0.1Hz超低频正弦波耐压试验技术及应用
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0.1Hz超低频正弦波耐压试验技术及应用
| 摘 要 本文着重介绍了国际上普遍采用的0.1Hz超低频正弦波耐压试验技术及运用这一技术的耐压测试设备。美国高电压公司最新推出的90kV耐压测试仪，解决了我国35kV交联聚乙烯绝缘电缆无合适耐压试验设备的难题。该测试设备直接产生一种真正的正弦波，同时不会增加额外的技术难度。这样不仅减轻了重量节约了成本，而且也简化了它在诊断测试，诸如介损测试、局放测试和现场故障定位等领域内的应用。本文还引入了美国电子与电气工程师协会在2003年8月最新发布的IEEE P400.2/D1标准的核心内容，此标准可用于指导现场屏蔽电力电缆系统的耐压、诊断试验。 关键词 超低频 正弦波 90kV 耐压试验 放电电阻 一． 前言 保证供电可靠性的重要措施之一就是对（地埋）电力电缆进行耐压试验（预防性试验）即检查电力电缆的绝缘状况。 70年代以来，聚乙烯/交联聚乙烯电缆得到广泛应用并逐步取代传统的油纸电缆，特别是中低压电力电缆，直流耐压试验方法已不适用于这类电缆。原因是在直流电压作用下，空间电荷效应严重，直流耐压试验危害交联聚乙烯电缆的介电强度和寿命。在现场工频测试中使用交流测试设备也有它自己的问题。测试设备往往既庞大又笨重，同时价格也昂贵。超低频检测设备多年来一直用于检测大型旋转电机，比如大型水轮发电机。但这种技术并没有用于电缆，过去所能利用的设备通常使用的是频率为0.1周（Hz）并有多种不同波形的电压，如矩形波和三角波等。该设备在某种形式上有合理的成本和重量因素，并没有弥补这些非标准的波形测试电缆技术数据的缺乏。 由此可见，大家熟知且行得通的老办法：直流试验已说明是无效的，在有些情况下还会扩大损伤而在试验时并不能发现。交流试验是有效的，但是由于电缆为容性负载，需要很大的试验容量（S=ωCUS2=2πfCUS2 kVA） 式中： C—被试电缆电容量 μf/km US—试验电压 kV f—工频频率，我国为50Hz 传统的超低频技术又不适用于电缆，因此需要研究一个新的电缆检测方法。 二．0.1Hz超低频正弦波技术 早在70年代美国高电压公司就致力于超低频电缆检测方法的研究。他们采用了新的方法，生产的电缆检测设备能产生真正的高压正弦波，而且设备很轻，成本接近直流测试系统。实践也证实：使用超低频高压的固体绝缘电缆的击穿电压与使用交流工频所得到的电压值是相当的。 新的设计方法允许以通常的耐压水平测试负荷远远超过5微法的电缆进行测试，并且仅使用电压为120伏、频率为60Hz（或220伏50Hz）的电源。而且，该项设计还可扩展到一些频率为0.05、0.02、0.01Hz的更低频率操作中去（0.01Hz的频率测试针对超长电缆）。 1.系统设计原理 该设计的基本思路是产生像正弦波那样的超低频波形。用超低频以低充电电流，相对长一点的时间间隔对试品充电至高压，这里超低频的波形是关键，特别适合的是正弦波，因其避免了其他波形可能产生的高频谐波，而该高频谐波会对测试目标产生驻波或有害的电压突变。该新设计的基本理念已经在图1中展示出来了。系统所需的输入功率是从一个正常的120伏60Hz或220伏50Hz的电源处获得。输出电压的振幅是由自动可 | ||
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图1
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图2 系统各阶段输出波形 | ||
| 2. 试品电容的放电 大容量容性试品被施加交流电时必需要在每个半波放电，传统的工频交流试验在试品和电源之间有很大的能量流动，这需要大型的变压器，调节器等。在超低频系统中，所需功率非常低，与50Hz系统相比，0.1Hz系统要小500倍。结果，这些能量在测试装置自身中进行交换便非常容易了。 本章论述的是一项用于试品放电的专利技术，它能确保高压输出是真正的正弦波。系统连续接入一系列阻性负载至输出回路对试品电容放电。正常情况下，应用电阻与电容并联使电容电压以指数曲线衰减。电阻的选择使电压经过RC混和放电回路降至标准正弦波下方。 因此，电阻接入回路时，系统高压变压器的正弦电压通过补偿放电电阻所需电流来保持正弦波型。最初的RC回路指数曲线衰减变化率很高，随 着时间变低。最后来自高压变压器的电压达到与负载电压平衡。这时快速接入第二个放电电阻，减少RC时间常数按需要重复这一过程可保持输出电压的正弦波型。 图3说明了应用三个放电电阻接入输出回路的这一技术。第一个电阻与负载电容的指数衰减曲线表示为RC1。指数曲线与施加正弦波在一个相位的2.41弧度处，此时并入第二个电阻，衰减曲线表示为RC2，在相位约2.86弧度处，第三个电阻并入回路，指数曲线衰减表示为RC3。 | ||
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