XLPE绝缘电力电缆试验方法

摘要：综述了XLPE绝缘电力电缆试验方法，包括在线和离线试验方法，并指出各方法的特点。

关键词：XLPE绝缘电力电缆，试验方法

Abstract：Test methods including on-line and off-line methods of XLPE insulated cables are reviewed, whose advantages and disadvantages are pointed out.

Keywords: XLPE insulated cable, test methods

0 前言

由于XLPE绝缘电力电缆在制造、运行过程以及退役后基本没有环境污染问题，且具有输送容量大、敷设方便、不受落差限制、运行安全可靠和使用寿命长等诸多优点，随着制造成本降低，XLPE绝缘电力电缆在城市输配电系统中得到越来越广泛的应用。然而，电力电缆试验技术严重滞后于电力电缆应用技术的发展，国家关于XLPE绝缘电力电缆投运后的试验方法、标准和运行规程大多在二十世纪七十年代颁布，比较陈旧落后，有的甚至是沿用油纸绝缘电力电缆的试验方法。1996年修编的《电力设备预防性试验规程》中，仅用很少的篇幅提及XLPE绝缘电力电缆投运后的预防性试验方法，不具有可操作性，下对近年来XLPE绝缘电力电缆的试验方法做一综述。

1 XLPE电缆试验技术

电缆试验按试验方式分类可分为：在线试验和离线试验两类；按试验性质分类可分为：破坏性试验和非破坏性试验两类。鉴于XLPE绝缘电力电缆电容量较大，要求试验设备具有很大的电源容量，选择试验项目和试验方法时，首先必须考虑试验的等效性、有效性和可靠性，同时还必须考虑试验场地、试验条件、试验设备的体积和重量以及运输储存等诸多限制因素。因此，各国专家提出了许多离线和在线的试验方法和手段[2]，如表1所示。

至今，国内外各界评价表1所列的这些试验方法的等效性、有效性和可靠性的意见分歧较大，除了直流耐压试验被公认为无效且有害以外，其它试验项目和方法仍然处于不断探索和研究阶段[3]。

2 XLPE电缆试验技术探讨

2.1直流耐压试验

直流耐压试验常用于油介质电气设备的预防性诊断试验，二十世纪九十年代初期之前，国内外普遍沿用油纸绝缘电缆的试验方法，常采取离线直流耐压破坏性试验作为XLPE绝缘电力电缆竣工交接试验和周期性预防性试验的唯一手段。理论分析计算、试验研究和长期积累的大量实际运行经验表明[21]：一方面，由于直流耐压试验过程是向电缆绝缘介质注入大量的空间电荷过程，空间电荷限于XLPE介质良好的绝缘性能而不能够及时地泄漏。这些残留空间电荷积聚形成的局部电场与外施工频电场迭加，畸变介质内部电场分布，严重损伤电缆绝缘，往往使得试验合格的XLPE电力电缆在投入运行后几小时或几十小时内就发生电缆绝缘击穿故障，甚至发生多点击穿故障。另一方面，直流耐压试验的电压取值很高，试验时间较长，直流电场促使介质中的水树枝向电树枝转变，周期性的直流耐压试验无疑是导致电缆绝缘早期劣化，相对缩短电缆安全运行寿命的重要原因之一。到目前为止，许多国家包括中国在内，已不在采用直流耐压试验作为交联聚乙烯绝缘电力电缆的预防性试验手段。

2.2 工频耐压试验

采用1U0工频交流电压充电24 h的工频交流电压试验是当前110 kV及以上电压等级的高压和超高压XLPE绝缘电力电缆通常选用的竣工交接试验方法和手段。但是，该试验所选取的试验电压幅值偏低，短时期内难以发现电缆制造缺陷和施工缺陷。

2.3 介损与绝缘电阻测量

介质损耗角正切值试验仅只能反映电缆介质的平均绝缘品质状态，对介质局部缺陷反映不灵敏，缺少科学合理的判据，此外，XLPE电缆本身的介损较小，容易受到外界干扰而无法准确测出。因此，在实际应用中，往往认为介质损耗角正切值试验是辅助试验，仅与耐压试验配合一起，作为试验结果辅助参考；绝缘电阻测量只对于电缆介质普遍受潮和贯穿缺陷具有较高的灵敏度。

2.4 直流迭加法

该方法(接线示意图见图1)利用在接地电压互感器的中性点处加进低压直流电源,即将此直流电压叠加在电缆绝缘上原已施加的交流电压上,从而测量通过电缆绝缘层的微弱的直流电流或其绝缘电阻。实验表明：叠加50V直流电压下的绝缘电阻的带电测量值与停电后加直流高压时的测量结果很相似，因此可以用来判断电缆的绝缘状况。其主要问题是：a. 根据测量数据对绝缘状况进行评价和对绝缘寿命进行估计的标准还未拟出。主要原因是积累的经验数据不多,但可根据绝缘电阻/泄漏电流的增大趋势来对绝缘老化情况进行判断；b. 存在电缆屏蔽接地化学电势Es和护套绝缘电阻Rs对测量值的影响。可以采用对所加直流电压的极性进行正负切换,取两者差值除以2来解决。但当干扰电流过大时,可能将真实值完全淹没,这时可以采用精密可调补偿电动势来抵消电缆屏蔽接地化学电势Es,从而获得较好的测量结果。

图1 直流迭加法

2.5 直流成分法

接线示意图见图2，研究表明：电缆中树枝发展的越长，树枝的密度越大，直流成分的电流就越大。然而该方法存在的问题有二：一是电缆屏蔽接地化学电势Es和护套绝缘电阻Rs对测量值的影响。当电缆护套严重受损或老化，Rs较小，Es较大时，干扰电流将使nA级的直流分量无法检出；二是只能根据测量值的增大来判断绝缘老化,如果根据所测电流值的大小来判断绝缘的老化程度,则需要根据大量测量数据的积累来得到相应的可以比较的基准值。

图2 直流成分法

2.6 交流迭加法

日本九洲电力公司综合研究所研制的采用叠加低频法的XLPE电力电缆绝缘在线监测装置（接线示意图见图3）为: 将低频电压(7.5Hz,20V)接入配电线高压回路的高压端和接地端之间,并由电缆接地线上测出低频电流。由于电缆绝缘层可以看作R、C的并联等值电路,当外施电压为低频而非工频时流过绝缘层的容性电流(IC=UωC)较工频时小得多,而阻性电流却无明显变化,因而较易从总电流中分出。且阻性电流越大表示老化发展越快。由于tgδ等于频率、电容、电阻相乘的倒数,频率下降使等值介损数值增大,从而更易测出，但其发现电缆绝缘早期缺陷的等效性尚在研究之中。

图3 交流迭加法

2.7 其它方法

工频电压下局部放电试验以脉冲电流法为佳[21]，近年来，为了尽可能地等效工频电压并尽可能地减小试验设备的体积和重量，适应电缆运行现场试验的需要，国内外专家学者先后提出多种离线破坏性试验方法，如0.1 Hz超低频电压试验、kHz 振荡波电压试验、变频谐振交流电压试验；以及离线非破坏性试验方法，如在0.1 Hz超低频电压、kHz振荡波电压下的电缆局部放电量试验，并推荐上述试验方法和手段作为今后XLPE电力电缆竣工交接试验或预防性试验方法和手段。显然，上述试验方法均存在许多不成熟、不完善之处，其与工频电压试验的等效性、发现电缆绝缘早期缺陷的有效性等尚在研究之中。

其次，不论预防性试验采用上述哪种试验方法，其所选取的试验电压均很高，实际上是对电缆主绝缘进行一次损伤，相应缩短了电缆安全运行寿命。但是，在目前还没有更好的试验方法诞生之前，这些试验方法无疑是比较热门的研究课题，亦是人们可以选用的试验方法。

3 结语

随着供电可靠性要求提高，在线检测、状态检修是国内外电力企业今后发展的必然趋势。大型电气设备如变压器、开关等在线检测技术发展较快，已进入实际应用阶段，实现XLPE绝缘电力电缆在线检测、逐步达到状态检修的要求迫在眉睫。然而，近年来关于XLPE绝缘电力电缆试验新技术和绝缘在线监测新技术尚不完善，尚没有作为标准进行推广应用，特别是发现电缆绝缘早期缺陷的有效性和可靠性、以及抗干扰能力、缺陷信号提取技术和识别技术还需要从理论和实践上做进一步创新。

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作者简介：徐福祯（1980—），男，河北冀州人，主要从事电力系统输配电工作。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。