CCS水電站500 kV電纜現場交接試驗分析

李 鄭

（中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝事業部，云南 昆明 650032）

CCS水電站500 kV電纜現場交接試驗分析

李 鄭

（中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝事業部，云南 昆明 650032）

隨著我國機電設備設計、制造及施工工藝等綜合實力的提高，我國機電產品已應用于國際工程。本文結合CCS水電站500 kV電纜現場交接試驗及所選試驗設備參數估算做一個陳述，所取得的工程經驗，對同類電站的工程建設具有借鑒意義，供同行參考。

CCS水電站；EPC；500 kV電纜；現場交接試驗；設備參數；估算

1 CCS水電站及電氣主接線概述

Coca Codo Sinclair科卡科多辛克雷（簡稱CCS）水電工程位于南美洲厄瓜多爾國東北部Napo省與Sucumbios省交界處，首部樞紐位于Quijos和Salado兩河交匯處下游，距首都基多公路里程約130 km。

水電站工程由首部樞紐、輸水隧洞、調蓄水庫、壓力管道、地下廠房（安裝8臺單機容量為205 MVA的水斗式水輪發電機組及其附屬設備）、500 kV GIS設備、進廠交通洞及500 kV電纜洞（2條500 kV電纜出線）、地面控制樓、地面出線場等組成。

工程開發的主要任務是發電，以滿足厄瓜多爾國內持續快速增長的電力需求。根據2010～2020年電力規劃，該電站裝機容量占國內總裝機容量的1/3左右。CCS電站在投運初期為系統內裝機最大的電源，同時厄瓜多爾國電網正在把現有的230 kV電壓等級改造升級為500 kV等級的電網，此電站8臺機組投產后，將成為國網主力電源。主接線簡圖見圖1。

圖1 主接線簡圖

2 高壓電纜相關技術參數

型式：Cu XLPE（銅導體交聯聚乙烯）擠包絕緣電纜；制造廠：Nexans France （法國耐克森）。

電纜導體截面：1 600 mm2；標稱電壓 U0/U（Um）：290/500（550）kV；系統額定頻率 60 Hz。

額定持續電流：1 400 A；電纜傳輸容量：1 200 MVA；冷卻方式：自然冷卻。

電纜敷設形式：三角形 clover，長度：A：795 m，B：802 m，C：810 m。

電纜電容量：0.176 μF/km，20℃時電阻最大值約 0.011 3 Ω/km。

電纜特性參數：500 kV電纜線芯導體直徑φ49 mm，電纜外徑φ149.5 mm，內外屏蔽、XLPE三層共擠，單位電纜重量51 kg/m。

根據主合同規定，500 kV電纜及其附件采用IEC、IEEE及美國標準。

3 現場安裝簡圖

500 kV電纜從630.5 m高程的地下GIS終端室，沿500 kV出線電纜洞，再引到地面戶外終端電纜室，與地面戶外終端連接。500kV電纜在出線洞內靠側墻三角形敷設，有電纜支架固定，左、右側各敷設二回6相12根單芯電纜，電纜出線洞高差約8m。500 kV電纜的始末兩端（地下主變洞主變壓器運輸通道上方電纜廊道和地面出線場電纜隧道）布置適當長度的預留段。500 kV電纜在空氣中布置，在電纜洞內和地面出線場靠近電纜洞的電纜隧道內，電纜三角形敷設，各相中心線之間距離≥400 mm，電纜中心線離墻（或地面）距離≥350 mm；在電纜兩端電纜水平布置時，兩相中心線距應≥2D（D電纜外徑）

電纜安裝連接布置簡圖見圖2。

圖2 電纜安裝連接布置簡圖

電纜的現場安裝敷設、電纜終端的制作安裝及相關附件的安裝工作全部完成，應進行現場試驗。

4 現場試驗項目

①外觀檢查及電力電纜線路相位檢查；②電纜外護套試驗；③主絕緣電阻測量；④交流耐壓試驗；⑤耐壓后絕緣電阻測量。

5 試驗程序及設備參數估算

5.1 外觀檢查及電纜芯線相位檢查

試驗目的：外觀檢查完好，電纜及電纜終端表面無損傷；屏蔽保護接地箱和接地箱外觀完好，接線符合圖紙要求，檢查電力電纜相位是否正確。

試驗方法：檢查相位的方法很多，現場用的最多的是燈泡法、萬用表法和搖表法。它們的原理都相同，只是使用的表計不一樣，統稱為導通法。

搖表法的檢查方法是將乙端被試芯線接地，在甲端用搖表分別檢查三相對地的電阻。電阻為零的一相與乙端接地相同相位，標以相同標號即可。

注意事項：檢查中搖表搖測芯線電阻時，搖表只能輕輕搖動，切不可快速搖動，以免損壞搖表。檢查后將兩端相位標記一致即可。對于數字式絕緣表則只能用低電壓檔位來檢測，否則損壞儀表。

5.2 電纜外護套直流耐壓試驗

試驗目的：檢測電纜在敷設后外護套是否受損或受潮。

試驗接線：將被試電纜屏蔽層接線與護層保護器及接地斷開；非被試電纜屏蔽層接線與護層保護器及接地可靠連接；將直流高壓發生器輸出端與被試電纜屏蔽層接線連接。

試驗方法：根據IEC 60229-2007第5章，外護套直流耐壓試驗施加電壓10 kV，在每段電纜金屬屏蔽與地之間施加直流電壓，持續時間1 min，后降低輸出電壓至零。試驗電壓持續時間內不擊穿為通過。

5.3 絕緣電阻測量

試驗目的：電纜絕緣電阻的測量是檢查電纜是否受潮、臟污或存在局部缺陷，以及耐壓試驗中暴露出來的絕緣缺陷。

試驗方法：測量絕緣電阻是測量電纜芯對外皮或芯線之間及外皮間的絕緣電阻，通常用≥2 500 V的兆歐表測量。

注意事項：①測量絕緣電阻時，應分別在每一相上進行，對一相進行試驗時，其他兩相導體、金屬屏蔽或金屬套和鎧裝層一起接地。②耐壓試驗前后，絕緣電阻測量應無明顯變化

5.4 交流耐壓試驗原理及依據

交流耐壓試驗采用調頻式串聯諧振試驗裝置，變頻電源頻率為30～300 Hz，通過調節電源頻率，在30～300 Hz頻率范圍內使所配置的高壓電抗器與被試設備電纜電容的阻抗趨于相等，即XL=XC，使回路到達諧振，來進行交流耐壓試驗。此時，高壓電纜的容性電流與電抗器的感性電流相抵消，外來供給的能量僅為回路中消耗的有功功率，故需要的試驗電源容量較小。

原理接線簡圖見圖3。

圖3 交流耐壓試驗試驗接線

其中，TH：三相電源；VF：無局放變頻電源；T：勵磁變壓器；L：串聯電抗器；V：峰值表；F：電容分壓器；500 kV XPLE：電力電纜及電纜終端。

試驗時被試相加壓，非被試相芯線兩端接地短路。被試相電纜屏蔽層上的過電壓保護器在試驗時短路接地或拆除。

電纜試驗參照的標準是IEC-62067表10，交流絕緣試驗中試驗電壓波形應為正弦波，試驗頻率在20～300 Hz之間，耐壓有效值為320 kV，耐受持續時間1 h。加壓程序及持續時間見圖4。

IEC-62067表10

圖4 加壓程序及持續時間

5.5 試驗設備參數估算

被試驗的500 kV電力電纜電容量計算（電纜電容量：0.176 μF/km），單相電纜最長約0.81 km，則500 kV電力電纜電容量大約為：0.81 km×0.176 μF/km＝0.143 μF

參數匹配計算：

擬采用333 kV 220 H-10%電抗器，即：333 kV 198 H 8A/節，兩節電抗并聯總電感量為99 H

串聯后的諧振頻率為：

高壓回路電流為：I=2πf CU=2×3.14×42.35×320×0.143×10-3=12.2 A＜16.0 A（電抗器最大允許通過電流）

現場試驗元件組合接線圖見圖5、6，在較低電壓（低于10%試驗電壓）調整諧振點時，勵磁變選5 kV輸出（與選10 kV輸出）時電流最小，故選勵磁變5 kV輸出檔作為試驗輸出電壓。

5.6 試驗儀器設備及型號規格

①數字式絕緣電阻測試儀，FLUKE F1550C 250～10 000 V；②無局放變頻電源（長沙海沃200 kW），HVFP-200，輸入電源 480 V、50～65 Hz，輸出電壓 0～350 V、0～571 A、20～300 Hz、精度 0.1 Hz、輸出電壓不穩定度小于1%、局放水平小于10 pc、重量1.2 t；③勵磁變壓器（ZB-200 kVA），輸入電壓0.35～0.4 kV、輸入電流285.7×2、單相，輸出電壓40/30/20/10/5 kV、輸出電流5/6.7/15/20/40 A戶內；④串聯諧振電抗器（2個），333 kV/220 H±10%/8A---3個抽頭；⑤分壓器2節，2×333 kV/4 000 pF；⑥試驗均壓線1根；⑦放電棒1根；⑧電容低壓臂 1 個，2.037 μF，600 V，分壓值 2 000：1。

圖5 現場元件接線圖1

圖6 現場元件接線圖2

5.7 試驗步驟

按現場試驗元件組合接線：

對電纜的主絕緣作耐壓試驗時，應分別在每一相上進行。對一相進行試驗或測量時，其他兩相導體、金屬屏蔽或金屬套和鎧裝層一起接地；

設定過電壓保護：人工設定過電壓保護值；當整套裝置的輸出電壓達到保護整定值時，自動切除整套裝置；

設定過電流保護：人工設定過電流保護值；當整套裝置的輸出電流達到保護整定值時，自動切除整套裝置；

設定擊穿保護：當高壓側發生對地閃絡時，自動切除整套裝置。不致對試驗設備和人身造成傷害；

自動掃頻，尋找諧振點：頻率范圍 20～300 Hz，自動找諧調整后，切換到手動控制狀態，進行手動調壓；

在升壓過程中，要有人隨時呼喊電壓數值，要設專人監視被試驗品、試驗設備，試驗中如發現異常情況，應立即降低電壓斷開電源，待查明原因并排除后方能重新開始試驗。

5.8 試驗判定

在試驗過程中，未發生絕緣閃絡、放電、擊穿、過電流保護動作跳閘，則認為絕緣正常，耐壓試驗通過。在耐壓試驗后，所測得的電纜絕緣電阻、吸收比與耐壓試驗前所測得值相比基本不變，則認為正常，否則應查明原因。

在試驗過程中，若受空氣濕度、溫度的影響，僅引起表面滑閃放電或空氣放電，則不應認為不合格。

試驗結束需要主絕緣電阻值應無異常。耐壓試驗通過后，會同廠家、咨詢等確認試驗結果，無疑異后方可宣布試驗結束，撤離現場。

6 試驗數據

500 kVⅠ回電纜的試驗數據見表1、2（500 kVⅡ回電纜待500 kVⅡ回架空線路形成后投入運行）。試驗時間：2016年1月6日；試驗環境：溫度26℃，濕度80%RH。

表1 500 kVⅠ回電纜外護套直流耐壓試驗

表2 500 kVⅠ回電纜主絕緣交流耐壓試驗

分析：①C相電纜長度稍長，輸出電流略大。ABC三相電流實測值均與計算值相接近。②第一相（A）1 h試驗后，電抗器發熱較小，溫度僅38℃，不超過40℃，可以持續進行BC相耐壓試驗。

7 結論

本試驗順利完成，500 kV電纜的絕緣性能滿足設計及IEC-62067規范，并滿足有關標準及合同文件的要求，規范操作、保證試驗結果的準確性，達到了現場交接驗收試驗的目的。

厄瓜多爾首批機組（1～4號），已分別于2016年5 月 5 日 11：00、4 月 27 日 9：42、5 月 8 日 16：28、5月12日02：14，完成了72 h試運行工作，大量的電能通過500 kVⅠ回高壓電纜安全可靠遠距離輸送至厄瓜多爾國電網，為500 kV電壓等級改造升級提供了安全可靠的運行設備。二批機組（5～8號）已于2016年11月18日舉行投產發電儀式并通過500 kV圣納菲Ⅱ回架空線、500 kVⅡ回高壓電纜輸送大量電能給厄瓜多爾國家電網。

[1]黃河勘測規劃設計有限公司厄瓜多爾CCS水電站項目基礎設計階段水力機械及電氣設備報告［R］，2010.

[2]IEC62067-2011 額定電壓 U（Um）150 kV （170 kV）至 500 kV（550 kV）擠包絕緣電力電纜及附件的試驗標準［S］.

[3]IEC62271-203高壓開關及控制設備-Part 203 52 kV及以上氣體絕緣金屬封閉組合電器［S］.

[4]IEC 60229-2007電纜.帶特殊保護功能擠出外套的試驗［S］.

[5]IEEE 62-1995（R 2005）電力設備絕緣現場試驗導則［S］.

[6]四川電力試驗研究所.高壓電氣設備試驗方法［M］.2版，2004.

TM75

B

1672-5387（2017）10-0019-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.10.007

2017-07-21

李 鄭（1965-），男，高級工程師，從事大、中、小型水電站機電安裝工程電氣檢測、調試及技術指導工作。