10kV交联聚乙烯电缆现场试验方法的探讨刘晓安陕西省汉中供电局（723000）摘要：本文对电缆现场试验的方法进行了分析，通过模拟试验，对直流耐压、2U0工频电压持续5分钟、U工频电压持续24小时及带50％额定电流2小时后的试验结果进行比较，得出了工频或变频谐振试验对10kVXLPE电缆的现场试验是比较有效的。
关键词：交联聚乙烯电缆现场试验方法1 电缆现场试验方法的分析目前，电缆竣工验收试验的主要手段有直流耐压、0.1Hz耐压、振荡波试验、工频谐振以及变频谐振等几种方法。
1.1 直流耐压试验其优点是所需试验设备容量小、体积小，携带操作方便，特别适合现场试验，在油纸绝缘电缆上的应用是成功的，国际和国家标准均有明确规定。
而对于XLPE电缆进行直流耐压试验则存在以下缺点：(1)直流耐压试验不能模拟XLPE电缆的运行工况。
（2）XLPE电缆在直流电压下会产生"记忆"效应，存储积累单极性残余电荷。
如果在电缆内的直流残余电荷未完全释放之前即投入运行，直流偏压便会叠加在工频电压峰值上，使得电缆上的电压值超过其额定电压，从而有可能导致电缆绝缘击穿。
（3）直流耐压时，会有电子注入到聚合物介质内部，形成空间电荷，使该处的电场强度降低，XLPE电缆的半导体凸出处和污秽点等容易产生空间电荷，从而难以发现缺陷。
同时，如果外部发生尘闪络或电缆附件击穿，在已积聚空间电荷的地点，由于振荡，电压迅速改变为异极性，该处电场强度显著增大，可能损坏绝缘，造成多点击穿。
(4）XLPE电缆致命的一个弱点是绝缘内容易产生水树枝，在直流电压下会迅速转变为电树枝，并形成放电，加速了绝缘劣化；而单纯的水树枝在交流工作电压下还能保持相当的耐压值，并能保持-段时间。
（5)国内外的调查研究和实践都表明，直流耐压试验不能有效发现交流电压作用下的某些缺陷，如电缆附件内的机械损伤或应力锥放错等。
总之，XLPE等高压橡塑绝缘电缆不宜做直流耐压试验已在国内外达成共识。
1.2 超低频(0.1Hz)电压试验0.1Hz超低频耐压试验属于交流耐压，能大大降低试验设备容量，理论上降低500倍，实际由于结构原因，容量可降低50～100倍。
实验室的模拟试验研究表明：电缆试品在0.1Hz耐压与工频耐压下的一致性较差，效率是比较低的。
无法满足超高压电缆的试验要求。
但0.1Hz超低频耐压试验在中低压电缆介损测量上得到了很好的应用。
1.3 高频振荡波(OSI)试验图1 振荡波试验线路图图1是其代表性的接线图，直流电源对充电器C1充电，达到预定值后使球隙放电，试验电压通过C1和电感线圈、试品电缆Cx形成振荡放电回路，试品电缆Cx上的电压最大值为：U x =U1×2C1/(C1＋Cx)(1)U x 最大可达2倍的U1。
从国外最新的研究报告中看到，振荡波试验对人工模拟的机械损伤和水树枝类型的故障发现效果尚可，而对针板型故障不是很有效果，作为一个试验手段并不理想。
1.4 谐振耐压试验国际大电网会议(CIGRE)21－09工作组于1997的工作报告中指出：30～300Hz 的交流耐压试验与工频耐压的等效性良好。
基于一些高校实验室的理论和模拟试验研究以及国外十几年来采用变频试验的经验，其等效性好、效率高、设备轻便，试品长度几乎不受限制。
其原理如图2所示。
图2 变频谐振原理图2 模拟试验试验采用平行对比的方法，基于XLPE电力电缆存在施工质量缺陷，通过人为制造10kVXLPE电缆的绝缘缺陷，考查各种试验方法发现缺陷的有效性。
主要比较的试验方法：①常规的直流耐压；②2U0工频电压持续5min；③U工频电压持续24h：④带50％额定电流2h后的以上试验。
其试验结果见表1。
表1 模拟试验结果序号故障形式试验方法试验电压加压时间结果温度(℃)1 1.5mm深钉尖直流耐压 2.5U05min 未击穿172 1.5mm深钉尖工频电压2U05min 未击穿173 1.5mm深钉尖工频电压U02h 未击穿174 2.5mm深钉尖直流耐压 2.5U05min 未击穿195 2.5mm深钉尖工频电压2U05min 未击穿196 2.5mm深钉尖工频电压U02h 未击穿197 2.5mm深钉尖带50%额定电压2h后直流耐压2.5U05min 未击穿208 2.5mm深钉尖带50%额定电流2h后工频电压2U05min 击穿209 2.5mm深钉尖带50%额定电流2h后工频电压U02h 未击穿2010 4mm深钉尖直流耐压 2.5U05min 击穿1911 4mm深钉尖工频电压2U05min 击穿1912 4mm深钉尖工频电压U02h 未击穿19设置的缺陷：在终端处的一相电缆上人为制造钉尖缺陷(1.5～4mm深)。
3 分析及结论(1)2U0工频电压持续5min试验能有效地发现电缆缺陷；U工频电压持续24h的方法不能有效地发现电缆缺陷。
(2)对有缺陷的电缆，U工频电压持续24h后，带有一定负荷，可能造成电缆缺陷处的热击穿(本文没有作更多的试验比较)。
(3)常规的直流耐压不能有效地发现电缆缺陷，且对电缆有害。
国内许多地区和国际大电网会议工作组对XLPE电缆不再推荐进行直流耐压试验。
(4)鉴于电缆现场工频试验设备容量和体积小，携带操作比较方便，发现电缆缺陷比常规的直流耐压更有效，所以应采用工频或变频谐振试验的方法，进行电缆现埸竣工验收试验。
交流耐压试验和直流耐压试验：耐压测试是一种无破坏性的测试，它用来检测经常发生的瞬态高压下产品的绝缘能力是否合格。
它在一定时间内施加高压到被测试设备以确保设备的绝缘性能足够强。
测试电压，大部分的安全标准允许在耐压测试中使用交流或直流电压。
若使用交流测试电压，当达到电压峰值时，无论是正极性还是负极性峰值时，待测绝缘体都承受最大压力。
因此，如果决定选择使用直流电压测试，就必须确保直流测试电压是交流测试电压的倍，这样直流电压才可以与交流电压峰值等值。
例如：1500V交流电压，对于直流电压若要产生相同数量的电应力必须为1500×1.414即2121V直流电压。
使用直流测试电压的其中一个好处在于在直流模式下，流过耐压测试仪报警电流测量装置的是真正的流过样品的电流。
采用直流测试的另一个好处在于可以逐渐的施加电压。
在电压增加时通过监视流过样品的电流，操作者可以在击穿发生前察觉到。
需要注意的是当使用直流耐压测试仪时，由于电路中的电容充电，必须在测试完成后对样品进行放电。
事实上，无论是测试电压是多少、其产品特点如何，在操作产品前对其放电都是有好处的。
直流耐压测试的不足在于它只能在一个方向施加测试电压，不能像交流测试那样可以在两个极性上施加电应力，而多数电子产品正是在交流电源下进行工作的。
另外，由于直流测试电压较难产生，因此直流测试比交流测试成本要高。
交流耐压测试的优点在于,它可以检测所有的电压极性，这更接近与实际的实用情况。
另外，由于交流电压不会对电容充电，因此大多数情况下，无需逐渐升压，直接输出相应的电压就可以得到稳定的电流值。
并且，交流测试完成后，无需进行样品放电。
交流耐压测试的不足在于，如果测试中的线路中有大的Y电容，在某些情况下，交流测试将会误判。
大部分安全标准允许使用者在测试前不连接Y电容，或者改为使用直流测试。
直流耐压测试在加高电压于Y电容时，不会误判，因为此时电容不会允许任何电流通过。
交流耐压试验是鉴定电力设备绝缘强度最有效和最直接的方法。
电力设备在运行中，绝缘长期受到电场、温度、和机械振动的作用会逐渐发生劣化其中包括整体劣化，形成缺陷。
例如由于局部地方电场比较集中或者局部绝缘比较脆弱就存在局部的缺陷。
各种预防性试验方法，各有其长，均能分别发现一些缺陷，反映出绝缘的状况，但其他试验方法的试验电压往往都低于电力设备的工作电压，作为安全运行的保证还不够有力。
直流耐压试验虽然试验电压比较高，能发现一些绝缘的弱点，但是由于电力设备的绝缘大多数都是组合电介质，在直流电压的作用下，其电压是按电阻分布的，所以交流电力设备在交流电场下的弱点使用直流作试验就不一定能够发现。
交流耐压试验符合电力设备在运行中所承受的电气状况，同时交流耐压试验一般比运行电压高，因此通过试验后，设备有较大的安全裕度，所以这种试验已经成为保证安全运行的一个重要手段。
但是由于交流耐压试验所采用的试验电压比运行电压高得多，过高的电压会使绝缘介质损失增大、发热、放电，会加速绝缘缺陷的发现，因此，从某种意义上讲，交流耐压试验是一种破坏性试验。
在进行交流耐压试验前，必须先进行各项非破坏性试验，如测量绝缘电阻、吸收比、介质损耗因数tgδ、直流泄漏电流等，对各项试验结果进行综合分析，以决定该设备是否受潮或含有缺陷。
若发现己存在问题，需预先进行处理，待缺陷消除后，方可进行交流耐压试验，以免在交流耐压试验过程中，发生绝缘击穿，扩大绝缘缺陷，延长检修时间，增加检修工作量。
直流耐压试验和泄漏电流试验：直流耐压及泄漏电流试验是用来检查设备的绝缘缺陷的试验。
当试验电压加至规定电压值时，保持规定的时间后，如试品无破坏性放电，微安表指针没有突然向增大方向摆动，则可以认为直流耐压试验合格。
泄漏电流的数值不仅和绝缘的性质、状态有关，而且和绝缘的结构、设备的容量、环境温度、湿度，设备的脏污程度等有关。
因此不能仅从泄漏电流绝对值的大小来泛泛地判断绝缘是否良好，重要的是观察其温度特性、时间特性、电压特性以及与历年试验结果比较；与同型号设备互相比较；同一设备相间比较来进行综合判断。
当出现下列情况时，应引起注意。
1. 泄漏电流过大或过小均属不正常现象。
电流过大应检查试验回路设备状况和屏蔽是否良好，消除客观因素的影响；电流过小则应先检查接线是否正确，微安表回路是否正常。
2. 测试中若发生微安表指针来回摆动，摆动幅度比较小，则可能有交流分量流过，应检查微安表的保护回路和滤波电容，若指针发生周期性摆动，幅度比较大，则可能试品绝缘不良，发生周期性放电，应查明原因。
3. 若试验过程中，指针向减小方向摆动，可能电源不稳引起波动；若指针向增大方向突然摆动，则可能是被试品或试验回路闪络。
4. 若读数随时间逐渐上升，则可能是绝缘老化。
耐压试验与泄漏电流试验：一般来说，泄漏电流试验都用直流高压。
1. 直流电流的大小及方向都不随时间变化，即在单位时间内通过导体横截面的电量相等，则称之为稳恒电流或恒定电流。
2. 交流电流的大小及方向均随时间变化，则称为变动电流。
对电路分析来说，一种最为重要的变动电流是正弦交流电流，其大小及方向均随时间按正弦规律作周期性变化。