如表1: 电缆额定电压交接试验电压 预防试验电压 U/U,kV,倍数 电压值,kV, 倍数 电压值,kV, 1.8/32U 3.6 1.6U 003.6/62U 7.2 1.6U 0011 6/62U 12 1.6U 10 006/10 2U 12 1.6U 10 008.7/10 2U 17.4 1.6U 14 0012/20 2U 24 1.6U 19 0021/35 2U 42 1.6U 34 0026/35 2U 52 1.6U 42 0064/110 1.7U 109 1.36U 87 00127/220 1.4U 178 1.15U 146 00 27日,对涟水县供电公司35kV 五港变电所 12 主变10kV出线电缆做交流谐振耐压试验,在交流耐压试 验过程中,没有发生闪络或击穿现象,电缆安全运行至今, 交流试验耐压结果如表2: 安装地点:#2B10kV 出口 试验地点: 现场 试验日 期:2006.12.27 规格:1*240电缆型号:YLV1*240mm 试验性质:交接温度:15? 湿度:50% 耐压前25000 23000 25000 耐压后24000 23000 25000 试验频率,Hz,59 59 59 试验电压,kV, 17 17 17 励磁电压,V, 20 20 19 励磁电流,A, 6.7 6.5 6.6 试验时间,分, 容,uf,0.1 0.1 0.1 高压电流,A, 0.67 0.65 0.66 在实际的运用中,除了交联电缆,发电机、大型变压器、GIS、耦合电容器等设备在耐压试验时都呈现容性,对于这 些容性负载,都可以采取谐振的方法进行交流耐压试验,这13 不仅可以几十倍的降低电源容量,减小设备体积,还可以使 试验更加安全、方便、有效。 《电气试验技能培训教材》 中国电力出版社 广东省广电集团有限公司深圳供电分公司江毅、钟建 10月出生,2002 业于中国矿业大学电气工程与自动化专业,专业方向为电力系统与自动化,学士学位,现工作于江苏省电力公司涟水县 14 供电公司,助理工程师职称。 电缆耐压试验www.msdq027.com 武汉市木森电气有限公司承装修试高压电力试验设备供应商,20 年专注电力试验!同时开展有免费高压电力试验培训、 高压电力试验设备租赁、承接高电压试验项目、免费高压电 力试验设备代送检等服务。 电缆耐压试验 武汉市木森电气有限公司是专业电缆耐压试验设备生产厂家,主要电缆耐压试验设备有:变频串联谐振试验装置、 0.1Hz 超低频高压发生器、直流高压发生器、绝缘电阻测试 仪等高压试验设备。国内电缆耐压试验中出厂试验、交接试 验、预防试验的首选。 电缆耐压试验在电力系统中,电力电缆出厂试验、电力工程建设的交接试验、电气预防性试验必来可少,国标有严格 规定。 国内早期在大多按GB50150-91 标准进行直流耐压试验。 但很多电缆在交接试验中按 GB50150-91 标准进行直流耐压 试验顺利通过,但投运不久就发生绝缘击穿事故;正常运行 15 的电缆被直流耐压试验所损坏的情况也时有发生。国际大电 网会议第21 研究委员会GIGRE SC21 WG21-09 工作组报告 和IEC SC 20A 的新工作项目提案文件不推荐采用直流压试 验作为交联聚乙烯电缆的竣工试验。 在2006年DL/T596 电力设备预防性试验规程新增交流耐 压试验,其中电缆交流耐压试验,Q/GXD 126.01-2006《电 力设备交接和预防性试验规程》已明确在电力电缆的交接试 验、预防性试验中,优先采用交流耐压试验作为质量判定的 依据,国内应用的二种交流耐压试验技术有:串联谐振耐压 试验(GB50150-2006《电气装置安装工程电气设备交接试验 标准》中18.0.5 条表18.0.5 之规定),和0.1Hz 超低频耐压试 (DINVDE0276?1001已敷设的额定电压 U0/U 6/10KV,12/20KV和18/30KVPVC 绝缘,XLPE 绝缘或油 纸绝缘电力电费的试验)。 目前国内电力电缆耐压试验中:串联谐振耐压试验、0.1Hz超低频耐压试验、直流耐压试验三种技术并存,应用广泛的 是串联谐振耐压试验,0.1Hz 超低频耐压试验除了南 电缆耐压试验www.msdq027.com 网有明确规定外,其他区域广受专业电力电缆耐压试验者采用,直流耐压试验目前仅在少量用电企业使用。 武汉市木森电气有限公司生产产品有:串联谐振、电容电流测试仪、线路工频参数测试仪、多倍频感应耐压装置、 0.1Hz 超低频高压发生器、发电机转子阻抗测试仪、水内冷 绝缘电阻测试仪、氧化锌避雷器测试仪、介损测试仪、大地 网接地阻抗测试仪、回路电阻测试仪、高压开关动特性测试 仪等高压试验设备,产品除了全国销售外,还出口到海外36 个国家和地区。 随着我公司的发展,尤其是在城网改造和城市美化的要求,用交联聚乙烯电缆(以下简称:―交联电缆‖)代替架空线路已 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。 为了检验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试验十分必要。过去由于使用交联电 缆一般长度都比较长,因此容量较高,受试验设备的限制, 在现场对交联电缆进行交流耐压试验比较困难,一般采用直 流耐压试验来代替。存在两个缺点: 17 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试验而引起的―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。而当该电缆投入运行 时,直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行的交流电压不同,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都有 关。因此直流耐压试验并不能象交流耐压一样可以准确地反 映电缆的机械损伤等明显缺陷,直流试验合格的电缆,投入运 行后,在正常工作电压作用下,也会发生绝缘故障。由此可见, 对于交联电缆采用传统的直流耐压试验是不可取的,应予淘 汰。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试验来代替直流电压试验。由于电力电缆对地电容量很大,在现场采用 50Hz 工频进行交流耐压试验条件难以具备,但采用调频电源 进行交流耐压试验,条件是基本具备的。根据规范现场绝缘耐 压试验中使用的交流电压频率,可采用30—300Hz。 21串联谐振 如果被试品的试验电压较高,而电容量较小,一般可采用串 联谐振方法,见图1 所示。 当试验回路中ω0L=1ω0C(C 包括CX、C1、C2)时,试验回 路产生串联谐振,此时能在试品上产生较高的试验电压(试验 电压高低与回路品质因数有关),如果电容C较大,试验回路电 流也较大,通过电抗器的电流也较大,这时试验设备一般难以 满足现场试验需要;通常该试验接线仅适用于被试品电容量 较小而试验电压较高,试验变压器能满足试验容量要求而不 能满足试验电压要求的情况。 对于电力电缆来说,被试设备 的电容量C 是固定的,要使试验回路 LC或L=1ω02C; 采用改变电感的方法来满足串联谐振需采 用可调电抗器,但限于运输和在现场搬动,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围是有限的。所以 在现场试验时采用调感的方法往往由于电抗器的范围有限 而不能满足试验要求。 另一种方法是采用调频的方法,即当 电抗器和电容固定时通过改变试验电源频率来使 ω0L ω0C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 如果被试品的试验电压较低而试品容量较大时,一般可采用并联谐振方法,见图2 所示。 并联谐振的等效电路19 当试验回路中ω0L=1ω0C(C 包括 CX、C1、C2) 时,试验 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,可以大大降低对试验变压器的容量要 求。因此该试验回路适用于试品电容量大,而电压较低的情 况。低电压的电抗器一般 容易制作,试验时可采用几个低电压电抗器并联的方法或利用可调电抗器改变电感的方法来满足并联谐振要求。如果 有一套调频电源装置的话,也可采用改变试验电源频率的方 法,使回路满足试验要求。 23串-并联法 当试验电压较高、被试品电容量较大时,采用上述两种方法都难以满足试验要求,主要是试验设备难以满足要求:一是合 适的高电压大容量的电抗器一般单位都不具备;二是不同长 度的电缆电容量不相同,需要的电抗器也不一样,即使是可调 电抗器也往往由于可调范围有限而难以满足试验要求。因此 仅靠配备合适的电抗器来满足试验要求就比较困难,所以国 内外进行长电缆交流耐压试验一般均采用串、并联调频谐振 方式。 如图3所示,在试验回路中串入电抗器产生串联谐振来提高 20 被试品试验电压,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,从而降低试验对电抗器、试验变压器的要求。 采用调频电源装置 来改变试验频率使ω0L =1ω0C,使试验回路产生谐振。这 样试验设备就比较容易满足试验要求。 举例来说,如一条110kV交联电缆长为2km,其每km的 电容量为 0.12μF,每一相电缆总电容量大约为 0.27uF,采用的 补偿电抗器为 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 联谐振接线情况下,通过变频电源尽量使试验频率接近于50Hz,计算的试验频率大约为 48-45Hz,计算被试品电力电缆 的电容电流大约为9.04A, 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电流大于 2A;升压变压器的变比为 K=18 000V/400V=45,输出电压为 18kV,电流也只需要2A 就能满足试验要求。 注:在电缆芯导体和金属屏蔽层间施加试验电压110kV,持续5min,试验结果全部通过。 1)从试验中可以看出,―串-并联谐振法‖实质上仍然是串联谐振。这次试验主要还是利用 谐振原理与传统的串联21 谐振不 不是简单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 主要起补偿作用。 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试验项目,相对 变得容易。 中国武汉 被试品对象及试验要求23 2135kV/120mm/3km以内交联电缆的交流耐压试验,,电 容量?0.438 100MVA/220kV电力变压器的交流耐压试验,电容 量?0.02μf,试110kV线路绝缘子,开关,GIS,基本上属于无电容量试品, 试验频率 001)空气温度:最高温度:,5C— +45C; GB311.1《高压输变电设备的绝缘配合》 DL/T846-2004《高电压测试设备通用技术条件》 GB10229-88《电抗器》 GB/T16927.1-2-1997《高电压试验技术》 GB2900《电工名词术语》 GB50150-2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标 GB10229-88《电抗器》 24 GB1094《电力变压器》 DL/T596-1996 《电力设备预防性试验规程》 DL474.4-1992《交流耐压试验》 35kV/120mm/3km交联电缆交流耐压试验,试验 电压52kV, 电缆单相对地电容量为0.438μF ,当采用试验频率 f=40.76Hz 100MVA/220kV电力变压器的交流耐压试验,电容 量?0.02μf,试 验频率为45-65Hz,试验电压 316kV,当采用试验频率 f=45Hz 110kV线路绝缘子,开关,GIS, 电容量?5000pF,试验 频率为 30-300HZ,最高试验电压265KV,当采用试验频率f=90Hz25 时,对应 -3I=ωCXU试=2πfCU=23.14900.00526510=0.75A 确定:电抗器的规格为640kVA/320kV, 电抗器分 10.绝缘水平:系统 1.1 倍额定电压下耐压 1min 正常; 11. 工作时间:额定电压电流下允许连续5min; 73%电流下允许连续60min; 12. 升:额定运行后装置线圈温升?80K; 13. 声:?65dB;26 14.保护功能完备(详见变频电源部分); 15. 系统测量精度: 有效值1.0 设备组合电抗器80kVA/40kV 八节 被试品对象 流耐压试验长度3000m 电抗器两串四并 100MVA/220kV变压器 电容量不超过交流耐压试验 电抗 器八节串联 20000pF (试验电压316kV) 110kV线路绝缘子,开电容量不超过关,GIS 交流耐压试验 电抗器八节串联 5000pF (试验电压265kV) 频率不稳定度:?1%; 运行时间:额定容量下连续60min; 额定容量下连续运行60min元器件最高温度:?65K; 变频电源工作原理27 原理:在调频调压控制技术发展的早期多采用PAM方式,因此,变频电源逆变器输出的交流电压波形只能是方波,改 变方波有效值,只能通过改变方波的幅值,即中间直流电压 幅值来完成。随着全控型快速开关器件 GTR、IGBT、 MOSFET 等的出现,才逐渐发展为 PWM 方式。由于调节 PWM 波的占空比即可调节电压幅值,所以逆变环节可同时 完成调压和调频任务,整流器无需控制,设备结构更简单, 控制更方便。输出电压由方波改进为PWM波,降低了输出 电压的低次谐波含量。 SPWM是以正弦波作为基准波(调制波),用一列等幅的三角波(载波)与基准正弦波相比较产生 PWM波的控制方式。如图2 所示,当基准正弦波高于三角 波时,使相应的开关器件导通;当基准正弦波低于三角波时, 使相应的开关器件截止。由此,逆变器的输出电压波形为图 2b 所示的脉冲列,其特点是:半个周期中各脉冲等距等幅不 28 等宽,总是中间宽,两边窄,各脉冲面积与该区间正弦波下 的面积成比例。这种脉冲波经过低通滤波后可得到与调制波 同频率的正弦波,正弦波幅值和频率由调制波的幅值和频率 决定。这就是变频电源调频调压的原理。 自动扫频,寻找谐振点.频率范围30-300Hz,可手动设置 扫频范围,扫频最大耗时2 分钟(全频扫).频率分辨率0.01Hz; 变频电源输出端安装有滤波器,保证整套装置输出波形的畸变率?1%; 全压输出保护:在调压过程中,严格保证变频电源不会全电压输出; 在变频电源内,电源的输入和输出都装有相应容量的闸刀和接触器,且闸刀的安 参数设置:可对试验电压、加压时间、试验模式、频率模式、测量分压器变比、激 液晶显示屏可显示输入工频电源的电压和电流;实时显示试验状态,用户可根据 29 试验状态进行相应操作。试验时显示如下参数:试验电压、试验电流、试10)可实现以下操作:频率的上升和下降;电压的上升和下 降;输入、输出的分合闸。 变频电源安装有专用钥匙锁,必须用专用钥匙解除机械闭锁后,才能投入或切除 11)保护功能:具有断电、过流、过压及闪络保护功能。 过电压保护:可人工设定过电压保护值;当整套装置的输出电压达到保护整定值 过电流保护:可人工设定过电流保护值;当整套装置的输出电流达到保护整定值 击穿保护:当高压侧发生对地闪络时,自动切除整套装置。不会对试验设备和人 自动保存试验数据,生成试验报表,可即时打印试验报表,也可将报表保存。 数据查询功能,根据查询条件查询30 以往的试验数据。自动保存试验数据,生成试 分压器分节设置功能:根据配用分压器情况,正确设置分压器节数,系统自动确 定对应的分压比,因此无须换算,全屏直接读取,表计电压为试验电压。 试验回路掉线保护:当试验回路线路接触不良,特别是高压测量分压 器与变频电源电压接触不良时,会出现输出电压已达到额定试验电压, 但高压表头显示电压低于实际电压的现象,很容易造成被试品过压, 对于这种情况该设备有自动判别功能,并且在界面出现汉字提示,提 具有双重监控系统:既有大屏幕多重界面及数据显示,也可外接万用 表表直观反映过渡过程,独有的双重监控系统,特别符合高压试验的 12)变频电源内部结构及其各元器件在经过正常的公路、 铁路运输后,相互位置不变, 不损坏,紧固件不松动;31 13)变频电源配备专用引线和插头与其他设备进行连接, 包括电源的专用动力引线, 与励磁变压器的低压引线,与分压器的专用测量引线,专用接地引线等; 14) 外观及操作界面充分采用人性化设计, 美观大方,操作简便; 额定容量:30kVA; 低压电压:500V; 高压电压:2.5kV;7.5kV;15kV; 使用频率:40–300Hz; 运行时间:同电抗器; 高压电抗器MLDK-80kVA/40kV 额定电压:40kV8; 额定电流:2A8; 工作频率:40–300Hz; 32 运行时间:额定电压电流下允许连续5min; 73%电流下允许连续60min; 额定容量运行60min 后,线圈温升?80K; 使用方式:电抗器可单独、串联 及并联使用; 结构形式:电抗器采用干式绝缘筒结构; 高、低压臂采用相同材料,温度系数小,角位移小,40,300Hz 范围内分 过电压为额定电压的1.1倍正常; (一)配置设备一览表33 序号设备名称 单位数量 变频电源MLXB-30kW/380V/0-500V 高压电抗器MLDK-80kVA/40kV 补偿电容器 型号及规格单位 数量 备注 2360kV/2mm φ100伸缩软管 272mm 接地线多芯软铜线 单位数量 产品合格证和用户意见卡34 该设备到货后,供方负责该套设备现场调试并协助需方完成第一次现场 供方对提供的所有产品实行保修,保修期为发货之日起一年时间,保修 超过一年的产品供方常年负责维修,且只收取维修成本费用; 成套报价:22万(不开票、不含现场技术服务、含产品售后 维修,若开票加点14%)