淺述XLPE電力電纜試驗方法及其等效性和敏感性

錢 誠 金甲杰 喬向陽

（國網蕪湖供電公司，安徽 蕪湖 241000）

0 前言

隨著電力技術的發展，交聯聚乙烯(XLPF)電力電纜的使用越來越廣泛。目前，在國內外XLPE電力電纜大多已替代原有的充油紙絕緣的電力電纜，這就使得XLPF電力電纜的絕緣試驗尤為重要。

1 電力電纜試驗方法

目前電力電纜主要的試驗方法有直流電壓試驗和交流電壓試驗兩類。交流電壓試驗主要應用的有工頻電壓試驗、0.1Hz超低頻電壓試驗和振蕩波電壓試驗；根據現場交流耐壓得要求，還可采用諧振電壓法。

1.1 直流電壓試驗

在直流電壓的作用下，電纜絕緣中的電壓按絕緣電阻分布，當電纜絕緣存在發展性局部缺陷時，直流電壓將大部分加在與缺陷串聯的未損壞的部分上，所以直流耐壓試驗比交流耐壓試驗更容易發現電纜的局部缺陷。

直流電壓試驗對于紙絕緣電纜和XLPE電纜的有效性不同。紙絕緣電纜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、發現紙絕緣介質受潮、機械損傷等局部缺陷的有效手段。

1.2 工頻電壓試驗

電纜做交流耐壓試驗時，施加50Hz或接近50Hz的正弦波，試驗電壓的波形和運行電壓的波形是一致或相近的，不存在試驗機理不同或等價性問題，同時它對電纜絕緣缺陷的檢測也比其他試驗方法有效。但是長距離電纜試驗所需的電源容量太大，試驗設備相當龐大，搬運困難，不適合現場應用。這就限制了工頻耐壓試驗的推廣應用。為了滿足現場高電壓大電流的要求，可以改變試驗回路中的電感、頻率，使回路處于諧振狀態，以大幅度減少試驗電源的輸入容量，同時也提高現場試驗的安全性。

1.3 0.1Hz超低頻（VLF）電壓試驗

采用超低頻作為試驗電源，可以使變壓器的容量大大降低，0.1Hz理論上是工頻容量的1/500，在現場實施起來比較容易。

0.1Hz超低頻試驗根據電壓波形的不同而有所區別。0.1Hz超低頻壓波形基本上有3種：正弦波、三角波和余弦方波。過去曾經進行過的0.1Hz超低頻試驗主要有耐壓試驗、局放試驗和介損試驗。由于現場干擾的復雜性和去除干擾的技術難度等原因，0.1Hz超低頻試驗很少包括局放試驗，且以耐壓試驗最普遍。

0.1Hz超低頻耐壓試驗能夠在較低的電壓下有效地發現XLPE絕緣電力電纜受潮和存在水樹枝的運行缺陷。目前已在中低壓電纜試驗中推廣應用。但是這種方法對XLPE等擠包電纜主絕緣和附件絕緣缺陷的效果不佳，且試驗時間長，對電纜絕緣有損傷，可引發電纜中新的缺陷。

1.4 振蕩波電壓試驗

對電纜進行直流充電，達到一定的電壓后通過間隙對電阻電感放電，從而得到一個阻尼振蕩電壓，用以檢查電纜主絕緣和附件的缺陷。這種方法就是振蕩電壓法。它比直流耐壓試驗有效，但仍不如工頻耐壓試驗有效。

振蕩波電壓(OSW)是近年來國內外研究較多的一種用于XLPF電力電纜檢測的電壓。它與交流電壓等效性好，作用時間短、操作方便、輕便靈活、便于攜帶運輸。它能在較低的電壓下發現XLPE絕緣電纜的制造質量缺陷和施工質量缺陷。因此應用振蕩波電壓進行電力電纜竣工或維修后的交接試驗是較理想的試驗方法，在XLPE電纜局部放電測試方面也有較好的效果。

2 各種試驗方法的等效性和有效性

羅俊華等人通過對存在人為絕緣缺陷的XLPF電力電纜試品進行工頻電壓、振蕩波電壓和超低頻電壓進行平行比對試驗，來研究這3種試驗方法作為早期發現、判別XLPF電力電纜運行事故隱患的有效性和可行性。超低頻法和振蕩波法的試驗電路如圖1所示。

應用交、直流電壓、0.1Hz VLF及5～8 kHz OSW分別對運行12年、存在大量水樹的退役電纜試品耐壓以驗證其等效性。等效系數K=Ux/Uac，結果如表1所示：

表1 不同電壓類型在不同缺陷類型下的擊穿電壓

圖1 試驗電路

由以上結果可知直流電壓明顯于交流電壓不具有等效性。直流擊穿電壓試驗的K值因電纜缺陷類型差異而在較大的范圍 (2.6～4.3)內變化。這是由于電纜介質中缺陷的介電系數變化梯度遠遠大于電阻率變化梯度，同一類型缺陷介質的直流擊穿電壓是工頻擊穿電壓的2倍以上。如果在直流電壓試驗時選取K=2.6，則電纜的切痕缺陷、針尖缺陷或尖端缺陷不易被發現；如果選取K=4.3，則有可能因很高的直流電場向電纜介質中注入或聚集大量的空間電荷而損傷電纜介質。因此，直流電場不能有效地發現電纜介質中存在的缺陷。

振蕩波電壓試驗的K值分布較為均勻(1.1～1.5)，表明其能夠較全面地發現電纜介質缺陷并與工頻電壓試驗的等效性相對較好。特別是對切痕缺陷敏感(K=1.1),可作為電纜竣工后的交接試驗方法之一。

3各種試驗方法對電纜缺陷的敏感性

羅俊華等人在YJV-8.7/15 3×185電纜上人為制造缺陷以模擬電纜在制造、施工和運行中的絕緣缺陷及從運行現場取回的己投運12年有嚴重缺陷的YJV22-8.7/15 3×185電纜做為試品。從試驗結果來看，介質交變電場擊穿電壓受缺陷的影響較大。缺陷電纜試樣的工頻擊穿電壓下降的幅度很大，只有正常電纜擊穿電壓的30%～60%，主要表現出聚合物介質電機械應力擊穿。

振蕩波電壓下，金具尖端缺陷和切痕缺陷下的擊穿電壓較低，針尖缺陷的擊穿電壓變化比較大，不夠穩定。進潮和水樹枝缺陷下的擊穿電壓最大，說明振蕩電壓法對此類缺陷最不敏感，不易發現缺陷。

4 結論

直流電壓試驗不能有效地發現XLPE電力電纜中存在的缺陷，其與電纜運行時的工況相差較遠，因此不適宜作為XLPE電力電纜的試驗方法。

工頻電壓試驗與電纜實際運行情況最相符合，能夠全面真實地發現XLPE電纜缺陷和運行故障隱患，可用于電纜竣工試驗和預防性試驗。由于其所需電源容量很大，不適宜應用到現場試驗，如何減小工頻電壓發生器的體積和重量需要進一步的研究。

0.1Hz超低頻電壓對XLPE電纜受潮或存在水樹枝的缺陷具有敏感性，能在較低電壓下有效地發現此類缺陷，可以作為XLPE電纜預防性試驗方法。同時，由于其所需電源容量較小，可應用于電纜的運行現場試驗。

振蕩波電壓試驗和工頻電壓試驗的等效性最接近，對切痕缺陷具有敏感性，可以在較低的電壓下有效地發現XLPE電纜制造質量缺陷和施工質量缺陷，可以作為電纜竣工試驗方法。

［1］葛景滂,邱昌容,謝恒堃．局部放電測量[M]．北京:機械工業出版社,1984．

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