高压电缆交流耐压试验工法

高压电缆交流耐压试验工法湖北省电力建设第一工程公司刘清陈晓凯何雄峰1前言近年来国际、国内的很多研究机构的研究成果表明直流试验对交联聚乙烯（XLPE）绝缘电力电缆有不同程度的损害。直流试验也不能真实模拟运行状态下电缆承受的过电压，并有效的发现电缆及电缆接头本身和施工工艺上的缺陷。因此，采用可调频（30Hz~300Hz）串联谐振试验设备与被试品电容谐振产生交流试验电压。其输入电源的容量能显著降低，重量减轻，便于使用和运输，可以得到更高的品质因数（Q值），并具有自动调谐、多重保护、以及降低噪音、灵活的组合方式、单件重量轻等优点。2工法特点2.0.1详细介绍了试验前安装检查内容，分析了高压电缆电气交流耐压试验交接成功的前提，指出了电缆施工过程质量预控制的要点。确保专业人员能全面了解整个工艺流程和交接试验。2.0.2详细阐述高压、超高压、大容量电力电缆交流耐压试验的原理，给出了试验设备选型方法和试验方法。2.0.3总结出了一套保证试验过程安全、可靠的技术手段和技术措施。3适用范围本工法适用于110kV及以上交联聚乙烯电力电缆的施工质量预控制和交流耐压试验。4试验工艺原理变频串联谐振装置原理图见图4-1，变频串联谐振装置一般由变频电源、励磁变压器、谐振电抗器、电容分压器构成。励磁变压器谐振电抗器CX图4-1变频串联谐振装置原理图220V/380V工频交流电送入变频电源，经变频电源处理后，输出频率、幅值可调节的电压，输出电压送至励磁变压器的低压侧，经励磁变压器升压后送入由谐振电抗器、电容分压器以及被试品构成的串联谐振回路，回路谐振频率由谐振电抗器电感、试品电容、分压器电容和共同决定。在变频电源较小的输出电压下调节其输出频率，当输出频率等于谐振频率时，串联谐振回路发生串联谐振，再调节变频电源输出电压使试品电压到达试验值。在回路谐振的条件下，试品电压为1/15励磁变压器输出电压的Q倍，试品试验容量为励磁变压器输出容量的Q倍。Q为串联谐振电路的品质因数。变频串联谐振回路等值电路见图4-2。USC图4-2串联谐振等值电路图图中：US为励磁变压器高压绕组串并联后的输出电压，受变频电源控制，电压幅值和频率可调节；UC为电容分压器的端电压；R为串联谐振回路的等值电阻，包括励磁变压器等效到高压侧的内阻、谐振电抗器内阻、试品内阻以及试验电晕损耗等值电阻等；L为串联谐振回路的等值电感，即励磁变压器等效到高压侧的漏电感、谐振电抗器电感之和；C为串联谐振回路的负载电容与分压器电容之和。串联谐振回路电流I为：I?US1R?j(?L?)?C4-1试品电容上电压UCX为：UCX?UC?14-21R?j(?L?)j?C?C?US调节变频电源频率，满足?L?1时，回路发生串联谐振，??2?f0，则谐振固有频率f0为：?C4-3f0?US?Q?US4-4?CR此时试品上电压UCX为：UCX?UC?串联谐振电路的品质因数Q为：通常?L>>R，因此试品电压UCX谐振时电源输出容量S为：1?L?4-5?CRR为电源电压U的Q倍。Q?2USS?US?I?4-6R谐振时试品容量QCX：2USUU4-7QCX??UCX?S?S?Q?SRR?CR由此可得试验电源容量可降低至试品所需容量的1/Q，当试品击穿时，谐振回路失谐，故障点通过的放电电流仅为被试品的储能，对试品破坏小，而谐振回路的选频特性决定了试品上电压波形失真较小。2/155施工工艺流程及操作要点5.1试验工艺流程施工质量预控制→制定试验方案→设备选取及运输→试验前准备→试验接线→试验结果分析。5.2施工质量预控制施工质量预控制是各项试验得以顺利进行的基础，也是高压电缆电气交流耐压试验交接成功的前提。5.2.1电缆布放安装质检控制适用于高压电缆敷设的施工，包括电缆的运输、保管，电缆管的加工敷设、支桥架的安装等质检控制。1、电缆运输、检查和保管质量控制1）运输装卸过程中，电缆及电缆盘不应受到损伤；装设应采用吊车或铲车，严禁将电缆盘由车上直接推下；在运输装卸过程中电缆盘应牢固固定，严禁平放；电缆盘滚动时必须顺着盘上的箭头指示或电缆的缠紧方向；电缆不应在地上直接拖拉。2）当电缆及其附件到达现场后，应立即进行下列检查：产品的技术文件齐全；电缆型号、规格、长度符合定货要求，附件齐全；电缆外观无损伤；电缆封端严密。3）电缆集中存放，并标明型号、电压、规格、长度；电缆盘之间应留有通道；地基应坚实，存放处不得积水；电缆在保管期间，电缆盘及包装应完好，标志应齐全，封端应严密；电缆支桥架、夹具等附件应分类保管，不得因受力变形。设计、订货、监造、出厂质检、运输、到货质检程序完备，缺陷消除封闭，电缆到达现实物见图5.2.1-1。1）电缆唛头2）电缆外观3）电缆到货实体图5.2.1-1电缆到达现场质检2、电缆管的敷设：认真阅读图纸，确定电缆保护管的配制数量、途径；敷管应在土建浇粗地坪前进行；电缆排管应排列整齐，弯度一直，顶端水平；金属电缆管应焊接接地，焊接应牢固，接地导通良好；电缆排管在敷设电缆前，应进行疏通，清除杂物。3、电缆支架的配制、安装工艺质量控制1）应采用有合格证的型钢；角钢应平直，无明显扭曲；下料前应首先将角钢在钢制平台上校直；按图纸要求的长度和数量下料，长短误差不应大于5mm，切口有卷边和毛刺必须打磨干净；电缆架固定应牢固且横平竖直；水平布置的电缆架安装时应拉线找平。2）制作好后的电缆支架应按设计要求进行防腐处理，防腐后的支架应无显著扭曲、变形；镀锌支架镀锌层应完整，光滑。3）将支架直接焊接在土建的预埋件上，焊接应饱满、牢固，焊口应涂刷防腐漆和面漆，进行防腐处理；电缆支架的接地应良好。3/154、电缆敷设前的质量控制1）检查电缆通道畅通，排水良好，所有支架、桥架验收完毕电缆沟道、通风良好；电缆运抵现场，电缆规格、型号、电压等级符合设计要求电缆外观应无损伤，绝缘良好；桥架处脚手架搭设牢固，带电区域有可行的安全措施；根据设计长度及实际路径长度，合理安排电缆排放顺序并架设好电缆盘；敷设时的指挥信号应确定一致，对讲机、口哨或喇叭及必要的绳子等在敷设电缆前应准备齐全。2）电缆应从电缆盘的上端引出，不应使电缆在支架与地面上摩擦拖拉；电缆敷设时应前后协调一致，防止划破、扭伤电缆；在电缆经过的转弯处、竖井处、管口处、始端末端处应有电缆施工专业人员把守；转弯处的施工人员应站在电缆转弯的外侧；电缆的最小弯曲半径应符合表5.2.1的规定。表5.2.1电缆的最小弯曲半径表中：D为电缆的外径。电缆布放施工质检程序完备，缺陷消除封闭，电缆布放过程如图5.2.1-2所示：1）电缆上架2）电缆限位和直线滑车3）电缆转角滑车图5.2.1-2电缆布放前准备5、电缆敷设1）电缆沟交安验收；2）电缆轴支承架吊装至GIS开关站，电缆线轴吊至电缆支架；3）电缆直滑车、导向滑车、弯形滑车、限位滑车安装；4）电缆沟内临时过桥、活套等钢管搭设；5）牵引机械定位安装，牵引力符合技术要求；6）电缆敷设采用集中机械和人工敷设混合的方法，统一组织、统一敷设。这样有利于电缆一次敷设到位；7）将电缆端头引至GIS开关接线端；8）按上述第一根电缆工作经验，继续第二根和第三根电缆敷设；9）电缆线整理，电缆夹固定电缆成品字形；10）电缆端头固定至GIS构架；11）电缆端头固定至主变构架；12）布放过程严格保护好电缆，严禁在敷设后的电缆上坐卧、踩踏；13）电缆敷设及安装完毕后，应及时清除杂物，盖好盖板。6、资料移交：设计资料图纸、电缆清册；变更设计的证明文件；厂家产品说明书、试验记录、产品出厂合格证等技术文件；安装技术记录（包括隐蔽工程记录等）；试验记录。5.2.2电缆终端和附件安装质检控制4/151、查勘安装现场、环境及施工电源等是否符合电缆附件安装要求；2、与安装、设计共同检查需安装电缆的两端安全措施是否具符合安全规程要求；3、与安装及设计单位共同检查、核对电缆相序；4、确认电缆外护层绝缘耐压合格；5、依据电缆附件装箱单、安装图纸、工具装箱清单与附件制造商代表检查、核对、清点电缆附件材料及安装工器具；6、与设计、安装负责方及GIS制造商确定安装方案；7、搭建安装平台、防雨篷；8、复核、测量户外瓷套管尺寸，确定安装相位；9、剥切户外电缆外护套、铝套，进行加热校直；10、剥切户外终端电缆外护层、外半导电层及绝缘层；11、按照安装工艺图复核长度、压接接线端子；12、处理外半导电层断口、打磨主绝缘层，并按照安装图纸复核尺寸；13、对处理好的电缆临时清洁、吹干、防水密封；14、套入尾管、法兰等密封件15、再次打磨、清洁、用热风枪对电缆绝缘表面进行加热、除湿；16、进行应力锥、瓷套管等电缆附件的组装工作；17、密封电缆尾管；18、户外终端抽真空注油、顶部密封等工作，户外终端安装完成；19、确认GIS电缆间隔已拆除，GIS电缆具备安装条件；20、依据材料装箱单及安装图纸与附件制造商代表共同检查GIS终端材料；21、二次检查、固定电缆；22、剥切GIS电缆外护套、铝套，进行加热校直；23、剥切GIS终端电缆外护层、外半导电层及绝缘层；24、按照安装工艺图复核长度、压接接线端子；25、处理外半导电层断口、打磨主绝缘层，并按照安装图纸复核尺寸；26、对处理好的电缆临时清洁、吹干、防水密封；27、套入尾管、法兰等密封件；28、再次打磨、清洁、用热风枪对电缆绝缘表面进行加热、除湿；29、进行应力锥、GIS电缆套管等附件的组装工作；30、密封电缆尾管；31、GIS终端抽真空注油；32、配合GIS安装单位套装GIS电缆间隔、固定电缆；33、清理施工现场、整理工器具及材料；34、移交安装记录等竣工资料；35、配合业主、设计、安装等单位进行工程验收；36、电缆附件安装工程竣工移交；37、施工中遇雷雨等不符合安装工艺要求等因素，造成安装工作中断，工期顺延。电缆终端头制作质检程序完备，缺陷消除封闭，终端头制作过程如图5.2.2所示。5/151）电缆外护层剥切2）电缆附件组装3）电缆尾管密封图5.2.2电缆终端头制作过程5.2.3电缆施工完成电缆两侧终端连接示意图见图5.2.3-1，户外电缆终端过渡后采用架空线与升压主变高压侧端子连接；出线与GIS电缆进线终端套管连接。电缆外部现场接线见图5.2.3-2。图5.2.3-1电缆外部接线1）户外电缆终端2）GIS电缆进线终端图5.2.3-2电缆外部现场接线图5.3制定试验方案5.3.1试验方案制定原则高压电缆串联谐振试验是一项复杂的试验，在试验之前要制定好严格的试验方案。制定方案要注意以下几点：1、组织人员，明确不同人员的职责，现场试验负责人、实际操作负责人、操作监护人及现场安全负责人等要各负其责。2、事先通知好设备厂家、现场安装人员、监理及业主代表等人员在试验当天赶到现场监督和6/15确认试验过程及结果。3、根据不同试验对象要求选取设备。不同电缆耐压所需配置的试验设备都不完全一样，因一次试验要带的设备很多，所以一定要准备清楚，不能到试验现场才发现带的设备不配或短缺。4、根据设备多少选定运输所需火车、集装箱、商船及现场吊装所需吊车。5、根据试验规程和产品出厂报告要求制定详细试验方案并在试验中按步骤执行。5.3.2交流耐压试验方法及要求试验方法：被试相芯线接高压源，被试相屏蔽层、非试相芯线及非试相屏蔽层均接地。试验电压和时间要求见表5.3.2。表5.3.2交流耐压试验试验电压及时间表中：U0为额定相电压；U为额定线电压。5.4试验前准备5.4.1现场试验电气设备安全因素分析与评估对于扩建变电站试验，试验过程经常是在周围电力设备运行中进行，这时要考虑试验电压和周围设备运行电压的叠加问题，安全距离的考虑因素要大于正常要求的安全距离，见表5.4.1。表5.4.1交流试验安全距离5.4.2人员安全因素分析与评估1、电站的施工作业都处于交叉状态，经常是安装、土建及调试等同时进行。由于现场人员的复杂，在试验设备和高压引线周围，均应装设安全栏，并在悬挂“止步，高压危险”标识牌，装设安全网的地方应派专人看守，以防外人不慎入内。2、应注意感应电的影响，因试验电压很高，很可能周围线路或设备会产