110kV交联电缆及附件的现场变频谐振试验

•112•ELECTRONICSWORLD・技术交流110kV交联电缆及附件的现场变频谐振试验国网保定供电公司段志国刘胜军郭会永何燕王敏詹栗【摘要】通过变频谐振方法成功实施现场110kV交联电缆试验的实例论证了变频谐振现场试验的有效性。提出了变频谐振试验所需电源容量的估算方法。并分析了该试验方法的局限性后建议重点发展局部放电、红外成像等非破坏性试验。【关键词】变频谐振；交联电缆；现场试验0引言变频谐振试验作为高压交联电缆竣工交接试验已被华北地区[1]和IEC[2,3]标准列为规范的交联电缆及附件交流耐压试验。对高压交联电缆线路进行现场变频谐振试验，能及时发现交联电缆和附件在制造、运输及安装过程中的质量问题，避免投运后发生故障，有效地保证了交联电缆可靠投运和安全运行。1现场试验实例公司具备了变频谐振试验能力后，对新上的6条110kV交联电缆进行了现场交流耐压验收试验。以某线路3条110kV交联电缆的耐压试验为例介绍变频谐振试验。此3条110kV交联电缆技术参数为：型号：ZR-YJLW03；额定电压：64/110kV；规格：1×630mm2铝芯交联电缆；单位长度电容：0.188μF/km；单根交联电缆的长度：1.7km；制造厂家：青岛汉河电缆有限公司。变频谐振试验接线原理图，如图1所示。图1中VF的作用是将电压幅值和频率固定的工频电源转变成为电压幅值和频率可调的正弦波，为整套设备提供电源；T的作用是将变频控制器输出的单相电压升到合适的试验电压，以满足被试品在一定品质因数下试验电压的要求；L的作用是与被试品组合发生串联谐振，并保证谐振频率在20Hz～300Hz范围内；C1和C2的作用是将被试品两端的高电压进行分压，并将较低的电压信号反馈给变频控制器以用于电压测量、过电压保护。图1变频谐振试验接线原理图注：VF—变频控制器；T—励磁变压器；L－串联电抗器；C1、C2－电容分压器的主电容、分压电容；CX－被试品的电容量。变频谐振试验方法是利用串联谐振的原理，通过变频控制器改变试验回路的试验频率，使得回路中的串联电抗器的电感和被试品的电容发生串联谐振。这样，试验回路中被试品所需的大部分容性电流与串联电抗器上的感性电流相抵消，试验电源供给的能量仅为回路中消耗的有功功率，为被试品在试验中所需总容量的1／Q（Q为试验回路的品质因数，RLC串联回路在谐振时串联谐振回路的品质因数：Q＝UC/US=UL/US=/R其中：L为串联回路的电感值；C为串联回路的电容值；R为串联回路的电阻值。因此试验时所需试验电源的容量大大降低，试验电源设备的质量大大减轻。在试验现场附近有一台配电变压器，其主要技术参数为：型号S7－100/10；额定电压10kV；额定容量100kVA；额定电压比100000/400；接线组别Y/y0－12。为了确定此台配电变压器能否满足试验时所需电源容量的要求。试验前，首先对试验时所需电源容量进行了估算。在试验电源满足试验设备电压和电流的前提下，力求试验频率接近工频50Hz，已较真实地反映被试品在运行时的状况。为了实现以上要求，经过计算，采用三台串联电抗器并联的方法。由于三台串联电抗器电抗的并联值L/3远大于励磁变压器的漏电抗LT；110kV交联电缆导体和金属铠装层之间的电容量CX远大于电容分压器的主电容C1和分压电容C2的串联值。故在估算谐振频率f0时可以简化，见下式：式中：L=124.8H，CX=0.188×1.7=0.320μF。由于110kV交联电缆导体和金属铠装层之间的电阻值远大于其容抗值，所以流过的阻性电流可以忽略不计；110kV交联电缆导体和金属铠装层之间的容抗远小于电容分压器的主电容C1容抗和分压电容C2容抗的串联值，所以流过电容分压器的电流可以忽略不计。故在估算试验回•113•ELECTRONICSWORLD・技术交流路电流I时也可以简化，如下所示：I＝ω0CXUC＝2πf0CXUC＝2×3.14×43.6×0.320×10－6×108×103＝9.5A注：在现场试验时，要求在交联电缆导体和金属铠装层之间施加1.7U0（U0为交联电缆导体对地或对金属屏蔽层间的额定电压）≈108kV交流电压。励磁变压器所采用的变比：k＝U1N/U2N＝350V/5000V＝0.07故励磁变压器的输入电流（即变频控制器的输出电流）IT为：IT＝I/k＝9.5/0.07＝135.7A在综合考虑输入与输出功率守恒、功率因数、效率等方面因素影响下，变频控制器厂家给出以下换算公式，变频控制器的输入电流IS为：IS＝IT/＝96.0A。故试验时所需电源容量S的估算值为：S＝USIS＝×380×96.0＝63.2kVA上面已经提到，在试验现场附近的配电变压器容量为100kVA，由此可见，此台配电变压器的容量满足试验时所需电源容量，且容量有一定余度，以保持输出电压波形的品质满足变频控制器的要求。在现场试验时，在交联电缆导体和金属铠装层之间施加1.7U0（U0为交联电缆导体对地或对金属屏蔽层间的额定电压）≈108kV交流电压。3条110kV交联电缆分3次试验，各保持1h，均通过。试验中，各参量的实际测量值如表1所示。表13条110kV交联电缆各参量的测量值参量相别f0，HzUC，kVIS，AA相43.910897.1B相43.810896.8C相43.810897.5从表1可以看出，实际试验回路谐振频率、变频控制器的输入电流参量值与估算值基本一致，说明按照上述简化方法进行估算是比较准确的。由此可见，对试验时所需电源容量通过上述估算方法进行估算，可以帮助试验人员在试验前寻找合适的试验电源。2关于变频谐振试验的进一步探讨变频谐振试验在实际使用中可有效地发现交联电缆在生产、安装、运行中的缺陷[4]，但也有其局限性；①对试品绝缘有一定程度损伤；②交联电缆本体和附件中的绝缘缺陷在高的试验电压下虽未击穿，但被加剧劣化以致在运行电压下发生击穿故障；③对制造过程中带来的微小气隙及安装中存在的微小缺陷无法及时发现，这些缺陷都会在日后的运行中逐渐发展而威胁设备的安全运行。因此，较低试验电压下的绝缘诊断试验（如局部放电）、红外成像及在线检测等非破坏性试验应重点发展。3结束语a.变频谐振试验可有效地检验交联电缆和附件在制造、安装中的质量及在运行中产生、发展的缺陷。b.对变频谐振试验时所需电源容量采用合理的方法进行估算，可以帮助试验人员在试验前寻找合适的试验电源。c.应开展交联电缆投运后局部放电、红外成像等检测工作，将交联电缆及附件局部放电试验、红外成像等与变频交流耐压结合进行，以有效地监视交联电缆及附件中缺陷的变化趋势，确保电网的运行安全。参考文献[1]中国华北电力集团公司.电力设备交接和预防性试验规程[S].北京:中国华北电力集团公司,2002.[2]IEC60840.Powercablewithextrudedinsulationandtheiraccessoriesforratedvoltagesabove30kV(Um=36kV)upto150kV(Um=170kV)-Testmethodsandrequirements[J].2004.[3]IEC62067.Powercablewithextrudedinsulationandtheiraccessoriesforratedvoltagesabove150kV(Um=170kV)upto500kV(Um=550kV)-Testmethodsandrequirements[J].2001.[4]彭潜,陈俊武,等.XLPE电缆工频耐压试验探讨[J].高电压技术,2005,31(5).