试论高电压直流耐压试验对电缆寿命的影响

来源:用户上传      作者: 李生明 刘德军 敬素梅

　　摘要：分析了高电压直流耐压试验可有效发现纸绝缘电缆缺陷， 但在发现交联聚乙烯绝缘电力电缆缺陷方面有局限性。介绍了通过分析直流耐压试验、泄漏电流来判断电力电缆主绝缘缺陷的方法。
　　关键词：直流耐压试验 绝缘缺陷 交联聚乙烯
　　
　　泄漏电流电力电缆作为一种输电设备，不但具有占地少、供电可靠性高、运行和维护简便、可保密等优点，而且有利于提高电力系统功率因数，有利于美化城市。在城市配网及城网改造和新兴的现代化企业中的作用正日益突出，由于进行直流耐压试验的方法种类较多，接线方式各异，试验结果差别很大。随着交联电缆的广泛使用，对油浸纸绝缘电缆和交联聚乙烯绝缘电缆都采用直流耐压试验是否合适，如何正确判断电缆的试验结果，能否投入运行，这些都是我们在工作中遇到的实质性问题，需要我们正确地判断并得出正确的结论，为电缆的安全运行提供可靠的依据。
　　一、直流耐压试验对发现纸绝缘电缆缺陷的有效性
　　直流耐压试验可判断纸绝缘电缆的好坏，并可获取其内部缺陷的可靠数据。避免交流高电压对纸绝缘的永久性破坏作用。在直流电压的作用下，电缆绝缘中的电压按绝缘电阻分布，当电缆绝缘存在发展性局部缺陷时，直流电压将大部分加在与缺陷串联的未损坏的部分上，所以直流耐压试验比交流耐压试验更容易发现电缆的局部缺陷。电缆直流耐压试验时，电缆导体接负极。这时电缆绝缘中有水分存在，将会因电渗透作用使水分子从表层移向导体，发展成为贯穿性击穿缺陷，易于在试验电压下击穿，因而有利于发现电缆绝缘缺陷。在直流电压下，绝缘介质中的电压按电阻系数分布，当介质有缺陷时，电压主要由与缺陷部分串联的未损介质的电阻承受，使缺陷更容易暴露。
　　二、直流耐压试验对交联聚乙烯绝缘电缆的局限性
　　交联聚乙烯绝缘电缆电性能优良、制造工艺简单、安装方便，被广泛采用，已成为纸绝缘电缆的替代品。按高压试验的通用原则，被试品上所施加的试验电压场强应模拟高压电器的运行状况。这对检验交联聚乙烯绝缘电缆效果不明显，而且还可能产生负作用，主要表现在以下几个方面：
　　1、交联聚乙烯绝缘电缆在交、直流电压下的电场分布不同。交联聚乙烯绝缘层是采用聚乙烯经化学交联而成，属整体型绝缘结构，其介电常数小于2.3，受温度变化的影响较小。
　　2、交联聚乙烯绝缘电缆在直流电压下会积累单极性电荷，释放由直流耐压试验引起的单极性空间电荷需要很长时间。电缆如果在直流残余电荷未完全释放之前投入运行，直流电压便会叠加在工频电压峰值上，电缆上的电压值将远远超过其额定电压。这会导致电缆绝缘老化加速，使用寿命缩短，严重的会发生绝缘击穿。
　　3、交联聚乙烯绝缘电缆的半导体凸出处和污秽点等处容易产生空间电荷，但如果在试验时电缆终端接头发生表面闪络或电缆附件击穿，会造成电缆芯线中产生波振荡，危害其他正常的电缆和接头的绝缘。交联聚乙烯绝缘电缆一个致命弱点是绝缘内容易产生水树枝，在直流电压下，水树枝会迅速转变为电树枝，并形成放电，加速了绝缘水劣化，以致于在运行工频电压作用下形成击穿。
　　4、直流耐压试验不能有效发现交流电压作用下电缆的某些缺陷。如在电缆附件内，在交流电压下，绝缘机械损伤等缺陷处最易发生击穿，在直流电压下则不会。直流耐压试验模拟高压交联电缆的运行状况，其试验效果差，并且有一定的危害性。
　　三、交流耐压试验
　　直流耐压试验模拟交联聚乙烯绝缘电缆的运行场强状态不能达到所期望的试验效果，可以考虑用交流耐压试验来检测电缆敷设和附件的安装质量。
　　1、0.1Hz超低频电压 根据试验容量(试验容量公式S=wCUs2=2∏fUs2 kVA，式中的C为被试电缆电容量；Us为试验电压；f为工频频率)，0.1Hz交流电压与50Hz电压相比，前者需要的功率相当于后者的1/500。因此，原来为大型旋转式电机进行试验而开发的超低频电压设备可为塑料绝缘电缆直流电压试验所用。
　　2、振荡电压脉冲 振荡电压脉冲源于国际大电网21－09/2工作组的推荐标准，该组在20世纪80年代进行可替代塑料绝缘高压电缆设施直流电压试验选择方案的调查研究。按照有无极性变换的电路变形，这种电压波形因其随时间的变化避免了空间电荷效应。此外，采用这种电压波形，在现场可用相对比较简单的方法产生很高的试验电平。与低频方法不同，它适用于高压电缆设施。目前，这些试验方法在我国还没有普及，无论硬件还是软件，尚处于研究阶段。为了掌握电缆各部分的绝缘状况并减少对交联聚乙烯电力电缆的直流耐压试验，可按照《电力设备预防性试验规程》中电力电缆线路的橡塑绝缘电力电缆试验项目进行。
　　四、试验结果的分析与判断
　　一般可认为通过直流耐压试验而未被击穿的电缆的绝缘是合格的，该电缆可以投入系统运行。但并不是说，通过直流耐压试验的电缆质量就是好的。具有优良质量的电缆线路应在合理运用及无外力损伤的情况下安全运行数十年无事故。判断电力电缆线路绝缘优劣的标准如下：①电缆经直流耐压试验后绝缘击穿者，不能投入系统运行，应立即测寻故障点并进行抢修。②泄漏电流随试验电压的增高而急剧上升者，或者电缆在试验电压稳定后泄漏电流急剧上升，不能投入系统运行，应人为提高试验电压将电缆击穿，然后测寻故障点并进行抢修。③若泄漏电流值很不稳定(排除电源电压波动等外界因素)，则可能是电缆绝缘内部微小气隙的局部放电引起的。这时可延长耐压持续时间或提高试验电压，观察泄漏电流的变化情况。如果在延时或提高电压的情况下，泄漏电流恶化趋势不大，可以投入系统运行，3个月后再复试。以上各条中，需做复试并且复试结果无明显恶化趋势的电缆，均可投入系统运行，并不再列入复试范围；如果复试结果具有明显恶化趋势，则应找出原因并予以修复。
　　五、结束语
　　直流耐压试验不能有效地发现高压交联聚乙烯主绝缘电缆的缺陷，在直流电压下，由于温度和电场强度的变化，交联聚乙烯绝缘层的电阻系数会随之发生变化，绝缘层各处电场强度分布因温度不同而各异，在同样厚度下的绝缘层，因为温度升高而击穿水平降低，由于高压交联聚乙烯绝缘层厚，因此不宜用于直流试验测试；交流耐压试验是检验交联电缆绝缘质量的有效手段。准确有效的掌握电缆各部位的运行状况有利于提高电缆的安全运行，减少电缆在运行中的故障。

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