西馬力-01hz超低頻(vlf)余弦方波耐壓試驗技術

1、0.1Hz超低頻（超低頻（VLF）余弦方波耐壓試驗技術）余弦方波耐壓試驗技術1.引言引言保證供電可靠性的重要措施之一就是對（地埋）電力電纜進行耐壓試驗（預防性試驗）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驗技術就是根據這一需求由德國公司與大學研究所，供電公司共同通過近二十年研究發(fā)

2、展的耐壓實驗新技術，這一技術不僅在德得到電力部門認可和廣泛應用，而且逐步為歐州其它國家接受，德國DINVDE0276620621和歐州電工技術標準委員會（CENELEC）HD620621SI標準中都將0.1Hz超低頻電壓作為耐壓試驗方法寫入耐壓試驗規(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、些電纜運行已超過80年。但是大量的制造工序和復雜的安裝、接頭工藝帶來了相對較高的安裝費用。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，在以后幾年內又發(fā)展和改進為交聯(lián)聚乙烯（XLPE）。這類具有奇異的介電常數的新材料曾經是所有問題的解決辦法，無功損耗低，并有驚人的絕緣性能。這類材料的安裝費用低，而使電纜本身的敷設更容易。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生的水，有時則通過電纜外傷，不正確的安裝或外層絕緣戳穿的機械損傷而進的水。這種水經過長時間過程逐漸形成水樹枝。這種水樹枝的形成持續(xù)時間取決于自由水分的可獲量和電場，可能會要幾十年，但是其最終結果是在整個絕緣的各處有一個或許多充滿水

5、分的只有幾個微米寬的狹窄通道。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間不發(fā)生問題。只要負荷變化，發(fā)熱由直流電壓造成的完全變干或電氣反應或因外護層故障而從外部使鹽分增加等，將使該部位產生閃絡。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”運行。但是，一旦這個“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，水樹枝通道會變?yōu)殡姌渲Α＿@些電樹枝發(fā)

6、展得比水樹枝快得多，而且一旦開始，就會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。在幾個星期內，電纜就會擊穿，其時間取決于負荷和電場強度。這個產生特殊試驗波形的超低頻技術可以組成一個重量和體積非常小的系統(tǒng)。通過扼流線圈“再循環(huán)”儲存在電纜電容內的能量，超低頻技術在顛倒極性的過程中只是簡單地將容性充電回復到電纜中去由于這個技術，大功率高壓電源和放電裝置就不需要了。通過這樣的轉換過程，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計成以0.1Hz余弦方波測試電纜，用高達52KV（30KV電纜3U0）測0.5μF電容量的電纜，另外還有用高達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。5.5μF的可試驗電纜容量容許試驗最長達25km的電纜或最長達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技術的應用超低頻余弦方波耐壓試驗技術的應用如前所述，直流耐壓，試驗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保存在電纜絕緣層中，當試驗完畢重新投入運行后，殘存的空間電荷（電場）會與運行電壓的電場疊加，在實際上仍能運行的電纜中造成擊穿，交流工頻耐壓試驗最為有效，但由于電力電纜的電容很大，需要大功率試驗設備，設備笨重，難以對聚乙烯交聯(lián)聚乙烯電纜進行預防性耐壓試驗（現(xiàn)場試驗），針對中壓交聯(lián)聚乙烯聚乙烯電纜的現(xiàn)場耐壓試驗問題，西馬力公司與德國大學研究所及供電公司共同研制，試驗推出了0.1Hz超低頻余弦方波耐壓試驗技術，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方法，比較有代表性的有0.1Hz超低頻正弦波耐壓試驗裝置，諧振耐壓試驗系統(tǒng)及振蕩電壓試驗方法。為評價各種耐壓試驗方法并為制定統(tǒng)一的耐壓試驗標準（主要是考慮到聚乙烯交聯(lián)聚乙烯電纜）提供理論及實驗依據，從1989年至1992年柏林工業(yè)大學高壓技術研究所，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行了一個科研項目“中壓地埋

10、電力電纜和耐壓試驗方法”。這一科研項目系統(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方法，在1993年發(fā)表的科研結果報告中給出了以下幾點重要的結論：——對聚乙烯交聯(lián)聚乙烯電纜做直流耐壓試驗，即使加上高于試驗規(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超低頻余弦方波進行耐壓試驗，試驗電壓可大大低于規(guī)范中的直流電壓水平；——現(xiàn)場

11、對電纜做耐壓試驗，特別是聚乙烯交聯(lián)聚乙烯電纜應用0.1Hz超低頻余弦方波耐壓試驗技術得到的結果最佳，因為在對聚乙烯交聯(lián)聚乙烯進行耐壓試驗時，0.1Hz超低頻余弦方波產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時間內發(fā)現(xiàn)所有將在運行中出現(xiàn)的潛在故障點的可靠性就更大。在對同一段老化電纜做比較擊穿試驗時得到下面的結果：50Hz工頻UU0=50.1Hz超低頻余弦方波UU0=