摘要：通过具体实例介绍现场采用变频串联谐振装置对35kV电缆进行交流耐压试验的方法，以及对电缆进行交流耐压试验的必要性、目的意义进行了一定的探讨。
关键词：35kV电缆；交流耐压；变频式串联谐振装置
一、引言
交联聚乙烯绝缘电力电缆也就是通常所说的橡塑电缆,它属于固体绝缘电缆,其主绝缘是聚乙烯加入交联剂挤出成型后，经过特殊的物理或化学方法交联成交联聚乙烯,其具有良好的电气性能：电击穿强度高、介质损耗角正切值tgδ很小。其结构如图1所示：
图1
尽管橡塑电缆有卓越的电气性能，但是在交联过程中，在其介质内部不可避免的会溶解一定数量的副产品，这些副产品易挥发，形成杂质、水分和气隙，从而影响其整体绝缘性能，形成局部放电，同时,进行终端加工，由于施工质量或电缆附件原因造成绝缘不良等，需要通过耐压试验来将这些绝缘缺陷检出，但橡塑电缆在交、直流电压下的电场分布会有很大的不同。
二、交联聚乙烯绝缘电力电缆的试验
1、在过去的交接和预防性试验中，由于电缆电容量较大，工频耐压试验需求的电源容量及试验设备容量较大，现场不容易满足，所以大多采用直流耐压试验，但直流耐压试验对橡塑电缆存在如下缺点：
1）直流电压下电场分布与交流电压下电场分布不同，前者按其绝缘电阻分布，后者按介电常数分布，尤其是在电缆终端和接头等高压电缆附件中，两种电场的分布是完全不同的，这往往造成在交流电压下有缺陷的部位在直流电压下试验时不会击穿而被检查出。
2）电缆交联聚乙烯绝缘层自身的固有场强高，直流耐压试验要加很高的试验电压才能检出其绝缘缺陷，甚至以损伤其本身的绝缘为代价。有研究表明，在接头内有金属尖端或密封电缆头周围有严重缺陷，直流耐压试验即使用12U0~16U0直流试验电压也不一定能检出缺陷(U0为缆心对铜屏蔽层的相电压)。
3）直流耐压试验后，交流聚乙烯电缆绝缘介质中已形成的空间电荷受介质高电阻的限制，不能够在短时间内泄漏，在交流聚乙烯电缆绝缘介质局部形成空间电荷附加电场，当此附加电场与外部施加的工频交流电场（比如试验后已投运）叠加就会形成很高的局部电场，可能迅速击穿交联聚乙烯绝缘介质，如直流耐压试验合格的交联聚乙烯电缆线路在正常送电后不久就发生击穿故障。
基于直流耐压试验的缺点，所以现场采用交流耐压试验，但由于所需试验电源及试验设备容量的限制，现场不容易实现，随着科技的不断进步，变频串联谐振耐压试验进入我们的视线。
2、变频串联谐振交流耐压试验原理
如图2所示，利用励磁变压器激发串联谐振回路，通过调节电感或改变电源的输出频率，使回路中的感抗和容抗相等（XL= XC），回路呈谐振状态，回路中的无功趋于零，此时回路电流最大，即：
式中 I -------谐振时回路最大电流，A；
R---------回路等效电阻（一般主要为电抗器的内阻），Ω；
U---------励磁变压器高压侧的输出电压，V；
XL-------回路中的感抗，Ω；
XC-------回路中的容抗，Ω。
图2
现场通常采用变频式（通过改变频率实现）串联谐振，即图2中的R、L、C不变，通过改变试验电源的频率达到谐振条件，即XL= XC，也就是
化简得：
式中 f0-----------谐振频率，HZ；
L-----------电抗器电感量，H；
C-----------被试品和分压器电容，μF。
变频串联谐振试验回路品质因数Q值一般可达50~150，其计算式为：
式中 UL-----------谐振时电感两端的电压，V；
UC-----------谐振时电容两端的电压，V；
由于Q值远远大于1，试品所需的电源功率只有试品容量的1/Q，所以大大降低了试验设备的体积，同时也降低了试验电源的容量，使得现场试验电源容量容易满足试验所需。
三、变频串联谐振交流耐压试验现场运用
1、以一起实例来进行说明，2013年1月，某用户变电站一新投35kV电缆（2根并联），型号：YJV22-26/35-3×300，生产厂家：扬州曙光电缆有限公司；电缆附件厂家：凤凰电缆附件公司。其交接试验是采用的直流耐压试验,试验数据如下表：
从以上试验看，此电缆直流耐压试验合格。投运10小时后，其中B相1根高压电缆靠穿墙套管侧终端头主绝缘已被击穿，击穿点位于距外半导电层剥离处约4cm处，故障时同时将另1根电缆终端头灼伤。如图3所示：
图3
故障后，将2根35kV侧高压电缆靠穿墙套管侧终端头进行了重新制作后，进行了变频串联谐振交流耐压试验，施加试验电压52kV，试验频率92Hz，在试验过程持续2分钟时，另1根靠主变侧B相电缆终端头再次发生闪络击穿，电压跌落，保护动作，遥测绝缘电阻为20MΩ，说明试验过程中又发生了绝缘击穿。将原1号主变压器35kV侧2根高压电缆共4个终端头切除后再进行交流耐压试验，试验合格，并对切除的终端头进行了解剖检查，排除了高压电缆本身质量的原因，确定为电缆终端安装工艺不当造成的故障。具体原因如下：
1.1、铜屏蔽剥离处未做固定措施，导致在终端安装过程中，内填充条拉出时将铜屏蔽层向电缆端部拉出4-6cm不等，直接搭接至主绝缘处。电缆在运行过程中，感应电荷在拉伸出的铜屏蔽尖端处集中并放电，造成电缆主绝缘损伤，最终导致主导电回路绝缘不足而放电，接地。
图4 运行时发生故障电缆终端头解剖图
图5 耐压不合格电缆终端解剖图
1.2、未按终端头说明书进行安装：铜屏蔽及外半导电层的剥离尺寸与说明书不符，安装终端前未标明终端标准线，随意进行终端的套装，导致终端内预制喇叭口未搭接在正确位置处（普遍靠后，使其喇叭口未起到均匀电场的作用，如图6所示），大大影响了高压电缆终端头的使用寿命。
图6
从以上实例中可以看出，对橡塑绝缘电力电缆进行直流耐压试验，不能有效的发现绝缘缺陷，特别是进行终端附件安装后由于安装质量问题造成的缺陷，在其后的故障查找及之后的试验中，交流耐压试验起到了至关重要的作用。这个故障经过重新严格的终端头制作并按相关规程进行交流耐压试验后重新投入运行，到目前已安全运行半年，未见异常。
2、现场试验改进
很多试验人员之所以喜欢采用直流试验，一是变频串联谐振交流试验所需的设备较为笨重（相对于直流耐压试验设备），而且依照GB 50150-2016交接试验规程中的规定，在施加2U0时持续时间为60min，三相共计3小时，时间较长。实际中，可以根据图1中的电缆结构进行简化，如图1中所示，每相主绝缘层外面都包裹着一层铜屏蔽，铜屏蔽在耐压时和运行中均处于接地状态，所以相对三相桶包电缆（或单相电缆）不存在相间绝缘强度不够，若单相发生击穿也只是这一相对铜屏蔽（即地）击穿，所以试验时可以采用三相同时耐压，这样可以将原来的3个小时缩短为1个小时，可以大大提高效率，只有当电缆发生故障时，为确定故障相位才必须单独对每相进行试验。
四、结束语
直流耐压试验不能模拟橡塑电缆的运行工况，试验效果差，并具有一定的危险性，对橡塑电缆采用交流耐压试验检出绝缘缺陷是必要的，而变频串联谐振耐压试验装置的出现也提供了可靠的行之有效的保障，通过实践验证，效果显著，可操作性强。
参考文献
[1]李建明、朱康，《高压电气设备试验方法（第二版）》，中国电力出版社，2001.8.
[2]国家电网公司生产技能人员职业能力培训专用教材（电气试验），中国电力出版社，2011.5.
论文作者:黄勇
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/9
标签：耐压论文; 电缆论文; 终端论文; 谐振论文; 回路论文; 电场论文; 聚乙烯论文; 《电力设备》2019年第16期论文;