摘要:隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴大，電力電纜的設(shè)計和生產(chǎn)要求的可靠性得到重視，而0.1 Hz超低頻耐壓試驗以其獨特的優(yōu)點可能適合作為電纜內(nèi)部絕緣缺陷的一種檢測方法。本文應(yīng)用了平板電極和同軸電極兩種模型，探討了0.1 Hz超低頻試驗、交流試驗和直流試驗的相關(guān)結(jié)果，進一步證實超低頻耐壓試驗非常適合作為電纜內(nèi)部絕緣缺陷檢測。

關(guān)鍵詞:超低頻耐壓試驗;XLPE;平板電極;同軸電極

中圖分類號:TM83 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1000-8136(2009)27-0018-02

隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的提高，電力負(fù)荷也隨之快速增長，電網(wǎng)規(guī)模迅速擴大，大容量發(fā)電機組也陸續(xù)投產(chǎn)，而電力電纜的設(shè)計和生產(chǎn)要求可靠性高、壽命長。為了保證大型發(fā)電機的安全運行，需要定期在大修時進行絕緣預(yù)防性試驗，包括定子工頻交流耐壓試驗，但大型發(fā)電機由于容量大，定子繞組對鐵心的電容量較大，工頻交流耐壓試驗時，試驗變壓器的容量將顯著增大，還需要配備相應(yīng)容量的調(diào)壓的設(shè)備，這樣試驗變壓器容量將更加增大，大容量的變壓器給搬運、工作和維修帶來諸多不便。0.1 Hz超低頻耐壓試驗具有試驗設(shè)備輕巧，操作方便，給電力人員解決了很多問題。早在1961年，Bhimani就提出了采用0.1 Hz超低頻電壓對電機定子線圈的絕緣進行高壓試驗的方法，隨后，在1967年Virsberg、1968年Haga和Yoneyama以及1973年Drewnik和Grzybowski等先后也提出了用超低頻進行高壓電機繞組的電壓試驗，從此，超低頻試驗技術(shù)得到了廣泛的研究。我國也是從1975年開始對超低頻試驗進行了研究。

1超低頻電壓試驗優(yōu)點

1.1替代工頻及直流電壓試驗

0.1 Hz電壓介于直流與50 Hz工頻電壓之間，它既是一種交變特性的電壓，同時電壓的變化速度比較緩慢。實驗經(jīng)驗和理論分析表明，直流實驗比較容易出現(xiàn)線圈端部的缺陷，而工程耐壓試驗比較容易出現(xiàn)線圈槽部的缺陷。由于0.1 Hz電壓介于直流電壓與50 Hz工頻電壓之間，所以0.1 Hz電壓應(yīng)該兼有直流電壓與50 Hz工頻電壓在發(fā)現(xiàn)電機線圈絕緣缺陷方面的優(yōu)勢。實測表明0.1 Hz耐壓試驗既能發(fā)現(xiàn)線圈槽部的缺陷，也能

發(fā)現(xiàn)線圈端部的缺陷。因此，0.1 Hz耐壓試驗既可替代工頻耐壓試驗，也可以替代直流耐壓試驗。

1.2試驗容量小，設(shè)備輕巧

對較大容量的高壓電機進行工頻交流耐壓試驗往往需要數(shù)百千伏安的試驗變壓器、調(diào)壓器及相應(yīng)容量的低壓試驗電源。這些試驗設(shè)備笨重，移動不便，試驗準(zhǔn)備工作量大。如果采用0.1 Hz超低頻交流耐壓試驗，從理論上講，試驗變壓器的容量將減少到工頻時的1/500，用3 kVA～5 kVA的0.1 Hz試驗設(shè)備能解決需要工頻試驗容量數(shù)百千伏安的試驗問題，可見，與工頻耐壓試驗相比，0.1 Hz電壓試驗容量小得多，試驗設(shè)備也輕巧方便。

1.3對電機絕緣損傷小

0.1 Hz時電機絕緣內(nèi)部氣隙中的局部放電量比50 Hz工頻時顯著減少，理論上講，0.1 Hz電機絕緣內(nèi)部氣隙中的局部放電量約為50 Hz工頻局部放電量的1/500。有些實測甚至表明，在0.1 Hz電機絕緣內(nèi)部氣隙中的局部放電量僅為工頻放電量的1/3 500。運行經(jīng)驗表明，對某些絕緣已經(jīng)老化的水輪發(fā)電機定子絕緣，局部放電會對電機線圈的絕緣造成較大的損傷，由于超低頻耐壓試驗時局部放電量比50 Hz工頻時顯著減小，基本對絕緣起不到破壞作用，這樣也就相對延長了電機的使用壽命。

2超低頻耐壓試驗設(shè)備

該超低頻耐壓試驗設(shè)備結(jié)合了現(xiàn)代數(shù)字變頻先進技術(shù)，采用微機控制，升壓、降壓、測量、保護完全自動化，并且在自動升壓過程中能進行人工干預(yù)。由于全電子化，所以體積小重量輕、大屏幕液晶顯示，清晰直觀，且能顯示輸出波形、打印機輸出試驗報告。設(shè)計指標(biāo)完全符合《電力設(shè)備專用測試儀器通用技術(shù)條件，第4部分:超低頻高壓發(fā)生器通用技術(shù)條件》電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使用十分方便?，F(xiàn)在國內(nèi)外均采用機械式的辦法進行調(diào)制和解調(diào)產(chǎn)生超低頻信號，所以存在正弦波波形不太標(biāo)準(zhǔn)，測量誤差大，高壓部分有火花放電，設(shè)備笨重，而且正弦波的二、四象限還需要大功率高壓電阻進行放電整形，所以設(shè)備的整體功耗較大。該產(chǎn)品均能克服這樣一些不足之處，另外，還有如下特點需要特別說明:

(1)電流、電壓、波形數(shù)據(jù)均直接通過高壓側(cè)采樣獲得，所以數(shù)據(jù)真實、準(zhǔn)確。

(2)過壓保護:當(dāng)輸出超過所設(shè)定的限壓值時，儀器將停機保護，動作時間小于20 ms。

(3)過流保護:設(shè)計為高低壓雙重保護，高壓側(cè)可按設(shè)定值進行精確停機保護;低壓側(cè)的電流超過額定電流時將進行停機保護，動作時間都小于20 ms。

(4)高壓輸出保護電阻設(shè)計在升壓體內(nèi)，所以外面不需另接保護電阻。由于采用了高低壓閉環(huán)負(fù)反饋控制電路，所以輸出無容升效應(yīng)。

3超低頻電壓模型試驗研究

近年來，XLPE(交聯(lián)聚乙烯)電纜由于其絕緣性能好，供電安全可靠和安裝方便等優(yōu)點，已經(jīng)逐步取代架空線、油紙絕緣電纜和EPR絕緣電纜，成為城市輸配電主題。為了集中反映電纜內(nèi)部缺陷，便于進行超低頻耐壓試驗及局部放電試驗分析，建立了合適的試驗?zāi)Ｐ?，模型采用平板電極和同軸電極模型，模擬三種人為缺陷:針尖缺陷(模擬施工過程中金屬尖端扎入電纜絕緣層并留下金屬屑)、氣隙缺陷(模擬電纜本體中存在的氣泡及氣隙)、刀痕缺陷(模擬電纜接頭施工過程中留下的刀痕)。平板電極模型可以近似的模擬實際情況下電力電纜內(nèi)部電場畸變情況，具體情況見表1。同時，由于XLPE電力電纜本身的同軸結(jié)構(gòu)，為與平板電極模型相對應(yīng)，將應(yīng)用XLPE電纜建立的試驗?zāi)Ｐ头Q作同軸電極模型，見表2。

3.10.1 Hz超低頻電壓擊穿特性研究

應(yīng)用同軸電極模型進行超低頻耐壓試驗，試驗結(jié)果見表3。

超低頻電壓下電介質(zhì)內(nèi)部電場按照介電常數(shù)分布，但由于超低頻電壓頻率很低，容易造成電介質(zhì)內(nèi)部電荷積聚，從而導(dǎo)致有的缺陷的試驗結(jié)果與交流電壓情況下的結(jié)果差別很大。從表中可以看出各種缺陷的擊穿電壓與交流情況相比，遵循相似的規(guī)律，氣隙缺陷擊穿電壓最低，針尖缺陷居中，刀痕缺陷至20 kV尚未擊穿。

3.2交流電壓擊穿特性研究

XLPE電纜通常情況下是在交流電壓下工作，因此，分析其在交流電壓下的擊穿特性有一定的必要，而且顯得非常重要。本文分別對平板電板和同軸電極模型進行耐壓試驗，結(jié)果見表4。

從表4可以看出，兩種電極模型下，刀痕缺陷需要擊穿電壓都是最高的，針尖缺陷都是最小的。

3.3直流電壓擊穿特性試驗

由于直流設(shè)備緊湊，操作運輸方便，能適應(yīng)各種環(huán)境等優(yōu)點，因此仍可以對電纜進行直流耐壓試驗。為了比較分析直流耐壓與交流耐壓試驗的區(qū)別，分別對平板電極和同軸電極進行直流耐壓試驗，試驗結(jié)果如表5所示。

從表5中可以看出規(guī)律和交流電壓試驗一樣，刀痕缺陷擊穿電壓值最高，針尖缺陷擊穿電壓值最小。

4結(jié)論

綜上所述，兩種電極模型下，超低頻耐壓試驗、交流試驗和直流試驗反映出很好的相同規(guī)律性及等效性，而0.1 Hz超低頻耐壓試驗設(shè)備緊湊方便，可以適應(yīng)各種不同的環(huán)境，作為檢測XLPE電纜內(nèi)部絕緣缺陷的一種檢測方法，還是非常適合的。

表1平板試驗?zāi)Ｐ偷念愋图爸苽浞椒?/p>

編 號人為缺陷類型模擬缺陷制備方法

S1針尖缺陷3 mm厚XLPE切片中心扎入一直徑0.5 mm，長2 mm的針尖，針尖曲率半徑10 um，且針尖置于電極的高電位處。

S2氣隙缺陷3 mm厚XLPE切片中心設(shè)置一直徑0.5 mm，深2 mm的孔，且孔位于電極的高電位處。

S3刀痕缺陷3 mm厚XLPE切片中心制作刀痕，刀痕深

2 mm，長10 mm，將刀痕面置于電極高電位處。

表2同軸試驗?zāi)Ｐ偷念愋图爸苽浞椒?/p>

編 號人為缺陷類型模擬缺陷制備方法

S1’針尖缺陷30 cm長的10 kV XLPE電纜絕緣層低電位制作針尖缺陷，針尖曲率半徑10 um，預(yù)留絕緣厚度1 mm。

S2’氣隙缺陷30 cm長的10 kV XLPE電纜絕緣層低電位制作氣隙缺陷，預(yù)留絕緣厚度1 mm。

S3’刀痕缺陷30 cm長的10 kV XLPE電纜絕緣層低電位制作刀痕缺陷，預(yù)留絕緣厚度1 mm。

表30.1 Hz超低頻電壓試驗?zāi)Ｐ偷膿舸╇妷?/p>

試驗?zāi)Ｐ蚐1’S2’S3’

擊穿電壓平均值 / kV18.517.8至20 kV未擊穿

表4交流電壓試驗?zāi)Ｐ偷膿舸┰囼灲Y(jié)果

電極特點平板電極同軸電極

試驗?zāi)Ｐ蚐1S2S3S1’S2’S3’

擊穿電壓 / kV12.312.616.811.812.317.5

表5直流電壓試驗?zāi)Ｐ偷膿舸╇妷航Y(jié)果

電極特點平板電極同軸電極

試驗?zāi)Ｐ蚐1S2S3S1’S2’S3’

擊穿電壓 / kV28.037.539.226.835.236.5

The Analysis and Discussion that Ultralow

Frequency is able to Bear Pigeonholing Test

Li Xiaocong

Abstract: With enlargement， electric wire netting of scale， electric design and dependability required to produce of cable pay attention to， 0.1 Hz ultralow frequency is able to bear and may be suitable for its unique advantage as a kind of detection method of the insulating defect within the cable to test to pigeonhole. This text has used two kinds of models of the dull and stereotyped electrode and coaxial electrode， tested， exchanged tests and straighting after probing into 0.1 Hz ultralow frequency The relevant results tested flow， verify further ultralow frequency is able to bear pigeonholing testing and is very suitable for measuring as the insulating defect within the cable.

Key words: ultralow frequency is able to bear pigeonholing testing; XLPE; dull and stereotyped electrode; coaxial electrode