1、 电缆实验手法的革新1概述随着我公司的发展,特别是在城网改造和都市美化的规定,用交联聚乙烯电缆(如下简称:“交联电缆”)替代架空线路已成为一种趋势,高电压的电力交联电缆使用的数量越来越多。为了检查和保证交联电缆的安装质量,在送电投运前,对交联电缆进行现场交流耐压实验十分必要。过去由于使用交联电缆一般长度都比较长，因此容量较高，受实验设备的限制,在现场对交联电缆进行交流耐压实验比较困难,一般采用直流耐压实验来替代。存在两个缺陷:1)直流电压对交联聚乙烯绝缘,有积累效应,即“记忆性”。一旦电缆有了由于直流实验而引起的“记忆性”,它就需要很长时间来释放尽残留在电缆中直流电荷。而当该电缆投入运营时,直
2、流电荷便会叠加在交流电压峰值上,产生“和电压”,远超过电缆的额定电压,使绝缘加速老化,缩短使用寿命。2)直流电压分布与实际运营的交流电压不同,直流电场分布受电阻率影响,而交流下电场分布与电阻率和介电系数均有关。因此直流耐压实验并不能象交流耐压同样可以精确地反映电缆的机械损伤等明显缺陷,直流实验合格的电缆,投入运营后,在正常工作电压作用下,也会发生绝缘故障。由此可见,对于交联电缆采用老式的直流耐压实验是不可取的,应予裁减。近年来,国内外许多专家都建议现场对交联电缆进行交流耐压实验来替代直流电压实验。由于电力电缆对地电容量很大,在现场采用50Hz工频进行交流耐压实验条件难以具有,但采用调频电源进行
3、交流耐压实验,条件是基本具有的。根据规范现场绝缘耐压实验中使用的交流电压频率,可采用30300Hz。2交流耐压的几种实验措施21串联谐振如果被试品的实验电压较高,而电容量较小,一般可采用串联谐振措施,见图1所示。串联谐振的等效电路当实验回路中0L=10C(C涉及CX、C1、C2)时,实验回路产生串联谐振,此时能在试品上产生较高的实验电压(实验电压高下与回路品质因数有关),如果电容C较大,实验回路电流也较大,通过电抗器的电流也较大,这时实验设备一般难以满足现场实验需要;一般该实验接线仅合用于被试品电容量较小而实验电压较高,实验变压器能满足实验容量规定而不能满足实验电压规定的状况。对于电力电缆来说
4、被试设备的电容量C是固定的,要使实验回路产生谐振就要变化实验回路的电感L或频率,即:0=1LC或L=102C;采用变化电感的措施来满足串联谐振需采用可调电抗器,但限于运送和在现场搬动,电抗器的体积和重量不能做得很大,因此可调电抗器的调节范畴是有限的。因此在现场实验时采用调感的措施往往由于电抗器的范畴有限而不能满足实验规定。另一种措施是采用调频的措施,即当电抗器和电容固定期通过变化实验电源频率来使0L=10C来达到所需的电压,但这时需要一套调频电源装置。22并联谐振 如果被试品的实验电压较低而试品容量较大时,一般可采用并联谐振措施,见图2所示。并联谐振的等效电路当实验回路中0L=10C(C涉及
5、CX、C1、C2)时,实验回路产生并联谐振,此时试品电压等于电抗器电压也等于升压变压器高压侧电压。由于电抗器的补偿作用,变压器理论上仅提供回路阻性电流,可以大大减少对实验变压器的容量规定。因此该实验回路合用于试品电容量大,而电压较低的状况。低电压的电抗器一般容易制作,实验时可采用几种低电压电抗器并联的措施或运用可调电抗器变化电感的措施来满足并联谐振规定。如果有一套调频电源装置的话,也可采用变化实验电源频率的措施,使回路满足实验规定。23串-并联法当实验电压较高、被试品电容量较大时,采用上述两种措施都难以满足实验规定,重要是实验设备难以满足规定:一是合适的高电压大容量的电抗器一般单位都不具有;二
6、是不同长度的电缆电容量不相似,需要的电抗器也不同样,虽然是可调电抗器也往往由于可调范畴有限而难以满足实验规定。因此仅靠配备合适的电抗器来满足实验规定就比较困难,因此国内外进行长电缆交流耐压实验一般均采用串、并联调频谐振方式。 串-并联谐振的等效电路如图3所示,在实验回路中串入电抗器产生串联谐振来提高被试品实验电压,在被试品两端并联电抗器使被试品电容电流大部份由电抗器来补偿,从而使通过串联电路中电抗器的电流大为减少,从而减少实验对电抗器、实验变压器的规定。采用调频电源装置来变化实验频率使0L=10C,使实验回路产生谐振。这样实验设备就比较容易满足实验规定。举例来说，如一条110kV交联电缆长为2
7、km，其每km的电容量为0.12F,每一相电缆总电容量大概为0.27uF,采用的补偿电抗器为4个并联,每个电抗器的电感量为200H左右,串联电抗器电感也为200H左右,在电抗器1串4并的串并联谐振接线状况下,通过变频电源尽量使实验频率接近于50Hz,计算的实验频率大概为48-45Hz,计算被试品电力电缆的电容电流大概为9.04A,4个电抗器补偿电感电流为7.23A,每个补偿电抗器通过的电流不到2A,而串联回路中的电抗器电流仅为1.81A,这样每个电抗器只需要耐压150kV电流不小于2A;升压变压器的变比为K=18000V/400V=45,输出电压为18kV,电流也只需要2A就能满足实验规定。被
8、测相谐振频率试品电流实验回路Q值（Uc/U）A51.91.259.5B51.61.2510.0C51.81.259.5电抗器5节，1串4并注:在电缆芯导体和金属屏蔽层间施加实验电压110kV,持续5min,实验成果所有通过。1)从实验中可以看出,“串-并联谐振法”实质上仍然是串联谐振。这次实验重要还是运用L-C谐振原理与老式的串联谐振不同之处在于,电抗器L不是简朴的与被试品电力电缆电容Cx构成串联谐振,而是与电抗器L1-L4和被试电缆电容Cx的并联回路产生串联谐振,谐振电压为Uc。并联电抗器L1-L4重要起补偿作用。2)由于有了L1-L4的补偿作用使得流过励磁变压器高压侧及串联电抗器L上的电流I减小电抗器L的体积和重量将大大减轻以及励磁变压器容量也将大大减少相对提高了调频谐振装置的带负载能力。使得原本很难进行的实验项目,相对变得容易。 编制：田乐 郑锐
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