交联聚乙烯绝缘电力电缆超低频耐压试验方法.pdf

0 总第1 2 7 期 2 0 1 0年第 5 期 山西冶金 SHANXI METALLURGY To t a l 1 2 7 N o ． 5 ， 2 01 0 文章编号 ： 1 6 7 2 — 1 1 5 2 ( 2 0 1 0 ) 0 5 — 0 0 6 4 — 0 3 交联聚乙烯绝缘电力电缆超低频耐压试验方法 杨 爱爱 ( 山西太钢不锈钢股份有限公司， 山西太原0 3 0 0 0 3 ) 摘要： 对电缆主绝缘进行耐压试验是考核 电缆绝缘状况， 保证 电力电缆安全运行的重要手段。本文着重介绍 了0 ． 1 Hz 超低频正弦波耐压试验技 术及运用这一技 术的耐压测试设备及方法。 关键词 ： 电力电缆O ． 1 Hz 超低频正弦波技术耐压试验 中图分类号 ： T M2 1 1 文献标识码 ： A 收稿 日期 ： 2 0 1 0— 0 7 ～0 8 电力电缆在 电力系统及 城市配电网 中使用广 泛 ， 它的绝缘状况直接影响电力系统发 、 供 、 配电的 安全运行 。对电力电缆进行直流耐压及泄漏 电流试 验 ， 是检查电力 电缆绝缘状况的一个主要试验项 目。 2 0 0 4年山西太钢不锈钢股份有限公司 ( 以下简 称太钢 ) 开始对 1 5 0万 1 不锈钢供电工程项 目进行改 造 ， 项 目改造历经 3 a ， 达到 了 2 座 2 2 0 k V ／ 1 1 0 k V降 压站 ， 1 4 座 1 1 0k V ／ 1 0 k V降压站、 2 座 3 5 k V ／ l Ok V降 压站的规模。新建和改扩建后的变电站全部采用聚乙 烯 ／ 交联聚乙烯电缆。 截止 目 前， 太钢 1 1 0 k V电力电缆 有 1 7趟、 3 5 k V电力电缆有 1 2趟、 l 0 k v电力 电缆有 3 4 1 趟， 其中9 5 ％以j I 为聚乙烯／ 交联聚乙烯电缆。 聚乙烯 ， 交联聚乙烯电缆的广泛应用 ，对传统 的电缆试验方法提出了挑战，直流耐压试验方法已 不适用于这类电缆 。主要原因如下[ ] ： ( 1 ) 直流耐压试验在绝缘中的应力分布与实际 交流运行电压在绝缘中的应力分布是不同的。前者 主要按电阻分布 ， 后者主要按电容分布 ， 所 以直流耐 压试验并不能反映交联聚乙烯电缆的故障及实际运 行情况 。 ( 2) 直流耐压试验不仅不能有效地发现交联聚 乙烯 电缆绝缘 中的水树枝老化现象等绝缘缺陷 ， 而 且由于空间电荷 的作用 ，还容易造成高压电缆在交 流情况下某些不会发生问题的地方，在进行直流高 压试验后 ， 投运不久即发生过程中被击穿。 ( 3) 直流耐压试验时 ， 电缆 缺陷部分发 生闪络 或击穿可能会危害到其他正常的电缆和接头的绝缘 部分。 作者简介： 杨爱爱( 1 9 7 6一) ， 女 ， 太钢能源动力总厂电 调 作 业 区 技 术 员 ，： [程 师 。 T e l ： 0 3 5 l 一 3 0 1 3 4 9 3 ， E — m a i l ： y a n g x i ng _2 2@l 6 3． c o m ( 4) 直流耐压试验有积 累效应 ， 将加速绝缘的 老化 ， 缩短其使用寿命 。 使用 5 0 H z 交流耐压方法进行试验 ，由于电缆 为容性负载 ， 需要很大的试验容量 ， 导致试验变压器 体积太大 ， 搬运 比较困难。针对聚乙烯 ／ 交联聚乙烯 电缆的现场耐压试验问题 ，设备开发一直处于领先 地位的美国高 电压公司开发 出了一种 0 ． 1 H z超低 频正弦波耐压试验设备 ， 由于其具有消耗功率小、 输 出电压高 、 输入功率小 、 设备携带方便等显著特点 ， 使得这一耐压试验设备得到广泛应用。 为测得更准确的试验数据， 使所测试设备的状况 得以更好的反映， 2 0 0 6 年 5月太钢能源动力总厂电调 作业区新购置了 1 台试验 3 5 k V设备的 0 ． 1 H z 超低 频试验装置(型号 ： L F 一 9 0 0 MF) 、 2台试 验 1 0 k V 设备的 0 ． 1 Hz 超低频试验装置( 型号： V L F 一 4 0 2 2 ) 。 1 0 ． 1 Hz超低频正弦波系统设计原理 早在 2 0 世纪 7 0年代美 国高电压公司就致力于 超低频电缆检测方法的研究 ，设计生产的电缆检测 设备能产生真正的高压正弦波 ， 而且设备很轻 ， 成本 接近直流测试系统 。经过实践证明使用超低频高压 的固体绝缘电缆的击穿电压 与使用交流工频所得到 的电压值是相当的。该设计允许以通常的耐压水平 测试得负荷远远超过 5 F的电缆进行测试， 并且仪 使用电压为 1 2 0 V 、 频率为 6 0 H z ( 或 2 2 0 V， 5 0 H z ) 的电源 。而且 ，该项设计还可扩展 到频率为 0 ． 0 5 ， 0 ． 0 2 ， 0 ． 0 l Hz 的更低频率操作中 ( 0 ． 0 l H z 频率的测 试是针对超长电缆的 ) 。 该设计的基本思路是产生像正弦波那样的超低 频波形 ， 用超低频 以低充电电流 、 相对长一点的时间 问隔对试品充电至高压。这里超低频的波形是关键 ， 特别适合的是正弦波 ， 困其避免 了其他波形可能产生 2 0 1 0 年第 5 期 杨爱爱： 交联聚乙烯绝缘电力电缆超低频耐压试验方法 的高频谐波 ( 高频谐波会对测试目标产生驻波或有 害的电压突变 ) 。通过图 1 可以很清晰地理解该设计 的基本理念。系统所需的输入功率是从一个正常的 1 2 0 V ， 6 0 H z 或2 2 0 V ， 5 0 H z 的电源处获得。输出电 压的振幅是 由自动可调变压器控制的，图 1中用 T 1 来表示。 该变压器的输出用相应需要的 0 ． 1 H z 超低频 来调节 ， 该过程在图 I 中用 T 2 来表示。T 2 的输出以正 弦波模式周期性地增加或减少 ， 频率是 2倍的输出频 率 ， 这样就会产生—个 6 0 H z ( 或 5 0 Hz ) 电压。该调制 工频电压经过高压变压器逐步升压，图 1中用 ] r 3 表 示。 该高压变压器的输出通过一个能产生单极电压的 全波整流器来整流。最后 ， 整流器与终端之间的一个 极性开关每隔半个周期就会将整流后的电压的极性 颠倒一次。 输出电缆和被测试品的电容将提供充足的 滤波， 以便将 1 2 0 H z 的波动减至一个可接受的水平 ， 其最终波形显示出来一个高压超低频正弦波。 图 1 V L F系统原理图 2 0 ． 1 Hz超低频耐压设备的应用 超低频 ( 0 ． 1 Hz ) 耐压试验是鉴定交联聚 乙烯 绝缘电力电缆绝缘强度的直接方法，可作为判断投 运后的交联聚乙烯绝缘 电力 电缆能否继续投入运行 的重要参考依据。超低频 ( 0 ． 1 H z ) 耐压试验是破坏 性试验 ， 试验时 ， 建议使用 1 0 0 0 0伏兆欧表对试 品 电缆先进行绝缘电阻试验 ， 记录试验结果。 2 ． 1 试验程序 ( 1 ) 确认所有的连接都 已完成 ， 特别是控制器和 高压器的接地良好 ， 并且可靠。 在此步骤中， 应注意确 保所有绝缘体 、 接线柱、 电缆端头是清洁且干燥 的， 避 免闪络和泄漏 ； 处理好远端的隔离和绝缘 ， 也就是将 一 些导体从其他导体及它们的屏蔽层中分离出来， 要 求所有电缆屏蔽应在电缆的最近端点处接地； 在电缆 中或临近的任何没有被测试的导体或线芯都应接地 ， 以避免电荷的积累及可能存在的电击危险。 ( 2) 测试电缆的容量 ， 选择最佳频率。 将控制器 放在测试电缆的附近 。 ( 3 ) 接通电源开关 ， 电源指示灯亮 。 选择仪表模 式至 F档 ， 仪表调零。 ( 4) HO T端 口输出连接被试 电缆线芯 ， C O M端 口 输出连接被试电缆接地， 测试电缆电容。 ( 5 ) 如果 电容表模式电缆 电容读数小于 6 F ， 按下 l 按钮， 按表 l 选择合适的频率。 表 1 电缆电容与频率对照表 容量， F 频 率／ H z 1 ． 1 0． 1 2 ． 2 O．o5 5 ．5 O ． 0 2 注： 要求最小负载电容0 ． 0 1 F ， 以获得完整输出。 ( 6) 带示波器输 出接 口的 ， 可外接示波器 ( 可 选件 ) 用来监测输出波形 。示波器需接地且输入应 设置到 1 V ／ 格 ， 扫描基线应为 5 s ／ 格 ， 且触发器应 设置为滚动显示 ， 观察波形 ， 有信号存储显示的示波 器适合用于此 。 ( 7 ) 通过外界泄流电阻将输出线接至试品。确 保试品与周围接地体有足够的安全距离。 ( 8 ) 选择电流 ／ 电容表模式选择开关至 m A档 ， 观察电缆充 电电流和放 电电流。 ( 9) 输出控制按钮应在零位， 按下高压开按钮。 高压开指示灯亮 ， 此时高压装置上的泵和风扇起动。 第一次使用该仪器试验时，在升高输出电压及开始 测试之前 ， 将输出控制设为零 ， 并使油循环 1 0 mi n ， 这有助于排除冷却系统中的空气。顺时针缓慢旋转 输 出控制旋钮 ， 以 2 k V ／ s 均匀 升压 ， 直至升到所需 电压值。对于大电容负载 ， 如果升压过快 ， 会引起过 载保护跳 闸。观察千伏表 ， 设置电压。 请注意输出周 期 ，在 O ． 0 2 H z的频率下 5 0 S 输 出一个完整的正弦 波；在 0 ． 0 5 H z 的频率下 2 0 s 输出一个完整的正弦 波 ；在 0 ． 1 H z的频率下 1 0 s 输 出一个完整 的正弦 波 。 要设置输出电压 ， 需要多于一个周期才能精确地 读出输出结果 。 获得完整的输出， 需要负载电容的最 小值为 0 ． 0 1 u F 。 ( 1 0 ) 保持输出电压至规定试验时间。 ( 1 1 ) 在试验过程 中， 如发现电压表指针摆动较 大， 电流表指示急剧增加 ， 调压器继续升压值 电压基 本不变甚至显下降趋势 ， 而电流增加幅度较大 ， 试品 电缆发出异味， 烟雾或异常响声或闪络等现象， 应立 即停止升压 ， 并查明原因。 若是试品电缆绝缘部分簿 弱引起的， 则认为耐压试验不合格 ； 若是由空气湿度 或表面脏污等原因所致 ， 可将试 品电缆清洁， 等干燥 6 6 山西冶金 E - ma i l ：y e j i n s x @1 2 6 ．c ~ o n l 第 3 3 卷 后再进行试验。 ( 1 2 ) 试验完毕， 按下高压关按钮之前， 将输出控 制旋钮旋至零位， 负载归零， 且使仪器循环 6 0 S 以上， 这样有充分的放电时间。 ( 1 3) 如试验时试 品击穿 ， 过载保护 电路会断开 高压。如出现过载， 正常的波形输出将中断， 负载将 以更慢的速度放电。 ( 1 4) 拆试验回路接线时 ， 观察电压表指针是否 回零 ， 然后用放 电棒对试品放 电。 2 ． 2 安全注意事项 ( 1 ) 仪器使用前应预热 1 m i n 。 ( 2) 测试仪器 出现异常现象应立 即停止加压 ， 并将调压器 回零 。 ( 3 ) 指针上升时进行加压 ， 指针返回时暂时停 止加压， 恢复上升时继续加压至规定数值。 2 ． 3 危险点及防范措施 测试人员应不得触及导体，并保持与带电设备 足够的安全距离 ；测试 中其他非相关人员不得进入 试验现场， 进人现场人员必须保证足够的安全距离 ； 试验完后必须得到试验操作人的许可，接地放 电后 方可变更接线或拆线， 并派人到电缆另一侧监护。 2 ． 4 0 ． 1 Hz 耐压试验试验标准 ( 3 5 k V及以下 ) 交接时 ， 试验 电压峰值 ： 3 U 。 ， 试验时间： 6 0 m i n ； 预试时， 试验电压峰值： 2 ． 1 u 。 ， 试验时间： 5 m i n 。 3 0 ． 1 Hz 超低频耐压设备的实际应用效果 0 ． 1 H z 超低频耐压设备具有体积小、 轻便、 微机 控制、 易于操作等特点， 而且电缆故障的发现效率较 高 ， 对电缆损伤较小。 自从 2 0 0 6年 6 月太钢能源动 力总厂电调作业 区开始应用 0 ． 1 Hz 超低频耐压设 备以来， 在对全太钢二十所降压站的3 5 k V及以下 交联聚乙烯电缆进行的预防性试验中 ，及时发现电 缆绝缘方面的各种隐患 2 5处 ， 有效地防止了运行电 缆发生意外事故 ， 对供电系统安全 、 稳定 、 经济及 可 靠运行起到了举足轻重的作用。 参考文献 [ 1 ] 陈化钢 电力设备预防性试验技术[ M] ． 北京： 中国水利水电 出版社 ， 1 9 9 8 ． ( 编辑 ： 苗运平 ) ( 上接 第 3 9页 ) 在 S i m u l i n k下设计不同结构的 模糊 P I D控制器 ；在利用 F I S编辑模糊控制器的过 程 中， 可以设置不同的论域和语言值 ， 不 同形式 的隶 属度函数及选取根据实际经验和分析而得出的不同 情况下的模糊规则表 。如何选择变量的合适 的隶属 度 函数 、论域和语言值 、模糊规则表及控制器的结 构 ， 来实现对系统在超调量、 上升时间 、 过渡时间及 稳定性等方面的最优控制， 是后续要做 的工作。 参考文献 [ 1 ] 李仁厚．智能控制理论和方法[ M] ． 西安： 西安电子科技大学出 版社， 1 9 9 9 ． [ 2] 蒋爱平 ， 李秀英 ， 韩志刚从 P I D到无模型控制器 [ J] 控 制工程 ， 2 0 0 5 ( 1 2) ： 2 1 7— 2 2 0 ． [ 3 ] 李国勇． 智能控制及其 M A T L A B实现 [ M] ． 北京： 电子工业出 版社 ， 2 0 0 5 ． [ 4] Hu a n g Y， Y a s t m o b u S ．A G e n e r a l P r a c ti c a l D e s i g n Me th o d f o r F u z z y P I D C o n ~ o l f r o m C o n v e n ti o n a l P I D C o n t r o l 【 J J ．F u z z y S y s t e m s 。 2 0 0 5( 2) ： 9 6 9 — 9 7 2 ． [ 5 ] 刘金琨．先进 P I D控制及其 M a t l a b 仿真[ M] ．北京： 电子工业出 版社 ，2 0 0 3 ． [ 6 ] 姚俊， 马松辉．S i m u l i n k 建模与仿真[ M] ．西安 ： 西安电子科技 大学出版社， 2 0 0 2 ． ( 编辑： 苗运平 ) S e l f - a d a p t i v e PI D Co n t r o l l e r Ba s e d o n F u z z y Ra t i o c i n a t i o n W ANG Yi f e i W ANG Ze ( 1 ． E l e c t ri c P o w e r O c c u p a t i o n a l T e c h n i c al I n s t i t u t e o f S E P C T a i y u a n 0 3 0 0 2 1 ， C h i n a ； T a i y u a n I r o n&S t e e l ( G r o u p ) C o ． ， L t d ． ， T a i y u a n 0 3 0 0 0 3 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： A i m t o t h e r o u t i n e P I D c o n t r o l l e r c a n n o t a d j u s t i t s p a r a m e t e r o n l i n e a s t h e o b j e c t c h a n g e s ， S o i t c a n n o t c o n t r o l t h e s y s t e m w h i c h i S n o n l i n e ar a n d c o mp l i c a t e d ， as we l l as u n c l e a r mo d e 1 ． t h i s a r t i c l e i n t r o d u c e s a d e s i g n s c h e me o f s e l f - a d a p ti v e P J D c o n tro l l e r b ase d o n f u z z y】 o g i c p r i n c i p l e ．S i mu l a ti o n s t u d y i S ma d e wi t h t h e S i mu l i n k a n d F u z z y l o g i c t o o l b o x i n s i d e MAT L A B， t h e s i mu l a t i o n r e s u l t s h a s a s a t i s f a c t o r y d y n a mi c a n d s t a t i s t i c p r o p e r t y ． Ke y wo r d s ： fuz z y l o g i c ， s e l f - a d a p t i v e c o n tro l ， P I D c o n t r o l