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串联谐振试验装置在电缆耐压试验中的应用
[摘要]分析了目前国内在XLPE交联电缆交接试验中存在的问题，从设备和标准上论述了变频谐振装置在进行高压电力电缆现场交流耐压的可行性。
    [关键词] XLPE电缆 直流耐压试验 交流耐压试验
    1 问题的提出
    1.1问题及现状
    近年来随着城网改造工程的实施，高压交联电缆开始大量使用。按照IEC840或CIGRE WG21.0 3建议规程，现场试验的目的不是为了检验电缆的制造质量或电缆附件的制造质量的好坏，其制造质量已在型式试验和出厂试验中证实。现场竣工验收试验的目的是检查电缆的敷设、附件的安装是否正确及电缆在运输、搬运、存放、敷设和回填的过程中，是否有受到意外损害。在交联电缆投运前的试验手段上由于被试容量大和试验设备的原因，很长时间以来，仍沿袭使用直流耐压的试验方法，但存在很多缺陷。因此，使用非直流的方法对交联电缆进行耐压试验就越来越受到人们的重视。
    1.2标准问题
    由于设备容量和体积等问题，目前国家尚无高压电力电缆敷设后在现场进行交流耐压试验的相应标准。CIGRI国际大电网工作会议21工作组的《高压挤包绝缘电缆竣工验收试验建议导则》中对目前采用的直流耐压试验方法提出疑议，并推荐使用工频及近似工频(30～300Hz)的交流试验方法。IEC60840标准中在45～150kV敷设后电缆试验标准中除原直流试验标准外，增加了1.7U0 5min或1 U0 24h的交流试验标准。而在220kV等级中IEC 62067/CD草案中则取消了电缆敷设后试验中直流试验的标准，只有交流试验的要求，即20～300Hz
    1.4 U0 60min。南方电网公司2004年发布的企业标准之《电力设备预防性试验规程》内容中在XLPE电缆主绝缘耐压试验一项中规定了电缆的交流耐压试验标准，其试验频率推荐为20～300Hz，35kV及以下电缆试验电压为1.6倍的相电压，110kV电缆试验电压为1.36倍的相电压，220kV及以上电缆试验电压为1.12倍的相电压。
    2 交流耐压试验方法的选择
    2.1超低频0.1Hz耐压试验
    因被试XLPE电缆的电容量很大，工频试验时所需试验变压器的容量也要很大，导致试验设备笨重而不适于现场使用。采用0.1Hz作为试验电源，理论上可以将试验变压器的容量降低到1/500，试验变压器的重量可大大降低，可以较容易地移动到现场进行试验。目前，此种方法主要应用于中低压电缆的试验，由于试验条件的真实性毕竟不如近工频交流电压，电压等级偏低，还不能用于110kV及以上的高压电缆试验。
    2.2振荡电压试验
    振荡电压试验是用直流电源给电缆充电，当达到试验电压后使放电间隙击穿而通过电感线圈放电，对电缆施加一定电压幅位、频率为kHz级的衰减振荡波电压作为挤包绝缘电缆线路的竣工试验方法的另一种途径。此种方法比直流耐压试验方法有效，但与工频电压试验相比， 其检查电缆主绝缘和附件缺陷的效果仍不理想， 一是波的衰减厉害，难以满足长电缆的需要；二是使局放增大，对电缆有较大伤害。
    2.3谐振耐压试验
    谐振耐压试验方法是通过改变试验系统的电感量和试验频率，使回路处于谐振状态，这样试验回路中试品上的大部分容性电流与电抗器上的感性电流相抵消，电源供给的能量仅为回路中消耗的用功功率，为试品容量的1/Q(Q为系统的谐振倍数)；因此试验电源的容量在降低，重量大大减轻。谐振耐压试验系统按调节方式分为调感式(VISR)和调频式(VFSR)两种。
    可调电感型谐振试验系统可以满足耐压要求，但由于重量大，可移动性差，主要用于试验室。变频串联谐振耐压试验是利用电抗器的电感与被试品电容实现电容谐振，在被试品上获得高电压、大电流，是当前高电压试验的一种新的方法与潮流，在国内外已经得到广泛的应用。
    变频串联谐振是谐振式电流滤波电路，能改善电源波形畸变，获得较好的正弦电压波形，有效防止谐波峰值对被试品的误击穿。变频串联谐振工作在谐振状态，当被试品的绝缘点被击穿时，电流立即脱谐，回路电流迅速下降为正常试验电流的数十分之一。发生闪络击穿时，因失去谐振条件，除短路电流立即下降外，高电压也立即消失，电弧即可熄灭。其恢复电压的再建立过程很长，很容易在再次达到闪络电压断开电源，所以适用于高电压、大容量的电力设备的绝缘耐压试验。
    变频谐振试验系统不但能满足高压 XLPE电缆的耐压要求，而且具有重量轻、可移动性好的优点，适宜现场试验。经分析比较，我们采用上海思源电气有限公司生产的VFSR变频串联谐振成套试验装置，该装置采用固定电抗器作为谐振电抗器，以调频的方式实现谐振，频率的调节范围为30～300Hz，符合南方电网公司2004年发布的企业标准之《电力设备预防性试验规程》内容中推荐使用频率20～300Hz的谐振耐压试验。
    3 谐振试验装置使用中的注意事项
    (1)谐振电源产品大多都是高压试验设备，要求由高压试验专业人员使用，使用前应仔细阅读使用说明书， 并经反复操作训练。
    (2)操作人员应不少于2人。使用时应严格遵守本单位有关高压试验的安全作业规程。
    (3)为了保证试验的安全正确，除必须熟悉本产品说明书外，还必须严格按国家有关标准和规程进行试验操作。
    (4)各联接线不能接错，特别是接地线不能接错，否则可导致试验装置损坏。
    (5)本装置使用时，输出的是高电压或超高电压，必须可靠接地，注意操作安全距离。
    (6)串联谐振试验系统是利用谐振电抗器与被试品谐振产生高电压的，也就是说，能不能产生高电压主要是看试品与谐振电抗器是否谐振，所以，试验人员在分析现场不能够产生所需高电压时，应该分析什么破坏了谐振条件，回路是否接通等。
    (7)串联谐振试验系统的激磁变压器有特定的电压和电流要求，在选用代替品时，一定要考虑电压和电流， 不能采用只是容量相同的普通的试验变压器。
    4 结束语
    直流耐压试验不能模拟高压交联电缆的运行工况，试验效果差，并且有一定的危害性，在现场竣工验收试验时，不宜再采用直流耐压的方法。交流耐压试验是现场检验交联电缆的敷设和附件安装质量最有效的手段。我们所用的变频谐振装置符合南方电网公司企业标准、IEC和国标的有关要求，通过电抗器串并联的方式可以满足高压交联电缆现场交流耐压的要求。
    参考文献：
    [1]屠德民．直流耐压试验对交联聚乙烯电缆绝缘的危害性．西安交通大学绝缘研究所；
    [2]朱匡宇，周良才．中压橡塑绝缘电力电缆现场交流耐压试验[J]．华东电力，1994(8)：1～5。