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高压电缆型式试验 和调试试验中的创新
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高压电缆型式试验 和调试试验中的创新

May 3, 2017 • Testing, 最近文章汇总

二十年, 交 联聚乙烯(XLPE)挤包电缆在 地下输电系统中的应用一直在 稳步上升, 目前已经达到了在 所有新安装的电缆中占据着 绝大多数。几近完全摒弃油 绝缘和纸绝缘的这一转变促 使我们值得探索改进固体绝 缘电缆的试验方法。
目前,有两个主要的IEC标准 和一个ICEA标准规定了对输 电级电缆进行型式试验和调试 试验的方法和要求。本文由多 伦多Kinectrics公司的业界专 家John Kuffel和Mark Fenger 以及其他测试人员撰稿, 探讨 了形成IEC及ICEA标准基础 的试验流程, 目的是执行同时 符合IEC及ICEA标准的型式试 验。文章还提出了旨在提高测 试效率和效益的创新技术, 并 总结了试验经验。
实验室型式试验标准
固体绝缘高压电缆的型式试验在 两个IEC标准和一个ICEA标准中 进行了说明
• IEC 60840版本4.0 2011-11“额 定电压大于30kV (Um=36kV) 至150kV (Um=170kV) 挤包绝 缘电力电缆及其附件的试验方 法和要求”
• IEC 62067版本2.0 2011-11“额 定电压大于150kV (Um=170kV) 至500kV (Um=550kV) 挤包绝 缘电力电缆及其附件的试验方 法和要求”
• ICEA S-108-720-2012“大于 46至345kV挤包绝缘电力电缆 标准”
图1:IEC & ICEA标准的电气型式试验要求流程图。 高压电缆 高压电缆型式试验 和调试试验中的创新 testing table

图1:IEC & ICEA标准的电气型式试验要求流程图。

这些标准的电气型式试验要求相似 但不相同 (见流程图1) 显而易见, 两个IEC标准中流程的不同之处只 在于, 对额定300kV及以上系统电 压的电缆要求进行热切换冲击试 验, 而低于此额定电压等级则没有 此要求ICEA标准中描述的程序 差异则更为显著, 如下所示
1. 不同的测试序列;
2. 要求较高的测试温度;
3. 要求电缆回路安装在管道中;
4. 没有要求对额定300kV及以上的 电缆系统进行热切换冲击试验;
5. 要求热冲击试验直至击穿为完 成 (或电缆系统的试验直至测试 设备的极限) ;
6. 在更高的试验电压下进行局部 放电试验;
7. 要求在2.5Uo下进行2小时交流耐 压试验
通常, 电缆制造商和用户更喜欢单一 的测试程序来满足这两个标准的要 求,可以采用表1中列出的步骤来完 成, 适用于额定电压150kV及以下 的电缆系统由于该流程融合了每 个标准中最严苛的因素, 所以通过 这个测试程序就意味着达到了两种 标准的合格要求
实验室型式试验的发展
为了提高电缆型式试验程序的准确 度和完整性, 目前已经发展了几种 创新方法, 包括在整个冲击试验过 程中连续加热的方法, 以及消除了 传统上需要在热循环测试中使用 的虚拟回路
加热状况下的冲击试验
在型式试验的冲击试验阶段, 导体 温度必须保持在电缆系统的最大工 作温度所给定的限度内因为脉冲 之间通常有2分钟的间隔, 施加指定 的10个正脉冲和10个负脉冲需要一 定的时间考虑到在电压降低下需 要调节脉冲, 这意味着施加每一组 规定的正负脉冲需要大约30分钟
由于担心可能发生的冲击击穿对 加热系统造成损坏, 一 些测试实 验室采取在进行冲击序列测试之 前将电缆加热到所要求的温度随后, 当冲击测试程序启动时, 加 热源被断开
如果施加每组正负脉冲在所要求的 30分钟内电缆未被加热, 其温度会 降到显著低于规定限度为了解决 这个问题, 已经开发了一种在连续 施加的脉冲与脉冲之间加热电缆 的方法, 确保了在整个冲击试验期 间保持标准所要求的温度范围
项目
测试内容
条款
1
弯曲试验
IEC 12.4.3 ICEA 10.1.2
2
局部放电试验, 环境温度, 160kV
IEC 12.4.4 ICEA 10.1.6
3
测量介质损耗角正切值(Tanδ), 80kV, 分别在95至 100°C和100至105°C下进行
IEC 12.4.5
4
热循环–20次加热循环, 100至105°C & 160kV
ICEA 10.1.3
5
测量介质损耗角正切值,100至105°C & 80kV
6
雷电冲击电压试验, 100至105°C & ±650kV
ICEA 10.1.4 IEC 12.4.7
7
交流耐压试验, 200kV, 2小时
ICEA 10.1.5
8
局部放电试验, 160kV, 分别在环境温度、95至100°C 和100至105°C下进行
IEC 12.4.4 ICEA 10.1.6
9
检验
IEC 12.4.8
10
试样的拆解和分析
ICEA 10.1.8
消除虚拟回路 热循环试验期间使用的规约要求电 缆系统在超过20天的较长时期内经 受热循环电压测试该测试包括对 电缆系统进行20次加热保温和冷 却的循环, 同时系统按照电缆和附 件特定的电压等级进行充电每个 循环持续24小时, 同时保持加热8小 时在最初的6小时期间, 电缆导线 必须达到规定的温度, 并必须在随 后的2个小时内保持在5C的限度 范围内随后电缆被允许自然冷却 16小时
当执行该试验时, 标准建议采用同 种电缆的控制回路这个‘虚拟’回 路用与测试回路相同的方式进行加 热并连续记录其护套和导体的温 度该回路与测试回路之间的唯一 区别是, 虚拟回路不施加电压, 因 而热电偶可以直接连接到导体以 测量其温度
通过采用无线数据记录发射系统 实现电压下发送数据的机理, 有效 地消除了对这一虚拟回路的需求 基本上, 导体温度由安装在被测电 缆段上的智能连接遥测系统来测 量热电偶直接固定在导体的表面 和控制电缆的护套上,并连接到附 近的无线发射器控制电缆随后被 安装在室外终端之间, 与被测回路 串联, 从而使这段电缆导体承载与 测试回路本身相同的电流
‘智能连接’ 的使用允许直接在导体及 其护套上布置与电气隔离的温度测量 点目前, Kinectrics公司现有的监控 设备不能在高电压下连续传输数据, 因此在热循环电压测试期间不能用 于自动控制测试回路的加热周期
控制电缆段和遥测系统安装点 高压电缆 高压电缆型式试验 和调试试验中的创新 control point

图中所示是控制电缆段和遥测系统安装点(左)。 图中所示是控制电缆和光纤温度监控系统的安装(右)。

然而, 基于光纤的带电监测温度的 新技术已经问世, 而且其中一种已 经被确定具备在上述热循环电压 试验过程中表现优良的潜能这种
系统的优点在于, 光纤电缆能实现 电气隔离并可以直接固定到带电导 体上这样的布置允许连续捕捉智 能回路导体的温度读数, 从而实现 自动控制测试回路加热电流对温 度传感元件的这些细微修改, 结合 自定义编程, 允许系统根据具体应 用进行调整在一个132kV电缆系统型式试验中 的监控模式下, 已经成功测试了如 上所述的光纤温度监控系统而且, 目前正被配置为240kV电缆型式试 验的主要监控系统
高压交联聚乙烯电缆系统的调 试试验 由于缺少能为数公里电缆供电的交流高压电源, 传统上一直采用类似 用于充油电缆的直流过电压试验 然而, 对于固体挤压聚合物绝缘的 电缆, 测试期间空间电荷的注入可 能会带来问题, 导致了放弃直流试 验缺少替代的外部电源导致了所 谓的 ‘浸泡试验’, 在该试验中, 将新 安装的电缆充电24小时遗憾的是, 已经有报道, 测试后的电缆系统在 投入使用后很短的时间内就发生了 电缆和附件故障的情况
变频交流电源的问世, 使对铺设后 的电压等级高至400kV长度超过 20公里的交联聚乙烯绝缘输电电 缆进行高压测试成为可能在这 方面, 交流过电压试验的应用与局 部放电 (PD) 试验相结合有助于确 保新电缆安装的可靠性
测试设备-高压电源
采用的高压电源是符合IEC标准 60840和62067的260kV, 83A变频 谐振试验单元(RTS),工作频率范围 20-300Hz测试布置示意图如图2 所示可以看出, 在电源和连接到被 测试电缆的高压引线之间放置了一 个隔离阻抗,目的有两个首先,一 旦发生可能性甚微的电缆故障, 隔 离阻抗保护RTS其次, 它能有效地滤除源自RTS的任何高频噪声,在执 行局放测量时改善电源的信噪比
电容分压器为电源的控制单元提供 了参考电压整个测试电路的公共 接地点与电站的接地点相连接一 条6英寸 (15厘米) 宽的铜箔提供了 高频入地通道, 而直接放置在铜护 套顶部的一股绝缘铝绞线构成了工 频接地通过在电缆接头通往连接 盒中的接地引线周围安装高频电流 互感器 (HFCT) 来提供信号耦合连 接点或电缆段中的任何局部放电活 动所感应出的高频电流将被耦合到 HFCT传感器, 并通过常规的局部放 电检测装置进行测量
商用局部放电检测仪具有350kHz 至800MHz 的带宽, 测量任何被检 测到的信号的幅值(单位mV)和相 位角同时还生成对各种类别的幅 值和相位角的脉冲计数率参考相 角是由内嵌于HFCT传感器的低频 绕组提供测试方法
安装在交节点焊接引线上HFCT 传感器。 两套共振测试系统并行布置,测试一段10km长220kV电缆。 高压电缆 高压电缆型式试验 和调试试验中的创新 inmrchina pic

安装在交节点焊接引线上HFCT 传感器(左)。 两套共振测试系统并行布置,测试一段10km长220kV电缆(右)。



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