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摘 要　概述交聯聚乙烯絕緣電纜試驗的研究結果，介紹了天津電力公司引進的0.1Hz試驗設備及其在中壓35kV交聯聚乙烯絕緣電纜的試驗及介質損耗測試情況。

　　關鍵詞　0.1Hz試驗;介質損耗;應用

　　1　引言
　　對電纜線路進行預防性試驗，減少電纜突發故障，是提高供電可靠性的有效手段。電纜試驗要求在試驗電壓和試驗時間內有效地將電纜線路的缺陷發展成為故障暴露出來，然后通過查找故障點并予以修復，從而避免電纜線路在正常運行中發生故障。因此，對新設電纜線路進行嚴格的交接試驗，并對運行電纜線路按周期進行預防性試驗是電纜運行管理的一項重要工作。

　　國內對于交聯聚乙烯絕緣電纜(下文簡稱XLPE絕緣電纜)的交接和預防性試驗，多年沿用直流耐壓試驗的方法。而國外的研究和實踐經驗表明：直流耐壓試驗不適用于XLPE絕緣電纜，從而相繼研究開發了不同原理的試驗方法和設備，其中超低頻(VLF)0.1Hz交流試驗是解決中低壓XLPE絕緣電纜試驗比較成熟方法;天津電力公司于2001年6月引進了奧地利Baur公司生產的PHG80 0.1Hz試驗設備，并對35kV XLPE絕緣電纜開展0.1Hz試驗和介質損耗測試工作。

　　2　國內外關于XLPE絕緣電纜試驗的研究
　　國外對于中壓XLPE絕緣電纜試驗的研究開展較早。特別是歐洲一些國家，由于70年代中期生產的XLPE絕緣中壓電纜易形成水樹，以致運行后不久就發生故障，因此開展中壓XLPE絕緣電纜的試驗研究比較早，研究結果表明：直流耐壓試驗不適用于XLPE絕緣電纜，推薦使用交流試驗;并于90年代初開發出成型的替代直流耐壓適用于中壓XLPE 絕緣電纜的試驗技術和設備;并且修定了XLPE絕緣電纜試驗的標準。

　　2.1　直流耐壓試驗對于XLPE絕緣電纜存在的缺點
　　直流耐壓試驗源于油紙絕緣電纜試驗，實踐經驗證明直流耐壓試驗對于發現油紙絕緣電纜的缺陷是有效的，但對于XLPE絕緣電纜直流耐壓試驗存在如下缺點：

　　⑴ 電纜絕緣材料在直流電壓和交流電壓下的場強分布不同，直流電壓下的場強分布取決于材料的體積電阻率，而交流電壓下的場強分布取決于介質的介電常數。因而在電纜終端頭、中間接頭等電纜附件中直流電場強度的分布和交流電場強度的分布完全不同，而且直流電壓下絕緣老化的機理和交流電壓下老化機理不同，直流耐壓試驗不能有效的發現交流電壓下發生的某些缺陷;同時交流電壓下極易發生的缺陷在直流耐壓時卻不發生。故直流耐壓試驗不能模擬XLPE絕緣電纜的運行工況。

　　⑵ 直流耐壓試驗在XLPE材料上產生“累積效應”，在絕緣材料內產生的單極性殘余電荷需要很長時間才能將直流偏壓釋放。電纜在直流殘余電荷未完全釋放前投入運行，該直流偏壓便疊加在工頻電壓峰值上，可能導致絕緣擊穿。

　　⑶ 直流耐壓試驗容易形成震蕩，傷害電纜絕緣。直流耐壓試驗時會有電子注入到聚合物內部，形成空間電荷，使該處的電場強度降低，從而難于發生擊穿。XLPE絕緣電纜的半導電凸凹處和污穢點等處容易產生空間電荷，如果在直流耐壓時電纜終端發生閃洛或中間接頭擊穿，會在電纜線芯上形成波振蕩，在已聚積空間電荷的地方因振蕩電壓的極性迅速改變，從而使該處電場強度明顯增大，可能損壞絕緣。

　　⑷ 直流電壓極易發展水樹。XLPE絕緣電纜極易產生水樹，在直流電壓下水樹會迅速生長并生成電樹，加速絕緣老化，以致運行后在工頻電壓下發生擊穿。

　　基于上述原因，直流耐壓試驗對于XLPE絕緣電纜的等效性值得懷疑，并由于直流耐壓可能在很大程度上損壞XLPE絕緣電纜的使用壽命，因此，盡管直流耐壓設備具有重量輕，可以測量電纜長度長的特點，有些國家已經禁止對XLPE絕緣電纜進行直流耐壓試驗。

　　2.2　直流耐壓試驗的替代方法及趨勢
　　為解決XLPE絕緣電纜的試驗問題，相繼研究開發了諧振試驗、振蕩電壓試驗、局放測量和超低頻(0.1Hz)試驗試驗方法。

　　2.2.1　諧振試驗，為解決了電源系統的重量，采用不同形式的諧振系統：可調電感諧振系統、變頻諧振電源系統(頻率范圍在30---300Hz之間)、利用空氣間隙補償變壓器的諧振系統。

　　2.2.2　振蕩電壓試驗，這種試驗方法是用直流電源給電纜充電，然后通過一個觸發球間隙給一組串聯電阻和電感，從而得到一個阻尼振蕩電壓。但此方法對于長電纜是有問題的，雖然振蕩電壓法比直流耐壓試驗有效，但效果不如工頻試驗效果好。

　　2.2.3　研究證明工頻耐壓加上局部放電測量對于電纜的現場試驗的效果相當好，盡管在試驗的時間內有些缺陷并不擊穿，但故障點在試驗電壓下會出現局部放電。目前局部放電測試還僅限于檢查電纜接頭和和終端，主要是利用超高頻和超聲波進行現場的局部放電探測。

　　2.2.4　超低頻(VLF)0.1Hz交流耐壓試驗。
　　上述四種試驗方法中，前三種方法試驗設備容量大，一般適用于高壓電纜的試驗;第四種超低頻0.1Hz試驗是目前中壓XLPE絕緣電纜試驗的主要手段，在國外已被廣泛應用于中壓XLPE絕緣電纜試驗。

　　2.3　超低頻0.1Hz交流試驗的優點
　　0.1Hz試驗與直流試驗相比較具有以下優點：
　　⑴ 超低頻0.1Hz試驗電壓既有直流特點又有交流特點，0.1Hz耐壓試驗對老化XLPE絕緣電纜的影響，比直流耐壓試驗小。
　　⑵ 對于實驗室老化的XLPE 絕緣電纜，0.1Hz擊穿電壓近似等于工頻擊穿電壓;直流擊穿電壓明顯高出交流擊穿電壓很多。
　　⑶ 超低頻0.1Hz試驗設備所需要的輸出功率，由于試驗頻率比較低，顯著小于工頻試驗設備，其設備容量、重量可以和直流設備相比擬，適于現場測試。
　　⑷ 除了能對電纜作0.1Hz耐壓試驗外，還能對電纜進行介質損耗測量，從而掌握電纜整體的絕緣狀況。

　　3　我公司引進的PHG80試驗設備主要性能參數
　　在充分考慮天津地區中壓35kVXLPE絕緣電纜的運行的實際情況后，通過技術論證，引進了PHG80系列的0.1Hz試驗設備，將該設備及發電機等附屬設備一并組裝成一輛電纜測試車。PHG80輸出0.1Hz正弦波，電壓57kV時的最大容性負荷為1.1uF(即可以測試35kV三芯XLPE絕緣電纜長度約6公里);可進行35kV及以下電壓等級交聯電纜的介質損耗測量。
 　4　0.1Hz試驗技術使用中碰到的問題及在中壓35kVXLPE絕緣電纜的應用情況

　　4.1　關于試驗標準
　　關于中低壓交聯電纜的試驗標準規定不統一。在DIN VDE 0276 T.620中規定：0.1Hz， 3 U0，時間60min ;而在《XLPE絕緣電纜超低頻(VLF)0.1Hz耐壓試驗》一文中，通過對試驗老化的XLPE絕緣電纜超低頻0.1Hz耐壓試驗的研究，推薦試驗電壓和試驗時間如下：
　目前國內0.1Hz交流試驗及介質損耗測試尚無統一標準，在《電力設備交接預防性試驗規程》(DL/T 596—1996)只規定了直流耐壓試驗的方法;中壓35kVXLPE絕緣電纜的 0.1Hz試驗標準，我公司參照《電力設備交接預防性試驗規程》(修訂版，華北電力集團公司 二000年)執行：
　　即：新設電纜交接試驗：3 U0 60分鐘;
　　預防性試驗 ：2.1U0 5分鐘。
　　4.2　0.1Hz耐壓試驗及介質損耗的測試情況
　　4.2.1　0.1Hz耐壓試驗情況
　　2001年6月—2002年6月一年時間內，共在50回83段35kVXLPE絕緣電纜線路開展了0.1Hz交流電壓試驗工作。其中試驗擊穿3段(一黃I、II及一平I)，試驗擊穿率3.6%。通過分析該3段電纜線路發生擊穿的主要原因是：線路采用的預制式中間接頭質量不過關;在未引進0.1Hz試驗技術前，采用直流試驗方法時即多次在接頭部位擊穿。

　  通過上表可以看出：
　　⑴ 0.1Hz試驗時電纜擊穿多發生在負極性下，占擊穿次數71.3%。
　　⑵ 0.1Hz試驗時電纜擊穿電壓峰值接近3U0，即78kV。
　　⑶ 鑒于上述發生擊穿的電纜電纜線路基本上是在同一時期敷設的，且采用了相同形式的接頭施工工藝，可以認為交流0.1Hz試驗和直流耐壓試驗在發現預制型中間接頭質量缺陷方面是等效的。

　　4.2.2 35kV電纜介質損耗測量情況
　　目前國內尚無0.1Hz介質損耗測試標準，我公司采用了BAUR公司推薦的歐洲標準：tgδ(U0)<0.6‰ tgδ(2U0)<1.2‰;tgδ(2U0)-tgδ(U0)<0.6‰。

　　2003年1-6月份，對80段35kVXLPE絕緣電纜進行了介質損耗測試，按照保爾公司推薦的標準，達到此標準的段數為42段，沒達到的為38段，合格率為52.5%。

　　目前，我們開展的介損測量工作還處于數據積累階段，還不能就介損值與電纜運行擊穿之間建立起一定的聯系。換句話說，BAUR公司推薦的標準也許不適合我們的電纜。經峰二線35kV電纜在1U0下的介損值達到了12‰以上，在2U0下的介損值達到了20‰以上，電纜的預防性試驗還是能夠通過并繼續運行。

　　4.3　測試設備在使用中碰到的問題
　　4.3.1　由于本套試驗儀器是針對天津35kV電纜系統而專門設計的，目前只生產了一套，在設計上出現了一些了問題。儀器高壓電極對地的距離不夠，試驗時經常會出現閃絡情況;高壓箱體的密封不好，有大量灰塵進入，經常造成閃絡。

　　4.3.2　對于存在異型接頭的電纜線路，出現了三次在試驗后的幾個月內就發生電纜在運行中擊穿的情況。臺王、臺德、臺黑線等35kV油紙絕緣和交聯絕緣電纜混合線路，在試驗后不久即出現擊穿。這表明，在使用此試驗儀器進行含有油紙電纜段落的混合電纜線路試驗時，試驗電壓和試驗時間有待進一步確定。

　　4.3.3　由于對于35kV交聯電纜的介質損耗測試工作剛剛開始進行，缺乏測試經驗，無法評估天氣濕度、電纜終端頭的清潔程度及試驗時的對地距離對介損值測量的影響。

　　5　結論
　　5.1　直流耐壓試驗不適用于XLPE絕緣電纜，應當禁止對XLPE絕緣電纜進行直流試驗，至少應將直流試驗的次數減到最少。因為：其一直流試驗不能模擬XLPE絕緣電纜的交流運行工況;其二、直流耐壓試驗不能有效地發現交流狀況下嚴重的電纜缺陷。

　　5.2　0.1Hz試驗能夠較好解決中低壓交聯絕緣的預防性試驗問題，是代替交聯電纜直流耐壓試驗的有效手段。由于0.1Hz具有交流特性，有效的避免直流耐壓試驗在絕緣層內形成的積累效應，同時和直流試驗設備相近的設備容重比，適合電纜的現場試驗要求。

　　5.3　對于中壓35kVXLPE絕緣電纜線路的預防性試驗采用交流0.1Hz2.1 U0，試驗時間5分鐘的標準，同直流78kV試驗5分鐘的方法在發現預制型電纜中間接頭缺陷方面是等效的。

　　5.4　0.1Hz技術適用在中壓35kv交聯絕緣和油紙絕緣混合電纜線路的試驗電壓和試驗時間，執行交聯電纜的試驗標準難以滿足油紙絕緣電纜的要求，有待進一步確定。

　　5.5　0.1Hz介質損耗測試作為一種絕緣狀況判斷手段，需要原始診斷數據的綜合比較。國內中壓35kV0.1介質損耗測試缺乏同一的標準，而此相測試工作在天津地區開始不久，處于積累原始數據的過程。為開展0.1Hz介損絕緣診斷工作打下基礎，充分利用0.1Hz試驗設備資源，應開展35kV XLPE絕緣電纜線路的介質損耗普測工作，利用2—3年時間內建立運行線路的0.1Hz介質損耗底帳;同時，對新敷設電纜線路，在投入運行前進行介質損耗測試。