電力電纜采用變頻諧振耐壓試驗的優勢分析
電力電纜采用變頻諧振耐壓試驗的背景與優勢分析,與架空線路相比,電纜線路具有敷設隱蔽、受氣候干擾小、少維護、對城市市容影響小等優勢,在城市電網中的應用越來越普遍,而且電纜化率也成為衡量城市電網技術水平的重要標志。隨著油浸紙絕緣電力電纜逐步退出歷史舞臺,代之以安裝簡便、沒有漏油困擾的橡塑絕緣電力電纜, 其中交聯聚乙烯(XLPE) 電力電纜更因為電氣機械性能好、傳輸容量大、施工安裝靈活而成為主流電纜。
為了保證線路安全運行,電力電纜投入運行前必須進行交接驗收試驗,以避免機械損傷、安裝工藝缺陷等問題引起運行故障損失;在電力電纜運行期間,也要定期進行預防性試驗,以便及時發現故障隱患和潛伏性缺陷。在這些試驗中,按照被試絕緣的危險程度分為非破壞性試驗和破壞性試驗兩大類,前者因為施加的電壓低于額定電壓,不會損傷電纜的絕緣性能而被稱為非破壞性試驗,主要試驗項目包括絕緣電阻測量、泄漏電流測量、介質損耗因數測量等;后者要在高于工作電壓條件下進行試驗,可能引起絕緣損傷和破壞,故稱之為破壞性試驗,主要試驗項目是直流耐壓試驗和交流耐壓試驗(采用變頻諧振耐壓試驗裝置)。雖然非破壞性試驗能發現許多絕緣缺陷,但因為試驗電壓較低,某些局部缺陷還是不能夠被檢出,所以必須通過破壞性試驗來進一步暴露這些缺陷。
直流耐壓試驗設備體積小、重量輕、操作簡單、便于現場實施,同時早期的油浸紙絕緣電力電纜的絕緣結構為油和紙的組合,采用直流耐壓試驗不會因累積電荷而造成絕緣損傷,所以曾經很長一段時間作為現場的主要試驗項目。
但是直流耐壓試驗不合適用于XLPE電纜,因為它的絕緣結構是固體介質,這與油浸紙電纜絕緣結構迥異,在直流電場作用下容易儲存和聚集空間電荷而形成“記憶效應”,需要很長時間才能完全釋放出累積的電荷,而交接試驗和預防性試驗后都不大可能等待這么久再投運,這樣很容易出現累積的電荷疊加在工頻交流電壓峰值上而擊穿電纜:另一方面XLPE電纜中的“水樹枝”(指水分浸入絕緣結構并在電場作用形成的樹枝狀物)在直流電壓作用下會迅速轉化為“電樹枝”(指絕緣結構內部形成的樹枝狀放電通道),從而加速絕緣老化和引起電纜擊穿故障。
交流耐壓試驗環境更接近實際運行環境,而且電場分布也與直流電壓不同,交流電場由介電參數控制,直流電場由電阻率控制,這些特點決定了交流耐壓試驗是鑒定XLPE電纜更有效、更安全的方法。
經過多年研究和探索,交流耐壓試驗已形成工頻耐壓試驗、變頻耐壓試驗、超低頻耐壓試驗和振蕩波耐壓試驗四個系列。工頻耐壓試驗是指采用試驗電壓頻率為49~61Hz的交流電源進行耐壓試驗,根據設備原理又分為直接工頻和工頻串聯諧振(調感式串聯諧振)兩種主要方法。變頻耐壓試驗是指利用能夠產生可變頻率20~300Hz的交流電壓裝置進行耐壓試驗,主要方法為變頻諧振耐壓試驗裝置試驗法。
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