西馬力-01hz超低頻(vlf)余弦方波耐壓試驗(yàn)技術(shù)

1、0.1Hz超低頻（超低頻（VLF）余弦方波耐壓試驗(yàn)技術(shù)）余弦方波耐壓試驗(yàn)技術(shù)1.引言引言保證供電可靠性的重要措施之一就是對（地埋）電力電纜進(jìn)行耐壓試驗(yàn)（預(yù)防性試驗(yàn)）即檢查電力電纜的絕緣狀況。70年代以來，聚乙烯交聯(lián)聚乙烯電纜得到廣泛應(yīng)用并逐步取代傳統(tǒng)的油紙電纜，特別是中低壓電力電纜，傳統(tǒng)的耐壓試驗(yàn)方法（直流耐壓）已不適用于這類電纜，0.1Hz超低頻余弦方波耐壓實(shí)驗(yàn)技術(shù)就是根據(jù)這一需求由德國公司與大學(xué)研究所，供電公司共同通過近二十年研究發(fā)

2、展的耐壓實(shí)驗(yàn)新技術(shù)，這一技術(shù)不僅在德得到電力部門認(rèn)可和廣泛應(yīng)用，而且逐步為歐州其它國家接受，德國DINVDE0276620621和歐州電工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（CENELEC）HD620621SI標(biāo)準(zhǔn)中都將0.1Hz超低頻電壓作為耐壓試驗(yàn)方法寫入耐壓試驗(yàn)規(guī)范。2.歷史歷史歷史上只有兩種型式的電力電纜：幾乎全部是鉛包外護(hù)套的油浸紙絕緣電纜，以及特別用于長距離和高電壓上的壓力充油或充氣電纜。通常大部分采用的電纜形式幾乎全部是油浸紙絕緣電纜，其中有

3、些電纜運(yùn)行已超過80年。但是大量的制造工序和復(fù)雜的安裝、接頭工藝帶來了相對較高的安裝費(fèi)用。充氣或充油電纜的故障定位非常不容易，特別是，充油電纜和外泄漏顯然對環(huán)境是個(gè)危害，而且變得越來越不能被接受。在60年代初出現(xiàn)一種聚乙烯（PE）的新材料，在以后幾年內(nèi)又發(fā)展和改進(jìn)為交聯(lián)聚乙烯（XLPE）。這類具有奇異的介電常數(shù)的新材料曾經(jīng)是所有問題的解決辦法，無功損耗低，并有驚人的絕緣性能。這類材料的安裝費(fèi)用低，而使電纜本身的敷設(shè)更容易。從而為許多薄弱

4、的架空線路走向地下提供了可能。但10至15年后，對這些電纜和這種初始欣慰開始終止了。特別是首先送電的聚乙烯電纜開始壞得比更換和修復(fù)還要快。3.問題問題檢測到的問題是水，單純的純水，首先是作為聚合過程的殘余物而產(chǎn)生的水，有時(shí)則通過電纜外傷，不正確的安裝或外層絕緣戳穿的機(jī)械損傷而進(jìn)的水。這種水經(jīng)過長時(shí)間過程逐漸形成水樹枝。這種水樹枝的形成持續(xù)時(shí)間取決于自由水分的可獲量和電場，可能會(huì)要幾十年，但是其最終結(jié)果是在整個(gè)絕緣的各處有一個(gè)或許多充滿水

5、分的只有幾個(gè)微米寬的狹窄通道。只要不發(fā)生極端情況，這種充滿著分子狀態(tài)純水的通道可以長時(shí)間不發(fā)生問題。只要負(fù)荷變化，發(fā)熱由直流電壓造成的完全變干或電氣反應(yīng)或因外護(hù)層故障而從外部使鹽分增加等，將使該部位產(chǎn)生閃絡(luò)。如果水樹枝還未完全形成，其剩余絕緣還有約1mm厚，則剩余的PEXLPE絕緣仍可足夠使電纜“安全”運(yùn)行。但是，一旦這個(gè)“通道”或“空間”變干或處于更高的電壓下或因鄰近的其他電纜和故障而引起快速瞬變，水樹枝通道會(huì)變?yōu)殡姌渲?。這些電樹枝發(fā)

6、展得比水樹枝快得多，而且一旦開始，就會(huì)被稱為并可測得的局部放電（PD）將聚乙烯熔解而使電樹枝繼續(xù)發(fā)展。在幾個(gè)星期內(nèi)，電纜就會(huì)擊穿，其時(shí)間取決于負(fù)荷和電場強(qiáng)度。這個(gè)產(chǎn)生特殊試驗(yàn)波形的超低頻技術(shù)可以組成一個(gè)重量和體積非常小的系統(tǒng)。通過扼流線圈“再循環(huán)”儲存在電纜電容內(nèi)的能量，超低頻技術(shù)在顛倒極性的過程中只是簡單地將容性充電回復(fù)到電纜中去由于這個(gè)技術(shù)，大功率高壓電源和放電裝置就不需要了。通過這樣的轉(zhuǎn)換過程，只有在最后的5s或10s的損耗必須充

7、電。西馬力公司的超低頻測試裝置是設(shè)計(jì)成以0.1Hz余弦方波測試電纜，用高達(dá)52KV（30KV電纜3U0）測0.5μF電容量的電纜，另外還有用高達(dá)70KV測2.5μF電容量的電纜的裝置以及可供作5270KV的常規(guī)直流試驗(yàn)。5.5μF的可試驗(yàn)電纜容量容許試驗(yàn)最長達(dá)25km的電纜或最長達(dá)8km的三相電纜，取決于電纜型式。5.0.1Hz超低頻余弦方波耐壓試驗(yàn)技術(shù)的應(yīng)用超低頻余弦方波耐壓試驗(yàn)技術(shù)的應(yīng)用如前所述，直流耐壓，試驗(yàn)不適用于聚乙烯電纜，因

8、為在直流電場下形成的空間電荷會(huì)保存在電纜絕緣層中，當(dāng)試驗(yàn)完畢重新投入運(yùn)行后，殘存的空間電荷（電場）會(huì)與運(yùn)行電壓的電場疊加，在實(shí)際上仍能運(yùn)行的電纜中造成擊穿，交流工頻耐壓試驗(yàn)最為有效，但由于電力電纜的電容很大，需要大功率試驗(yàn)設(shè)備，設(shè)備笨重，難以對聚乙烯交聯(lián)聚乙烯電纜進(jìn)行預(yù)防性耐壓試驗(yàn)（現(xiàn)場試驗(yàn)），針對中壓交聯(lián)聚乙烯聚乙烯電纜的現(xiàn)場耐壓試驗(yàn)問題，西馬力公司與德國大學(xué)研究所及供電公司共同研制，試驗(yàn)推出了0.1Hz超低頻余弦方波耐壓試驗(yàn)技術(shù)，此

9、后有些制造廠家出提出了一些可用于聚乙烯交聯(lián)聚乙烯電纜的耐壓試驗(yàn)方法，比較有代表性的有0.1Hz超低頻正弦波耐壓試驗(yàn)裝置，諧振耐壓試驗(yàn)系統(tǒng)及振蕩電壓試驗(yàn)方法。為評價(jià)各種耐壓試驗(yàn)方法并為制定統(tǒng)一的耐壓試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)（主要是考慮到聚乙烯交聯(lián)聚乙烯電纜）提供理論及實(shí)驗(yàn)依據(jù)，從1989年至1992年柏林工業(yè)大學(xué)高壓技術(shù)研究所，柏林電業(yè)公司，歐登堡（Oldenburg）電業(yè)公司，多特蒙德（Dtmund）電業(yè)公司及西門子公司共同進(jìn)行了一個(gè)科研項(xiàng)目“中壓地埋

10、電力電纜和耐壓試驗(yàn)方法”。這一科研項(xiàng)目系統(tǒng)地研究比較了以直流0.1Hz超低頻余弦方波、0.1Hz超低頻正弦波、振蕩電壓、50Hz工頻為電壓源的耐壓試驗(yàn)方法，在1993年發(fā)表的科研結(jié)果報(bào)告中給出了以下幾點(diǎn)重要的結(jié)論：——對聚乙烯交聯(lián)聚乙烯電纜做直流耐壓試驗(yàn)，即使加上高于試驗(yàn)規(guī)范（油紙電纜）的電壓也無法發(fā)現(xiàn)電纜中的潛在故障（老化引起）；——對油紙電纜可以用0.1Hz超低頻余弦方波進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)電壓可大大低于規(guī)范中的直流電壓水平；——現(xiàn)場

11、對電纜做耐壓試驗(yàn)，特別是聚乙烯交聯(lián)聚乙烯電纜應(yīng)用0.1Hz超低頻余弦方波耐壓試驗(yàn)技術(shù)得到的結(jié)果最佳，因?yàn)樵趯垡蚁┙宦?lián)聚乙烯進(jìn)行耐壓試驗(yàn)時(shí)，0.1Hz超低頻余弦方波產(chǎn)生局部放電的初始電壓較低（比0.1Hz超低頻正弦波要低20%），而水樹中的通道的延展速度很大，這樣在給定的耐壓試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)所有將在運(yùn)行中出現(xiàn)的潛在故障點(diǎn)的可靠性就更大。在對同一段老化電纜做比較擊穿試驗(yàn)時(shí)得到下面的結(jié)果：50Hz工頻UU0=50.1Hz超低頻余弦方波UU0=