论文部分内容阅读
摘 要：随着我国电力事业的快速发展，110 kV及以上电压等级XLPE（交联聚乙烯）电缆在国内得到了广泛的应用。检验竣工后是否有安装质量、运输损伤问题作为交流耐压试验的重要内容，它是目前使用最广泛的方法。文章结合我国110 kV及以上电压等级XLPE电缆现场耐压试验，对交流耐压试验频率、电压选择以及试验时间进行了简要的探究和阐述。
关键词：XLPE（交联聚乙烯）；电流现场；试验时间；交流耐压
中图分类号：TM247 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）14-0099-02
自20世纪80年代以来，我国对XLPE电缆直流耐压试验缺陷进行了研究，如果不能正确模拟世纪状况生成空间电荷，就会让水树枝直接变为电树枝，进而让交联聚乙烯电缆出现记忆效应，甚至存储在单极性电荷中。对于上述情况不仅不能正确检验出XPLE电缆缺陷，甚至还会出现XLPE电缆被击穿的现象。因此，从20世纪80年代后期开始，很多电力部门开始对交联聚乙烯电缆进行交流试验，20世纪90年代我国也开始这项研究工作。目前，我国很多电力部门已经禁止对交联聚乙烯电缆进行直流耐压试验。广义上的交流试验包括：振荡波、0.1 Hz的超低频VLF、交流耐压试验法等。由于设施限制，超低频VLF虽然在低压电缆中有应用，但是仍然不能完全应用到高压电缆中。振荡波法也由于等效作用影响，仍然处于研究过程，应用的比较少。
1 110 kV及以上交流耐压试验频率和电压选择
1.1 110 kV及以上交流耐压试验频率
在电力系统中，交流耐压频率作为相对独立的参数，和时间、电压的相关性比较小。在电流耐压试验频率中，虽然也有不同的观点，但是仍然集中在工频区域、较宽的频率范围和临近工频的区域。在理论上，工频区域的交流耐压试验最满足实际应用的电压分布，也最为合理，由于相关试验设备限制，科学合理的工频频率在电力系统试验现场仍然有很大困难。
针对上述情况，国内外学者也曾经大规模研究过用其他频率代替工频有效性，在不同的交流频率中，通过测量损坏程度一致，并且有绝缘缺陷的击穿电压样品，得出不同频率下找出绝缘缺陷的概率。经过大量科学数据以及实验结果表明，在很宽的频率区域内部，绝缘体内部介质的电压电流分布仍然相同，在典型的电缆缺陷击穿中，击穿电压也没有过多的差异。尤其是ISH 99伦敦会议中，相关论文得出了不同的波形和频率下的电压击穿试验结果。
根据上述试验结论，考虑到电力现场试验是工业试验的范畴，影响因素很多，所以不可能绝对的严格，因此在交流耐压试验中，一般选择频率较宽的范围。当整个工程实验频率大于300 Hz时，随着频率增大，串联试验变压器和谐振电抗器的损耗程度就会降低。由于被试验样品电容性质发热极化的问题突出，所以选用大于300 Gz的试验频率是不可取的。目前我国普遍使用的是：IEC60627、IEC60840与国际通用的GB50150-2006推荐的20～300 Hz的频率区域。
1.2 交流耐压电压试验选择
在110 kV及以上的交流耐压试验中，耐压时间和试验电压选择具有很大的关联性。通过正常绝缘电缆使用周期方法，利用二维韦伯进行试验时间、电压、概率三者击穿关系表示。在这过程中，F表示电缆击穿概率，E表示电场强度，t表示试验时间，a、b、c分别为绝缘材料、缺陷性质、电缆尺寸等相关常数，并且和r、E没有太大关联。具体的公式为：F（t，E）=1-exp（-ctaEb）。
从击穿公式中可以看出，如果击穿概率一定，E和t就以反比关系呈现，试验电压和E以正比关系呈现。相关研究表明：由于质量缺陷引入，通常会在1～2 a的运行电压中出现故障，因而在竣工后的现场交流电压中，为了能让试验时间满足击穿概率，让各个缺陷及时暴露，并且试验电压始终高于正在运行电压。在实际工作中，一般会习惯性选择KU0的额定电压，对于110 kV等级的K，一般选择1.7～2.0，对于220 kV或者以上的XLPE电缆，由于整个绝缘裕度逐渐降低，所以在质量控制中，和110 kV的XLPE电缆相比更加严格。所以就有了随着电压等级升高，K会随之减小的结论。
2 110 kV及以上的交流耐压试验时间探讨
缩短时间、提高电压作为考核电气设施绝缘能力的主要方法，一旦试验电压的绝缘能力确定后，施加电压的时间就会成为考核不同种类的电气设备绝缘水平最有效、最直接的参量。对于交联聚乙烯电缆，近年来国内外技术人员针对这种技术进行了研究，并且已经积累了很多工作经验，但是也存在很多问题，需要进一步考证研究。从20世纪80年代后期开始，CIGRE、IEC逐渐推出了XLPE电缆交流耐压试验标准。在早期试验中，试验时间被定为5 min，结果表明：5 min的试验时间得到的缺陷效果仍然不太明显，所以后来将标准延长到1 h。
我国电力部门在20世纪90年代后期也逐渐开始了XLPE电缆交流耐压试验检验，并且国内电力部门陆续制定了各自的试验标准。但是目前国内实行的标准在试验时间上仍然存在很多争论，绝大部分选择了1 h或者5 min，但是也有少数选择30 min。
根据原有的固体介质击穿理论，常见的固体介质击穿有：热、电、电化学击穿三种情况。由于三种击穿形式发展时间不同，所以电压作用、固体介质之间的关系和不同击穿生成的范围不尽相同。
根据电子击穿理论，传导电子通常由电场得到，通过晶格电离能量得到电子崩，当其发展到足够强大时，固体介质就会被击穿。在这过程中，电击穿的作用时间相对较短，并且电场均匀程度和击穿场强具有直接联系，热击穿一般由介质发热引起。当电场作用在固体介质时，介质就会出现损耗发热，进而介质温度升高，介质电阻具有温度系数的现象，由于温度升高，所以电阻值就会降小，在电流增大的同时，损耗增加。因此，同一时间的介质热量超过发热热量时，介质温度也会不断增加，进而出现介质碳化、分解，直到介质被击穿。电击穿比热击穿需要的时间段，电化学击穿在由树枝化、局部放电造成的局部缺陷，进而在介质劣化的过程中被击穿，所需的时间更长。
对于XLPE电缆安装、运输，引入的缺陷主要包括：接头制作工艺不好、接地不良、划伤绝缘、绝缘嵌入半导电以及绝缘吸潮等。在现场交流试验中，为了将缺陷在试验时间内展现，很多电力单位已经将经验技术集中在一个小时和5 min。在国内国际报道中，已经多次报道了XLPE电缆通过5 min交流耐压的试验，但是经常在搬运后就出现事故。
3 结 语
110 kV及以上电压等级XLPE电缆现场交流耐压试验作为一项长期统计和探索的问题，从目前的使用情况来看，60 min是比较合理的，不能再延长。
参考文献：
[1] 王超，张丽涛.110 kV电力电缆串联谐振交流耐压试验分析[J].电气制造，2012，（1）：58-59.
[2] 慕永明，涂丽波，石文才，等.应用变频谐振技术进行110 kV高压电缆耐压试验[J].炼油与化工，2008，（3）：29-30.
[3] 王学锦，黄友滔，戴瑞海，等.采用串联谐振对110 kV交联电缆进行交流高电压耐压试验[J].医药工程设计，2008，（3）：60-62.
[4] 范迪铭，吕景顺，彭鹏.110 kV交联聚乙烯电缆现场交流耐压试验[J].甘肃电力技术，2009，（3）：1-3，15.
关键词：XLPE（交联聚乙烯）；电流现场；试验时间；交流耐压
中图分类号：TM247 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）14-0099-02
自20世纪80年代以来，我国对XLPE电缆直流耐压试验缺陷进行了研究，如果不能正确模拟世纪状况生成空间电荷，就会让水树枝直接变为电树枝，进而让交联聚乙烯电缆出现记忆效应，甚至存储在单极性电荷中。对于上述情况不仅不能正确检验出XPLE电缆缺陷，甚至还会出现XLPE电缆被击穿的现象。因此，从20世纪80年代后期开始，很多电力部门开始对交联聚乙烯电缆进行交流试验，20世纪90年代我国也开始这项研究工作。目前，我国很多电力部门已经禁止对交联聚乙烯电缆进行直流耐压试验。广义上的交流试验包括：振荡波、0.1 Hz的超低频VLF、交流耐压试验法等。由于设施限制，超低频VLF虽然在低压电缆中有应用，但是仍然不能完全应用到高压电缆中。振荡波法也由于等效作用影响，仍然处于研究过程，应用的比较少。
1 110 kV及以上交流耐压试验频率和电压选择
1.1 110 kV及以上交流耐压试验频率
在电力系统中，交流耐压频率作为相对独立的参数，和时间、电压的相关性比较小。在电流耐压试验频率中，虽然也有不同的观点，但是仍然集中在工频区域、较宽的频率范围和临近工频的区域。在理论上，工频区域的交流耐压试验最满足实际应用的电压分布，也最为合理，由于相关试验设备限制，科学合理的工频频率在电力系统试验现场仍然有很大困难。
针对上述情况，国内外学者也曾经大规模研究过用其他频率代替工频有效性，在不同的交流频率中，通过测量损坏程度一致，并且有绝缘缺陷的击穿电压样品，得出不同频率下找出绝缘缺陷的概率。经过大量科学数据以及实验结果表明，在很宽的频率区域内部，绝缘体内部介质的电压电流分布仍然相同，在典型的电缆缺陷击穿中，击穿电压也没有过多的差异。尤其是ISH 99伦敦会议中，相关论文得出了不同的波形和频率下的电压击穿试验结果。
根据上述试验结论，考虑到电力现场试验是工业试验的范畴，影响因素很多，所以不可能绝对的严格，因此在交流耐压试验中，一般选择频率较宽的范围。当整个工程实验频率大于300 Hz时，随着频率增大，串联试验变压器和谐振电抗器的损耗程度就会降低。由于被试验样品电容性质发热极化的问题突出，所以选用大于300 Gz的试验频率是不可取的。目前我国普遍使用的是：IEC60627、IEC60840与国际通用的GB50150-2006推荐的20～300 Hz的频率区域。
1.2 交流耐压电压试验选择
在110 kV及以上的交流耐压试验中，耐压时间和试验电压选择具有很大的关联性。通过正常绝缘电缆使用周期方法，利用二维韦伯进行试验时间、电压、概率三者击穿关系表示。在这过程中，F表示电缆击穿概率，E表示电场强度，t表示试验时间，a、b、c分别为绝缘材料、缺陷性质、电缆尺寸等相关常数，并且和r、E没有太大关联。具体的公式为：F（t，E）=1-exp（-ctaEb）。
从击穿公式中可以看出，如果击穿概率一定，E和t就以反比关系呈现，试验电压和E以正比关系呈现。相关研究表明：由于质量缺陷引入，通常会在1～2 a的运行电压中出现故障，因而在竣工后的现场交流电压中，为了能让试验时间满足击穿概率，让各个缺陷及时暴露，并且试验电压始终高于正在运行电压。在实际工作中，一般会习惯性选择KU0的额定电压，对于110 kV等级的K，一般选择1.7～2.0，对于220 kV或者以上的XLPE电缆，由于整个绝缘裕度逐渐降低，所以在质量控制中，和110 kV的XLPE电缆相比更加严格。所以就有了随着电压等级升高，K会随之减小的结论。
2 110 kV及以上的交流耐压试验时间探讨
缩短时间、提高电压作为考核电气设施绝缘能力的主要方法，一旦试验电压的绝缘能力确定后，施加电压的时间就会成为考核不同种类的电气设备绝缘水平最有效、最直接的参量。对于交联聚乙烯电缆，近年来国内外技术人员针对这种技术进行了研究，并且已经积累了很多工作经验，但是也存在很多问题，需要进一步考证研究。从20世纪80年代后期开始，CIGRE、IEC逐渐推出了XLPE电缆交流耐压试验标准。在早期试验中，试验时间被定为5 min，结果表明：5 min的试验时间得到的缺陷效果仍然不太明显，所以后来将标准延长到1 h。
我国电力部门在20世纪90年代后期也逐渐开始了XLPE电缆交流耐压试验检验，并且国内电力部门陆续制定了各自的试验标准。但是目前国内实行的标准在试验时间上仍然存在很多争论，绝大部分选择了1 h或者5 min，但是也有少数选择30 min。
根据原有的固体介质击穿理论，常见的固体介质击穿有：热、电、电化学击穿三种情况。由于三种击穿形式发展时间不同，所以电压作用、固体介质之间的关系和不同击穿生成的范围不尽相同。
根据电子击穿理论，传导电子通常由电场得到，通过晶格电离能量得到电子崩，当其发展到足够强大时，固体介质就会被击穿。在这过程中，电击穿的作用时间相对较短，并且电场均匀程度和击穿场强具有直接联系，热击穿一般由介质发热引起。当电场作用在固体介质时，介质就会出现损耗发热，进而介质温度升高，介质电阻具有温度系数的现象，由于温度升高，所以电阻值就会降小，在电流增大的同时，损耗增加。因此，同一时间的介质热量超过发热热量时，介质温度也会不断增加，进而出现介质碳化、分解，直到介质被击穿。电击穿比热击穿需要的时间段，电化学击穿在由树枝化、局部放电造成的局部缺陷，进而在介质劣化的过程中被击穿，所需的时间更长。
对于XLPE电缆安装、运输，引入的缺陷主要包括：接头制作工艺不好、接地不良、划伤绝缘、绝缘嵌入半导电以及绝缘吸潮等。在现场交流试验中，为了将缺陷在试验时间内展现，很多电力单位已经将经验技术集中在一个小时和5 min。在国内国际报道中，已经多次报道了XLPE电缆通过5 min交流耐压的试验，但是经常在搬运后就出现事故。
3 结 语
110 kV及以上电压等级XLPE电缆现场交流耐压试验作为一项长期统计和探索的问题，从目前的使用情况来看，60 min是比较合理的，不能再延长。
参考文献：
[1] 王超，张丽涛.110 kV电力电缆串联谐振交流耐压试验分析[J].电气制造，2012，（1）：58-59.
[2] 慕永明，涂丽波，石文才，等.应用变频谐振技术进行110 kV高压电缆耐压试验[J].炼油与化工，2008，（3）：29-30.
[3] 王学锦，黄友滔，戴瑞海，等.采用串联谐振对110 kV交联电缆进行交流高电压耐压试验[J].医药工程设计，2008，（3）：60-62.
[4] 范迪铭，吕景顺，彭鹏.110 kV交联聚乙烯电缆现场交流耐压试验[J].甘肃电力技术，2009，（3）：1-3，15.