摘要：分析了高電壓直流耐壓試驗可有效發(fā)現(xiàn)紙絕緣電纜缺陷， 但在發(fā)現(xiàn)交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜缺陷方面有局限性。介紹了通過分析直流耐壓試驗、泄漏電流來判斷電力電纜主絕緣缺陷的方法。

    關鍵詞： 直流耐壓試驗  絕緣缺陷  交聯(lián)聚乙烯

    0 引言

    泄漏電流電力電纜作為一種輸電設備，不但具有占地少、供電可靠性高、運行和維護簡便、可保密等優(yōu)點，而且有利于提高電力系統(tǒng)功率因數(shù)，有利于美化城市。在城市配網(wǎng)及城網(wǎng)改造和新興的現(xiàn)代化企業(yè)中的作用正日益突出，由于進行直流耐壓試驗的方法種類較多，接線方式各異，試驗結果差別很大。隨著交聯(lián)電纜的廣泛使用，對油浸紙絕緣電纜和交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜都采用直流耐壓試驗是否合適，如何正確判斷電纜的試驗結果，能否投入運行，這些都是我們在工作中遇到的實質性問題，需要我們正確地判斷并得出正確的結論，為電纜的安全運行提供可靠的依據(jù)。

    1　直流耐壓試驗對發(fā)現(xiàn)紙絕緣電纜缺陷的有效性

    直流耐壓試驗可判斷紙絕緣電纜的好壞，并可獲取其內部缺陷的可靠數(shù)據(jù)。避免交流高電壓對紙絕緣的永久性破壞作用。在直流電壓的作用下，電纜絕緣中的電壓按絕緣電阻分布，當電纜絕緣存在發(fā)展性局部缺陷時，直流電壓將大部分加在與缺陷串聯(lián)的未損壞的部分上，所以直流耐壓試驗比交流耐壓試驗更容易發(fā)現(xiàn)電纜的局部缺陷。電纜直流耐壓試驗時，電纜導體接負極。這時電纜絕緣中有水分存在，將會因電滲透作用使水分子從表層移向導體，發(fā)展成為貫穿性擊穿缺陷，易于在試驗電壓下?lián)舸?，因而有利于發(fā)現(xiàn)電纜絕緣缺陷。在直流電壓下，絕緣介質中的電壓按電阻系數(shù)分布，當介質有缺陷時，電壓主要由與缺陷部分串聯(lián)的未損介質的電阻承受，使缺陷更容易暴露。電纜紙絕緣在直流電壓下的擊穿強度約為交流電壓下的2倍以上，所以可施加更高的直流電壓對絕緣介質進行耐壓強度的考驗。在許多情況下，用遙表測量電纜的絕緣良好，而電纜的絕緣在直流耐壓試驗中被擊穿。因此，直流耐壓試驗是檢驗電纜耐壓強度、發(fā)現(xiàn)紙絕緣介質受潮、機械損傷等局部缺陷的有效手段。

    2　直流耐壓試驗對交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的局限性

    交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜電性能優(yōu)良、制造工藝簡單、安裝方便，被廣泛采用，已成為紙絕緣電纜的替代品。按高壓試驗的通用原則，被試品上所施加的試驗電壓場強應模擬高壓電器的運行狀況。這對檢驗交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜效果不明顯，而且還可能產(chǎn)生負作用，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

    2.1 交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜在交、直流電壓下的電場分布不同。交聯(lián)聚乙烯絕緣層是采用聚乙烯經(jīng)化學交聯(lián)而成，屬整體型絕緣結構，其介電常數(shù)小于2.3，受溫度變化的影響較小。在交流電壓下，交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣層內的電場分布是由介電常數(shù)決定的，即電場強度是按介電常數(shù)反比例分配的，這種分布比較穩(wěn)定。在直流電壓作用下，其絕緣層中的電場強度是按絕緣電阻系數(shù)正比例分配的，而絕緣電阻系數(shù)分布是不均勻的。這是因為交聯(lián)聚乙烯電纜在交聯(lián)過程中不可避免地溶入一定量的副產(chǎn)品，它們具有相對小的絕緣電阻系數(shù)，但在絕緣層徑向分布是不均勻的，所以在直流電壓下交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣層中的電場分布不同于理想的圓柱體絕緣結構，與材料的不均勻性有關。

    2.2 交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜在直流電壓下會積累單極性電荷，釋放由直流耐壓試驗引起的單極性空間電荷需要很長時間。電纜如果在直流殘余電荷未完全釋放之前投入運行，直流電壓便會疊加在工頻電壓峰值上，電纜上的電壓值將遠遠超過其額定電壓。這會導致電纜絕緣老化加速，使用壽命縮短，嚴重的會發(fā)生絕緣擊穿。

    2.3 交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的半導體凸出處和污穢點等處容易產(chǎn)生空間電荷，但如果在試驗時電纜終端接頭發(fā)生表面閃絡或電纜附件擊穿，會造成電纜芯線中產(chǎn)生波振蕩，危害其他正常的電纜和接頭的絕緣。交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜一個致命弱點是絕緣內容易產(chǎn)生水樹枝，在直流電壓下，水樹枝會迅速轉變?yōu)殡姌渲Γ⑿纬煞烹?，加速了絕緣水劣化，以致于在運行工頻電壓作用下形成擊穿。

2.4 直流耐壓試驗不能有效發(fā)現(xiàn)交流電壓作用下電纜的某些缺陷。如在電纜附件內，在交流電壓下，絕緣機械損傷等缺陷處最易發(fā)生擊穿，在直流電壓下則不會。直流耐壓試驗模擬高壓交聯(lián)電纜的運行狀況，其試驗效果差，并且有一定的危害性。

    3　交流耐壓試驗

    直流耐壓試驗模擬交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的運行場強狀態(tài)不能達到所期望的試驗效果，可以考慮用交流耐壓試驗來檢測電纜敷設和附件的安裝質量。

    3.1　0.1Hz超低頻電壓 根據(jù)試驗容量(試驗容量公式S=wCUs2=2∏fUs2 kVA，式中的C為被試電纜電容量；Us為試驗電壓；f為工頻頻率)，0.1Hz交流電壓與50Hz電壓相比，前者需要的功率相當于后者的1/500。因此，原來為大型旋轉式電機進行試驗而開發(fā)的超低頻電壓設備可為塑料絕緣電纜直流電壓試驗所用。在基礎調查研究中，首先針對各種模擬配置求出在0.1Hz和50Hz時試驗電壓(U0的2倍)等值的對絕緣施加的電壓負荷。在經(jīng)電纜現(xiàn)場試驗試用后，開始考慮在現(xiàn)行的關于中壓電纜的VDE標準中采納超低頻技術。

0.1Hz的推薦試驗電平為3U0。與用50Hz的試驗相比，引發(fā)在薄弱點上的擊穿明顯變快。60min的試驗持續(xù)時間是必要的，以便在試驗中使可能存在的薄弱點發(fā)生擊穿。由此可見，超低頻試驗設備是可行有效的。

    3.2 振蕩電壓脈沖 振蕩電壓脈沖源于國際大電網(wǎng)21－09/2工作組的推薦標準，該組在20世紀80年代進行可替代塑料絕緣高壓電纜設施直流電壓試驗選擇方案的調查研究。按照有無極性變換的電路變形，這種電壓波形因其隨時間的變化避免了空間電荷效應。此外，采用這種電壓波形，在現(xiàn)場可用相對比較簡單的方法產(chǎn)生很高的試驗電平。與低頻方法不同，它適用于高壓電纜設施。目前，這些試驗方法在我國還沒有普及，無論硬件還是軟件，尚處于研究階段。為了掌握電纜各部分的絕緣狀況并減少對交聯(lián)聚乙烯電力電纜的直流耐壓試驗，可按照《電力設備預防性試驗規(guī)程》中電力電纜線路的橡塑絕緣電力電纜試驗項目進行：

①測量電纜主絕緣電阻；

②電纜外護套絕緣電阻；

③電纜內襯層絕緣電阻；

④銅屏蔽電阻和導體電阻比；

⑤電纜主絕緣直流耐壓試驗。

為了交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜做以上測量，必須改變電纜附件安裝工藝中金屬層的接地方法。終端的鎧裝層和銅屏蔽層應分別用帶絕緣的絞合導線單獨接地，銅屏蔽層接地線的截面不得小于25mm2，鎧裝層接地線截面不應小于10mm2。中間頭內銅屏蔽層的接地線不得和鎧裝層連在一起，接頭兩側的鎧裝層必須用另一根接地線相連，而且還必須與銅屏蔽層絕緣。連接鎧裝層的地線外部必須有外護套，而且具有與電纜外護套相同的絕緣和密封性能。主絕緣交流耐壓試驗的電壓波形應為正弦波形，頻率應為20～300Hz。

當電抗器固定時，諧振頻率的平方與電容量成反比，其表達式為：W2C＝1/L。即當電源頻率變化n倍時，試品的電容量變化n2倍；選用頻率為45～65Hz段，頻率可以變化1.44倍，在電抗器個數(shù)或者電感量不變時，試品電容量最大可以變化2.07倍；選用頻率為20～300Hz段，頻率可以變化十幾倍，在電抗器個數(shù)或者電感量不變時，試品電容量最大可以變化100倍。試驗電壓按照中國南方電網(wǎng)公司《電力設備預防性試驗規(guī)程》修編說明的規(guī)定，試驗時間為1h；或者試驗電壓采用電纜U0值，試驗時間為24h，兩者任選一種。

（注：對于曾經(jīng)運行過的電纜或其附件設備，在重新安裝、部分更新或重新制作后，可采用較低的試驗電壓或縮短試驗時間。試驗電壓值應經(jīng)協(xié)商確定，此時考慮電纜運行年數(shù)、環(huán)境條件、過去擊穿歷史以及此次試驗目的等因素。）

    4 試驗結果的分析與判斷

一般可認為通過直流耐壓試驗而未被擊穿的電纜的絕緣是合格的，該電纜可以投入系統(tǒng)運行。但并不是說，通過直流耐壓試驗的電纜質量就是好的。具有優(yōu)良質量的電纜線路應在合理運用及無外力損傷的情況下安全運行數(shù)十年無事故。判斷電力電纜線路絕緣優(yōu)劣的標準:

①電纜經(jīng)直流耐壓試驗后絕緣擊穿者，不能投入系統(tǒng)運行，應立即測尋故障點并進行搶修。

②泄漏電流隨試驗電壓的增高而急劇上升者，或者電纜在試驗電壓穩(wěn)定后泄漏電流急劇上升，不能投入系統(tǒng)運行，應人為提高試驗電壓將電纜擊穿，然后測尋故障點并進行搶修。

③若泄漏電流值很不穩(wěn)定(排除電源電