高压交联聚乙烯电缆交流耐压试验中的问题
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摘要：介绍了珠海发电厂1号主变220kV XLPE电缆的交流耐压交接试验中出现的问题、处理的经过及试验方法和试验数据，分析了问题产生的原因。
关键词：XLPE交联聚乙烯电缆；交流耐压；绝缘电阻；放电时间；击穿；闪烙
1 概述
广东省珠海发电厂一期有两台700 MW的大型进口燃煤机组，采用220kV输电线路。该厂内的220kV电缆均采用交联聚乙烯电缆。按照广东省电力试验研究所发出的粤电试［1999］07号文的要求，应对新安装的220kV XLPE电缆采用交流耐压试验作为其交接试验，并按照IEC840的要求，交流耐压：电缆芯线对屏蔽层加线电压耐受5分钟，即采用220kV，5 min作为该电缆的交接试验。日本三菱总承包商委托广东省电力试验研究所进行这项试验。因对该电缆及所连接的GIS部分同时加压，在电缆厂家的同意下，采用的耐压程度是：174kV5 min，260kV3min，316kV1min。整个试验过程中，电缆均未发现异常，但是试验后被测量电缆的绝缘电阻值较试验前有大幅度降低。为分析原因，证实电缆的绝缘良好，先后又对该电缆进行了两次耐压水平为220kV，5min的交流耐压试验。现将笔者参与这几次试验及采集的试验数据加以归纳，希望能为尚未成熟的XLPE电缆交流耐压试验提供一份素材供同仁们参考，共同为完善对XLPE电缆的交流耐压试验而努力。
2 试验经过及试验标准、方法和数据
2．1 1号主变220kV XLPE电缆参数及铭牌
型号：1×3000mm2 CAZV
生产厂家：日本藤仓公司
最小绝缘电阻：2500 MΩ－km
最大电容：0．24uF／km电缆总长：123m
那么该电缆的最小绝缘电阻：2500÷0．123＝20．3GΩ
最大电容：0．24×0．123＝0．030uF
电缆的外部接线图如图1所示：
2．2 试验标准
参照IEC840标准及三菱和电缆厂家藤仓电气公司的试验方案并经省局同意，试验按表1所述的标准进行：
交流电压加于芯线与屏蔽层、地之间，耐压前后进行绝缘电阻测量。
2．3 试验接线
试验接线如图2所示：
交流电压使用调频串联谐振方法获取，f＝61－62Hz。
2．4 交流耐压前后绝缘电阻测量结果（此期间天气晴好）
测量结果如表2所述
3 分析与结论
首先，在3次交流耐压试验中均未观察到击穿和闪烙现象，可以认为1号主变电缆主绝缘应是合格的。其次，从耐压前后绝缘电阻测量值看，发现有以下明显的规律：a交流耐压前后绝缘变化太大；b交流耐压值越高，耐压后绝缘电阻值下降越厉害，恢复到耐压前相似水平时间越长；c绝缘电阻下降到最低值时，几乎没有吸收比，像纯粹的电导或离子电流现象。
就以上现象，日方生产厂家提供了该电缆的出厂试验报告，各项试验结果合格，其中电缆主绝缘耐受水平是320kV，30min。在他们的分析报告中，强调造成上述现象的原因有两个：耐压后对电缆芯的放电时间不够，使得耐压后的残余电压影响了绝缘电阻的测量值；电缆终端的瓷瓶表面泄漏电流的影响。
首先，我们对耐压后的放电时间的问题进行分析：
3．1 当时缆芯末直接接地放电即自然放电时，电缆在残压下的等值电路图如图3所示：
在交流耐压后，残余在电缆芯的残余电压与其放电电流的计算公式为：
V′＝V×exp［－t／CR］ Q0＝CV
i＝［Q0／CR］exp［－t／CR］＝V／Rexp［－t／CR］
V′：t秒后的残余电压。
i：t秒后的残余电压下的放电电流。、
以第一次316kV交流耐压为例计算，结果列于表3
现以15min的放电电流影响兆欧表的测量为例，兆欧表测得的绝缘电阻值：R＝2500／0．809×10－6＝3．09GΩ，大于7月11日耐压后的测量值。一般在自然放电的情况下，3τ的时间常数时（约30min）的残余电压将对测量值没有影响。再者，在每次耐压后，试验人员都将电缆芯直接对地放电。并且试后每隔两小时测量绝缘电阻。因此，三次试验中放电时间对绝缘电阻的测量是没有影响的。而且，我们从耐压水平220kV的两次耐压后的绝缘电阻的测试值中可以看出，电缆的绝缘电阻值大约在试验后放电30min后降低，随后的几小时后才升高。并且，交流耐压值越高，耐压后绝缘电阻值下降越厉害，恢复到耐压前相似水平时间越长。从以上的分析，我们可以否定日方厂家的第一条解释原因。
3．2 对于第二条原因的解释，我们认为前两次的耐压试验中，试验前后均未对电缆瓷瓶表面进行清扫。那么在对电缆芯充分放电的情况下，瓷瓶表面泄漏电流对试验前后的绝缘电阻的测量的影响是相同的，所以这一条理由，也无法解释耐压前后绝缘电阻下降太多的现象。综合以上的分析，我们可以排除日方厂家所提出的对试验后电缆主绝缘电阻测量的影响因素。
通过对表2中数据的分析可估计，该回路电缆终端头可能存在某种不明原因的缺陷，以致影响耐压后绝缘电阻大幅下降，然后再缓慢回升。为此，我们重点检查了电缆终端头内部情况，并从电缆头下部两次取油样送电力试验研究所进行化验，检查电缆终端油压。该电缆油的型号：KF96—50，电气强度＞50kV／2．5 mm，油压：1．2—3．0kg／cm2（在－5—55℃下）。检验报告说明电缆油的电气强度和tgδ及油压均合格。于是，省电力局发文同意该电缆投入使用。同时，我们也已将上述现象作为该电缆的一个缺陷记录在案。目前，该电缆的运行情况正常，造成耐压后绝缘电阻下降的原因目前尚未知晓。
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