-low frequency voltage test，frequency resonant test and Oscillatory voltage test. 0.1Hz ultra-low frequency voltage test
6、 equipment, light in the medium voltage cable has been widely used, but the applied voltage test a long time. Oscillatory voltage test of cable insulation oscillation capacitor and reactor equipment to facilitate on-site use, but also for partial discharge measurement, but its effectiveness has not
7、been approved pressure. At the same time, it also make the cable field test future has been looking.In short, the cable field test methods are numerous, and have their special characteristics of the method adopted for cable field test the most reasonable yet there is no unified understanding.Keyword
8、s field test; frequency resonant test; 0.1Hz ultra-low frequency resonant; Oscillatory voltage test; Oscillating wave哈尔滨理工大学学士学位论文- III -目录摘要 .IAbstract.II第 1 章 绪论 .11.1 课题背景 .11.2 电缆现场试验的分类与发展 .21.3 本论文的主要工作 .4第 2 章 0.1Hz 超低频耐压试验 .52.1 概述 .52.2 产生方法 .52.2.1 试验的标准 .62.2.2 试验电压和时间的确定 .72.2.3 原理 .82.2
9、.4 试验过程 .102.3 0.1Hz 试验的应用情况 .102.3.1 0.1Hz 试验的特点 .102.3.2 0.1Hz 试验的发展情况 .112.4 本章小结 .12第 3 章 变频谐振试验 .133.1 概述 .133.2 试验原理 .133.2.1 试验的标准 .133.2.2 变频谐振试验的标准依据 .133.2.3 理论基础 .143.3 变频谐振的应用情况 .173.3.1 变频谐振试验的特点 .173.3.2 变频谐振的使用情况 .183.3.3 现场使用的注意事项 .183.3.4 变频谐振的发展与展望 .193.4 本章小结 .19第 4 章 振荡波试验 .204.1
10、 振荡试 验概述 .204.1.1 参数的选择 .20哈尔滨理工大学学士学位论文- IV -4.2 振荡波的原理 .214.2.1 局部放电定位原理 .224.3 振荡波试验的特点 .244.4 振荡波试验的发展 .254.5 本章小结 .25结论 .26致谢 .27参考 文献 .28附录 .31哈尔滨理工大学学士学位论文- 1 -第 1 章 绪论1.1 课题背景和在一般人的印象中，电缆只是一个简单的概念，就是外面包着一层绝缘塑料的金属线而已。现代技术发展飞速，电缆的概念远比想象中来得复杂，从家用电话线、充电器到网线，甚至铁氟龙线，功能更多样化和复杂化。电缆的根源，要追溯到公元 1831 年，
11、英国科学家法拉第发现的“电磁感应法则”，为电缆的发展奠定了坚实的基础；1881 年美国的格尔屯发明了交流发电机，1830 年法拉第制成了卷线，也就是现在的漆包线，直到1889 年美国的佛朗第发明了油浸纸绝缘电力电缆，正是目前所用的基本型的电力电缆。电缆的发展主要涉及的是绝缘材料和导体的发展。绝缘材料有裸线漆包线塑料线合成材料现在的各类电缆，导体由白金铜铝发展到现在的光缆等等。1884 年，MacCracken 提出了适用螺旋纸绝缘的设想后，Vincent de Ferranti 在 1890 年制造出同轴电缆，首次安装在英国伦敦，从此地下电力传输的研究不断取得新的发展。1891 年，在芝加哥安
12、装了第一条 13kV 电缆，1902 年在蒙特利尔安装了第一条 3 根导线的25kV 电缆，而且成功地运行了 50 多年。1914 年， Hochstadter 提出了绝缘屏蔽原理，让电缆内部的静电场保持均匀分布。在其后的 1917 年，Emanueli 设计出中空的充油电缆，最终解决了高压和超高压的电力传输问题。地下电力电缆的电压等级也在逐年提高，1922 年 Cleveland 的电缆达到 69kV,1926 年在蒙特利尔达到 66kV,1927 年在米兰的电缆达到 70kV。近些年在加拿大和美国的电缆分别达到了 525kV 和 535kV，在意大利安装的地下输电电力电缆更高达 1100k
13、V【1】 。电缆依照日本电线工业协会 1977 年对电缆的分类为：裸线、卷线、通讯电缆、电力电缆和被覆线。而由制作过程可以分为：炼铜、伸铜、伸线、绞线 【2】 。近 30 年来，国内外电缆制造技术发展得很迅速，XLPE 绝缘电力电缆的生产工艺有悬链（CCV） 、立塔（VCV）和长承模（MDCV ） ，电缆产品的质量大幅提高，杂质、微孔等的尺寸以及线芯的偏心度等关键的技术指标得到了严格控制 【3】 。电缆有运行的可靠性、安装的简便性、便于储存的优点，电力电缆对于设计和生产要求可靠性高、寿命长，但是电缆的铺设和修理之后必须要哈尔滨理工大学学士学位论文- 2 -进行必要的试验，所以还是要进行定期预防
14、性试验。1.2 电缆现场试验的分类与发展电缆现场试验很多种方法，不过在现实生活中大家常用的有三种：0.1Hz 超低频试验，变频谐振试验和振荡波试验。0.1Hz 超低频耐压试验是一种新的方法，有不易损坏，试验设备体积小、重量轻等优点，而为了达到这些优点会对试验电源要求是交流而且是低频率的。国内外的研究表明，试验的时候将 50Hz 工频电压替代了 0.1Hz 超低频电压，这两种试验电压具有较好的等效性，而且电网运行时的 50Hz 电压频率与试验用的 0.1Hz超低频试验电压相差很大，所以采用 0.1Hz 超低频试验电压在现场试验的时候可以有效的抑制干扰 【4】 。0.1Hz 超低频试验在直流耐压试
15、验中由于在直流电压的作用下，空间电荷效应较为严重，而且已经对交联聚乙烯电缆的介电强度和寿命引起伤害，所以已经不适用于交联聚乙烯电缆。交流试验虽然有效，不过因为设备的体积大、质量重，而且试验时电缆的无功损耗较大功率，传统超低频技术又不适合电缆，故需要研究新的电缆检测方法。0.1Hz 耐压试验装置的容量在理论上是工频（50Hz）的 1/500，耐压效果与工频试验是等效的，在欧美发达国家，为提高电缆供电的可靠性，广泛的采用了 0.1Hz 超低频耐压试验技术。1990 年奥地利学者 Kruger 第一次提出了橡塑电力电缆经过了直流耐压试验后存在累计破坏效应，他提出用 0.1Hz 超低频耐压试验的替代理
16、论，建议停止直流耐压试验。1995 年德国制定了 VDE DIN 0276 Part 1001中压橡塑电缆交接试验工频交流耐压和 0.1Hz 耐压试验电压标准 ；1996 年美国电力研究所（EPRI）发布了中压电力电缆 0.1Hz 超低频现场试行导则 ；2004 年我国颁布了电力行业标准超低频高压发生器通用技术条件 DL/T 849.42004 ，为推广超低频技术起到了关键作用，明确而且规范了超低频试验的一些标准 【5】 。变频谐振试验用的设备是谐振式电流滤波电路，通过改变激励电源的频率是串联回路达到谐振状态，而且可以大幅度的减少试验电源的容量。谐振试验能够改善电源电源产生的波形畸变，可以得到
17、很好的正弦的电压波形，还可以有效抑制谐波的波峰对被试品的损害。在高压电缆运行的试验表明了现场采用直流耐压试验不能有效地检验出有缺陷的电缆和附件，在各国电缆试验运行经验发现通过直流耐压试验的 XLPE 绝缘电缆还有附件在投入运行后击穿事故时有发生 【6】 。随着城市电网的电缆化改造和组合设备（GIS ）在电网中的应用，许多大电容的设备要进行预防性试验和交接试验。早起的试验方法和设备在容量还有技术上达不到现场试验的要求，所以找到适合现场的试验电源完成试验是非常重要的。上世纪 80 年代至哈尔滨理工大学学士学位论文- 3 -90 年代中期，加拿大、德国、美国等先进国家制定了相应的交流耐压试验标准并进
18、行了推广和应用，90 年代末开始，我国广东、北京等地出台了对XLPE 电缆做交流试验的暂行规定，随着国标 GB501502006电气安置安装工程电气设备交接试验标准以及 DL/T849.62004电力设备专用测试仪器通用技术条件的颁布实施，结合各省各地制定的试验规程，对XLPE 电缆进行了交流耐压试验已经达成了共识 【7】 。相对于比较传统的调感式谐振和工频试验的方法，变频谐振技术在 XLPE 电缆试验中的应用才刚刚开始起步，随着计算机技术和电子技术的发展，变频谐振系统在电力系统高压试验中会越来越重要，同时也会给国家、企业等带来经济利益和社会效益，通过借鉴国内外专家们的统一认识和成功的经验，我
19、们应该坚信它的应用前景是十分广阔的。振荡波试验是利用电缆等值电容与电感线圈的串联谐振原理，使震荡电压在多次极性变换过程中电缆缺陷的地方激发出局部放电信号，通过高频耦合器测量出的信号来达到检测目的。不过耐压试验仍然存在几个问题：一是需要持续施加高于运行电压数倍的电压，可能对电缆造成损伤而陷入新的缺陷；二是耐压结果只有通过和击穿两种，有些缺陷不容易被发现，也不利于对缺陷和绝缘状态进行评估；三是现有的耐压设备试验过程可视化不够成熟，无法将局部放电和它的发生位置联系起来 【8】 。振荡波测试系统（Oscillating Wave TestSystem,OWTS）是近年国内外应用效果比较好的一种用于 X
20、LPE 电力电缆的测试技术。研究表明，震荡波电压与交流电压具有良好的等效性，而且与交流电压、超低频电压相比，作用时间短、操作方便，而且还可以发现 XLPE 电力电缆中的各种缺陷，尤其是电缆的制造的质量缺陷和施工质量缺陷 【9】 ，不会对电缆造成损伤，而且系统轻便、灵活，易于实现，很适用于电缆现场试验。振荡试验时近几年国内外供电单位尝试使用并替代交流耐压方法的一种新兴的试验技术。Oscillating waveform technology(OWT)出现至今约二十年的时间。具体来说，上世纪九十年代初至九十年代末期为实验室摸索阶段，2000 年至 2007 年之间为通过现场试点而不断完善的时期。近
21、几年，美国、荷兰、日本、新加坡以及中国北京、济南、上海等地的电力部门也因为快速关断开关等技术得到了解决而开始引用这种方法，也先后证明了这种震荡波的试验方法在检测电力电缆，尤其是在中压电缆系统的绝缘状态的有效性 【10】 。振荡试验时近几年国内外供电单位尝试使用并替代交流耐压方法的一种新兴的试验技术。Oscillating waveform technology(OWT)出现至今约二十年的时间。具体来说，上世纪九十年代初至九十年代末期为实验室摸索阶段，2000 年至 2007 年之间为通过现场试点而不断完善的时期。近几年，美国、荷兰、日本、新加坡以及中国北京、济南、上海等地的电力部门也哈尔滨理工
22、大学学士学位论文- 4 -因为快速关断开关等技术得到了解决而开始引用这种方法，也先后证明了这种振荡波的试验方法在检测电力电缆，尤其是在中压电缆系统的绝缘状态的有效性 【11】 。 1.3 本论文的主要工作本论文针对电缆现场测试技术，对电缆现场测试的几种方法进行了简述，叙述了 0.1Hz 超低频耐压试验、变频谐振试验和振荡波电压试验的原理、产生方法及未来发展趋势等。哈尔滨理工大学学士学位论文- 5 -第 2 章 0.1Hz 超低频耐压试验2.1 概述1990 年奥地利学者 Kruger 首次提出橡塑电力电缆经过直流耐压试验只有还存在累计破坏效应，提出了建议停止直流耐压试验。直流耐压试验在 XLP
23、E 绝缘电缆中存在缺点：（1）电缆绝缘材料在直流电压和交流电压下的场强的分布是不同的，直流电压下场强分布是取决于材料的体积电阻率，而交流电压下的场强分布是取决于介质的介电常数，直流耐压试验不能很好的发现交流电压下产生的缺陷；（2）直流耐压试验在 XLPE 材料上产生“累积效应” ，在绝缘材料内产生的单极性残余电荷要很长时间才能释放直流偏压。电缆在直流的残余电荷还没有完全释放之前投入运行，该电流偏压便叠加在工频电压峰值上，可能导致绝缘击穿；（3）直流耐压试验易形成震荡，对电缆绝缘有所损害；（4）直流电压下容易发展水树，XLPE 电缆在直流电压下水树会迅速生成电树，加速绝缘老化，导致运行后在工频电
24、压的情况下发生击穿 【12】 ，容易破坏绝缘电缆寿命，尽管直流耐压设备重量轻等特点，仍提出用 0.1Hz 超低频耐压试验作为替代理论，而提出建议停止直流耐压试验。由于直流耐压试验有上述缺点，国内外都在积极地寻求替代试验方法。1989 年德国柏林工业大学以及柏林 Bewag 公司、奥尔登堡 EWE 公司、多特蒙德 VEW 公司等大电力公司的电缆专家在一项课题研究中，比较了直流电压、超低频 0.1 Hz 正弦电压、超低频 0.1Hz 余弦方波电压、振荡电压(约 112 kHz)、50 Hz 谐振电压，认为超低频电压最适用于中压 XLPE 电缆现场耐压试验。在众多试验方法之中，谐振试验、振荡试验一般适用于高压电缆试验，而超低频 0.1Hz 试验是目前中压 XLPE 绝缘电缆试验的主要方法。2.2 产生方法0.1Hz 超低频耐压试验是鉴定交联聚乙烯绝缘电力电缆绝缘强度的最直接的方法，也可以作为判断停运后的交联聚乙烯绝缘电力电缆能否继续投运的重要的参考依据。0.1Hz 超低频交流电压作为实验电源具有很多优点：对绝缘的作用与 50Hz 交流电压有很好的等效性，能降低对试验设备容量的要求，从理论上来讲，可以使它的容量减少到 50Hz 的 1/500，近些年来这种超低频试验方法在额定电压为 1035kV 的电缆试验中应用较广，
