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1、高压电缆的特点及运行方式和预防性试验的原理2.1 高压电缆的特点及运行方式2.1.1 绝缘结构及特点大多电缆 采用的是充油电缆，其电缆横截面如图 2-1 所示。其中，中心油管直径30mm，主绝缘厚度为 28.5mm，主绝缘外面有多层金属护层，如铅层、加固层、防蛀层、铠甲层等。最外面的外被层厚度为 4mm。图 2-1OKZA 型 525kV 电缆横截面图2.2 高压电缆试验的基本方法6预防性试验是在电力电缆投入运行后，根据电缆的绝缘、运行等状况按一定周期进行的试验，其目的是为了掌握运行中的电力电缆线路绝缘状况，及时发现和排除电缆线路在运行中发生和发展的隐形缺陷，保证电缆线路安全、可靠、不间断地输
2、送电能。国内外专家对电力电缆线路的预防性试验主要有：绝缘电阻测试、直流耐压试验、泄漏电流试验、交流耐压试验、介质损耗因数试验、局部放电测试试验、电缆的油样试验等。第 1 页 共 25 页2.2.1 绝缘电阻测试电力电缆的绝缘电阻，是指电缆芯线对外皮或电缆某芯线对其他芯线及外皮间的绝缘电阻。在一定直流电压作用下，电缆的绝缘电阻可以反映流过它传导电流的大小。测量电缆绝缘电阻的最基本的方法是在被试电缆两端施加一个恒定的直流试验电压，该电压产生一个通过电缆试品的电流，借助仪表测量出电缆的电流时间特性，就可以换算出电缆的绝缘电阻时间的变化特性或某一特定时间下的绝缘电阻值。工程上进行电缆绝缘电阻测试所采用
3、的设备为兆欧表，如图一所示。兆欧表有三个端子：线路端子（L） ，接地端子（E） ，被试电缆绝缘接在L和E之间，测得的绝缘电阻是表面电阻和体积电阻的并联值。图 2-2绝缘电阻测量接线图2.2.2 直流耐压试验直流耐压试验的基本方法是：在电缆主绝缘上施加高于其工作电压一定倍数的直流电压值，并保持一定的时间，要求被试电缆能承受这一试验电压而不击穿。从而达到考核电缆在工作电压下运行的可靠性和发现绝缘内部严重缺陷的目的。 电缆直流耐压试验是一般采用串级直流倍压整流产生施加在被试电缆所需的直流高压，如图 2-3 所示。在这种现场组合式直流试验设备基础上发展起来的直流耐压成套设备， 采用了一系列新技术，是设
4、备的重量和可靠性基本满足了现场工作的需要。第 2 页 共 25 页T1RoT2V1VC1C2CnRuAV1V2C2V2Vn-1VnCnVnCCxkVC1图 2-3直流耐压试验电路原理接线图2.2.3 泄漏电流试验泄漏电流试验是测量电缆在直流电压作用下，流过被试电缆绝缘的持续电流，从而有效的发现电缆线路的绝缘缺陷。通常，泄漏电流试验一般和直流耐压试验同时进行，如图 2-3 所示，在被试电缆的高压侧安装微安表来指示泄漏电流。泄漏电流试验的原理与用兆欧表测量绝缘电阻完全相同， 不过泄漏电流试验中所用的直流电源是有高压整流装置供给，用微安表指示电流。根据泄漏电流的变化规律来判断绝缘的劣化程度。2.2.
5、4 交流耐压试验交流耐压试验是用来检验电缆绝缘在工频交流工作电压下的性能的试验。图 2-4 表示交流耐压试验常用的原理接线。调压器用来调节工频试验电压的大小和升降速度；试验变压器用可以用单台变压器亦可用串级高压试验变压器； 球隙用来保护被试电缆免受过电压，R1用来限制被试品放电时试验变压器的短路电流不超过允许值和高压绕组的电压梯度不超过危险值，R2用来限制球隙放电时的电流不致灼伤铜球表面。 实际的试验接线应根据被试电缆的要求和现场设备的具体条件来确定。 国家规定在电缆绝缘上施加工频试验电压一分钟， 不发生绝缘闪络、 击穿或其它异常现象， 则认为电缆绝缘是合格的。TALfTMCfVR1R2FTO
6、(Cx)图 2-4交流耐压试验原理接线图第 3 页 共 25 页2.2.5 介质损耗因数tg试验当电缆绝缘受潮，电缆油脏污或老化变质，绝缘中有气隙放电等现象时，在电压作用下，流过绝缘的电流中有功电流分量增大，即在绝缘中的损耗增大。但损耗的大小不仅与有功电流的大小有关， 还与绝缘的体积大小有关， 试验时一般测量绝缘介质的tg。介质损耗角正切的测量方法很多， 从原理上来分， 可分为平衡测量法和角差测量法两类。传统的测量方法为平衡测量法，即高压西林电桥法。随着技术的发展和检测手段的不断完善，可以通过直接测量电压和电流的角差来测量tg，即角差法测量tg，如图 2-5所示。这种方法免去了平衡法中需要调节
7、平衡的繁琐，大大的减少了试验的工作了，使得角差测量法使用的越来越普遍。图 2-5角差法示意图2.2.6 局部放电测试试验电缆的绝缘中，各部位的电场强度往往是不相等的，当局部区域的电场强度达到电介质的击穿场强时，该区域就会出现放电，但这种放电并没有贯穿施加电压的两导体之间，即整个绝缘系统并没有击穿，仍然保持绝缘性能，这种现象称为局部放电。局部放电时产生电、光、热、声等现象，利用上述现象都可以检测局部放电，局部放电的检测内容如下：检测是否存在局部放电；并测量起始放电电压值和熄灭电压值；确定放电量大小，这是主要的一个检测项目；确定放电部位，为处理提供方便。局部放电检测分为电的和非电的两大类。 主要有
8、一下检测方法： 脉冲电流法、 介质损耗法、 DGA法、超声波法、RIV 法、光测法和射频检测法等。目前应用得比较广泛和成功的是电气检测法。特别是测量绝缘内部气息发生局部放电时的电脉冲，它不仅可以灵敏地检出是第 4 页 共 25 页否存在局部放电，还可以判定放电强弱程度。2.2.7 电缆的油样试验充油电缆线路在正常情况下运行时，通过绝缘油样试验可以大致反映整条线路的绝缘状况。充油电缆的油样试验一般包括交流击穿强度试验、介质损耗角正切测量、色谱分析、含水量试验等。在电缆油试验中采集油样是十分重要的一环。 为了使油样能充分代表电缆内绝缘油的实际质量，在采集时应特别谨慎，避免因为采集方法不当而造成水分
9、、灰尘等杂质的污染而得出错误的试验结果。取油样应在干燥晴天进行，要严防空气进入电缆。所取的油样应在每一油段离供油点的远端处取， 如一个油段两端均有供油点时允许在油压低的一端取，取出的油样应盛放在经过干燥处理的有盖的磨口广口瓶内。第 5 页 共 25 页高压电缆绝缘预防性试验方法3.1 高压电缆主绝缘交流耐压试验的研究83.1.1.1 电压选择根据电缆试验电压的要求，选择具有合适电压的试验变压器，使试验变压器的高压侧的额定电压UN大于电缆的试验电压UC，即UNUC；其次检查试验变压器所需的低压侧电压，是否能和现场的电源电压、调压器相匹配。ST2PV1VPV2VT1R1C1CxC2FR2保护控制回
10、路图 3-1交流耐压试验接线图交流耐压试验电压值既要能满足发现被试品的绝缘缺陷，考核其绝缘的抗电强度，又要尽可能避免在试验过程中对绝缘造成较大的损伤， 所以确定恰当的试验电压值意义重大。一般对定型的电缆，根据预防性试验规程确定其试验电压值。在这里取试验电压UC1.1U01.15003kV 320kV，U0为电缆的相电压。由此，变压器电压高压侧的额定电压设为UN 330kV。3.1.1.2 电流选择根据电缆所需的电流IC选择试验变压器的额定输出电流IN，使其大于电缆所需的第 6 页 共 25 页电流IC，即IN IC而电缆所需的电流IC可按下式进行估算：IC 2fCxUC103 2507.616
11、1320103 765.7A其中Cx为被试品电容和附加电容。试验变压器的额定输出电流取IN 770A。3.1.1.3 试验变压器容量的选择根据被试品的高压侧充电流Is和试验变压器的额定电压UN，可以确定试验变压器的容量，其公式为：P UNIN 330770 254100kVA应当指出，选择的试验变压器的容量应尽可能大于计算结果，因为试验线路、试验设备，本身对地存在杂散电容，使得估算的试验电流小于实际值的缘故。采用 50 Hz 电压进行试验，由于电缆线路的电容较大，做工频耐压试验就需要大容量的试验变压器、调压器以及电源等工频试验设备。由上面的计算可知，变压器的电流和额定容量都比较大，现场往往难以
12、办到，即使有试验设备，也需动用大型汽车、吊车等，费力费时。3.1.2 串联变频谐振（参照讲义）3.1.3 并联谐振（参照讲义）3.1.4 串、并联谐振（参照讲义）3.1.50.1Hz超低频交流耐压试验工频交流试验由于试验设备容量大而不适合现场试验要求， 谐振交流耐压试验产生谐振的条件难以满足，借鉴高压 XLPE 电缆的交流耐压试验中采用0.1Hz超低频作为试验电源的方法。0.1Hz超低频交流耐压试验的工作频率仅为工频的1 500，理论上它的容量可以比工频交流试验降低 500 倍：I 2fCU 103 20.17.616132010315.31AP 2fCU2103 20.17.61613202
13、103 490.02kVA所以0.1Hz超低频交流耐压的试验设备的容量远比工频交流耐压的试验设备小。使得试第 7 页 共 25 页验变压器的重量可大大降低，按照 100200N/kVA 计算，变压器的重量达 510 吨，并不能很容易地移动到现场进行试验。因此这种方法主要应用于中低压电缆的试验，由于电压等级偏低，还不能用于 110kV 及以上的高压电缆试验。3.1.6 交流耐压试验对绝缘缺陷的检测能力交流耐压试验是鉴定电气设备绝缘强度的最严格、最有效和最直接的试验方法，它对判断电气设备能否继续参加运行具有决定性的意义，也是保证设备绝缘水平，避免发生绝缘事故的重要手段。对电缆 进行一系列的非破坏试
14、验（绝缘电阻、tg试验、直流泄漏试验） ，能发现一部分绝缘缺陷，但是因为这些试验的试验电压比较低，对电缆某些局部缺陷反映不灵敏，而这些局部缺陷在实际运行中可能会逐渐发展成为影响安全运行的严重隐患。如局部放电缺陷可能会逐渐发展成为整体缺陷或局部缺陷， 在过电压情况下使设备失去绝缘性能而引发事故。因此，为了更灵敏有效地查出电缆较危险的某些局部缺陷和的集中性缺陷，考验电缆主绝缘承受各种过电压的能力，就必须对电缆进行交流耐压试验。交流耐压试验的电压、波形、频率和电压电缆的绝缘内的分布，一般应实际运行情况相吻合才能有效地发现绝缘缺陷。 即电缆上所施加的试验电压场强必须模拟电缆的运行工况。 电缆得出的通过
15、或不通过的结论要代表电缆中的薄弱点是否对今后的运行带来危害。这就意味着试验中的故障机理应与电缆运行中的机理有相同的物理过程。因此，交流耐压试验对绝缘的考验比直流耐压试验更接近实际。交流耐压试验是在接近运行条件的情况下，检验设备助绝缘水平。对设备来说，是一种破坏性试验。 在交流耐压试验中， 由于电压不断改变方向， 因而如气隙发生放电后，每个半波里都要发生局部放电，这种放电往往会促使有机绝缘材料的分解、老化变质，降低其绝缘性能，使局部缺陷逐渐扩大。可能会对绝缘造成新的损伤或者加剧绝缘原有的损伤，但这些损伤在加压的时间内并未击穿显现出来，由于造成的绝缘损伤是不可恢复，永久性的，如果电缆继续投入使用，
16、将会存在很大的安全隐患。因此，在进行交流耐压之前，必须先对其他绝缘试验（如测量绝缘电阻及吸收比，泄漏电流试验、tg试验、绝缘油试验等）结果进行综合分析，以判断该设备能否承受耐压试验的电压。如果发现绝缘不良、受期等，应先进行必要的处理，以免在耐压的过程中造成不应有的绝缘击穿。第 8 页 共 25 页3.2 电缆 主绝缘直流耐压试验23.2.1 试验接线及仪器设备的选择根据规程，500kV 交流电缆 的直流耐压试验电压为 775kV，产生直流高电压的方法通常是将工频高电压经整流而变换成直流高电压的方法， 而利用倍压整流原理制成的直流高压串级装置能产生出更高的直流试验电压。如图 3-7 所示。T1R
17、oT2V1VC1C2CnRuAV1V2C2V2Vn-1VnCnVnCCxkVC1图 3-7直流耐压试验原理接线图3.2.1.13.2.1.1 交流高压电源交流高压电源这部分包括升压变压器T2、调压变压器T1和控制保护装置等。T1：调压变压器，输出电压0 400V，容量为20kVA。T2：升压变压器，采用 HRYDJ（W）系列试验变压器，输入电压 380V，输出电压，变压器容量300kV（具体电压的高低根据所选择的串级直流高压发生器的级数来定）要大于10kVA。3.2.1.23.2.1.2 串级直流倍压整流串级直流倍压整流以选择 1000kV 多级直流高压发生器，考虑到试品为大电容设备，在设备选
18、择时主要考虑设备的容量，对电压脉动系数可以不做特别要求，要求输出电流大于 10mA。3.2.1.33.2.1.3 保护电阻保护电阻R直流耐压试验在加压的瞬间会产生较大的充电电流。电流绝缘击穿的瞬间，回路内会有很大的击穿电流流过，试验结束后放电时电缆上大量剩余电会在很短时间里流入大地。这些电流如果不加限制就会损坏试验变压器、硅堆、微安表等，陡度很大的电流谐波也会导致电缆绝缘的损坏， 因此试验回路中必须串联限流电阻将电流限制在允许的范围内。一般采用水电阻作为保护电阻。其选用原则是：当试品击穿时，既能将短路电流限制在硅堆的允许电流之内，又能使电源控制箱内的过流继电器可靠动作，同时，电阻表第 9 页
19、共 25 页面在全电压作用下不能闪络，而且正常工作时水电阻上的压降不应过大 (约在试验电压的 1以下)。水电阻的 阻值根据直流试验电压而定，一般取10/V。本试验当中水电阻阻值为R 77510 7.75M。3.2.1.43.2.1.4 滤波电容滤波电容C滤波电容的作用是使试验电压的波形平稳， 一般取0.1F左右。 如无合适的电容器，可用几个电压较低的电容器串联，以提高耐压强度。对于电缆 这样电容量较大的试品，滤波电容可以省略。3.2.2 试验方法3.2.2.1 试验准备工作试验前在试验地点周围做好防止闲人接近的措施，如设置围栏、挂警告牌等；断开被试电缆与其他设备的一切连续，并将各芯线充分对地放
20、电 5-10 分钟；不接试验设备的一端应派人看守，监视有无异常现象发生。3.2.2.2 确定耐压试验电压和时间根据电缆的种类和电压等级，确定试验电压和耐压时间，并按试验电压的 25、50、75和 100将其分为四个等分。3.2.2.3 试验接线按图 3-7 进行试验接线。由于电线的击穿强度与所加的电压极性有关，正极性的击穿电压值比负极性约高 10， 所以一般都采用负极性进行直流耐压试验， 将负极接电缆芯线。接线对应使高压输出连线尽量缩短，绝缘良好，与地面与接地体保持足够的距离，微安表的安装应牢靠。接线完成后，须经第二人复查，确认接线正确、接地可靠、调压器处于零位、微安表已处于最大量程、各安全措
21、施完备后，方可开始试验。3.2.2.4 空载检查由于试验设备本身对地有一定的泄漏电流，如果此值过大，将会影响试验结果，因此需测出试验设备空载时的泄漏电流。 其方法是： 不接被试品， 逐渐升高直流输出电压，使之分别达到 25、50、75、100规定试验电压值，读取各电压点上的泄漏值。然后，降压到零，断开电源，使电缆放电。3.2.2.5 正式试验接上被试电缆芯线，其余两相电缆芯线仍然接地。合上电源，逐渐升高电压，并在第 10 页 共 25 页以上电压点上各停留 1min，读出并记录各1min 末和耐压结束时的泄漏电流值及环境温度、湿度和天气情况。在升压时，绝缘良好的电缆由于电缆电容充电，电流示值将
22、剧烈上升。而在电压停留阶段，电流逐渐下降，趋于稳定。随着电压的逐段升高，泄漏电流大致成比例增大。有缺陷的电缆，在试验过程中会出现以下现象：升压时泄漏电流不成比例地急剧上升；在升压停留阶段，泄漏几乎不随时间衰减，甚至反而增大；泄漏电流值不稳定；泄漏电流值相间不平衡。发现电缆缺陷后，原则上应查明故障原因，找出故障点。一船采取提高试验电压或延长试验时间来使电缆击穿，然后寻找故障点。3.2.2.6 降压放电每相试验结束，应将调压器降到零，并切断电源，通过绝缘放电棒，将芯线先经约80k/kV的限流电阻反复几次对地放电直至无火花后，再直接接地放电。在改接线时，高压出线端应始终接地，以防意外。再次试验前，应
23、注意解除出线端上的接地线。3.2.2.7 全部试验完毕应将电缆对地短接， 充分放电 5-10min 才能撤去另一端的看守人员， 进行恢复工作。3.2.3 成套直流高压试验仪器3.2.3.1 成套直流高压试验装置的特点成套直流高压试验装置采用串级式中频多倍压电路产生高压直流电， 应用脉冲宽度调制技术（PWM） ，电压调节的线性和稳定性得到了提高。由于采用了高频率开关脉冲宽度调制，可以选用较小的电感、电容进行滤波，使滤波回路的时间常数减小，有利于自动调节回路的品质和输出电压波形的改善。 多倍压串联式直流高压试验装置原理框图见图 3-8。第 11 页 共 25 页单相交流单相交流220V220V输入
24、输入整流整流滤波滤波脉冲调宽脉冲调宽功率开关功率开关IGBTIGBT桥式逆变桥式逆变保保护护电电路路高压高压负反负反馈馈中频高压中频高压变压器变压器电电流流显显示示多倍压多倍压整理器整理器电电压压显显示示直流高直流高压输出压输出脉冲调脉冲调宽控制宽控制电路电路高压高压输出输出调节调节设定直流电设定直流电压的压的0.750.75倍倍高压过压高压过压拔盘设定拔盘设定图 3-8多倍压串联式直流高压试验装置原理框图逆变器电路采用了 IGBT 大功率晶体管，中频变压器的输出功率可达到几百甚至数千瓦。由于 IGBT 大功率晶体管的开通与关断时间与一般大功率晶体管的少了一个数量级，而且具有自关断特性，精简了
25、部分电子元件，电路更合理，因此损耗也更小。应用电子技术制成的成套直流高压试验仪器，具有体积小、重量轻、携带和使用方便等优点。图 3-9 是1000kV /10m A直流高压发生器。图 3-91000kV /10m A直流高压发生器3.2.4 成套直流高压试验装置的操作3.2.4.1 使用前准备检查设备外观无破损，连接线无断路和短路；将控制箱和倍压筒放在合适位置，接第 12 页 共 25 页好电源线和连接电缆线，工作接地线、保护接地线和放电棒接地线均应单独接到被试电缆线路的接地线上（即一点接地） ，严禁接地线相互串联；此时电源开关应在断开位置，调压电位器应在零位，过电压保护整定为1.15 1.2
26、0倍的试验电压。3.2.4.2 空载验证过电压整定值先将连接线被试电缆的引线悬空，接通电源开关，此时绿灯亮；按红色按钮，红灯亮，表示高压接通；顺时针调节调压器能升至所需电压，记录电流表读数，检查试验装置无异常后将调压器电位器回到零位，按绿色按钮，切断高压关闭电源。3.2.4.3 直流耐压和泄漏试验将试验装置的高压引线连接到与被试电缆导体，接通电源进行升压，按试验标准进行直流耐压试验并读取泄漏试验。 升压时要密切监视电流表的充电电流不能超过试验装置的最大工作电流，升压速度一般控制在3 5kV/s。加到规定试验电压后，按规定在第一分钟和最后一分钟记录电流表读数。测量完毕后，调压电位器逆时针回到零位
27、，按下绿色按钮。需再次升压时按红色按钮。被试电缆倍压筒控制箱放电棒图 3-10直流耐压试验的接线图3.2.4.4 保护动作后的操作在试验过程中发现红灯灭，绿灯亮，直流高压下降，即为有关保护动作。此时应关闭电源开关，将调节器压电位器退回零位。待 1min 以后控制箱内低压电容器充分放电后再次打开电源，重新进行空载试验并检查保护动作的原因。3.2.5 直流耐压试验对绝缘缺陷的检测能力直流耐压试验是检验电缆耐压强度、发现纸绝缘介质受潮、机械损伤等局部缺陷的有效手段。与交流耐压试验比较，直流耐压试验的优点是：第 13 页 共 25 页3.2.5.1 试验设备轻小对长的电缆 线路进行耐压试验时，不需要电
28、源提供无功，所需试验设备容量小，直流耐压试验设备相对交流耐压来说比较轻便，可能在现场进行预防性试验，如果做交流耐压试验，需要较大容量的试验设备提供所需的电容电流。3.2.5.2 对绝缘损伤较小在交流耐压试验中，由于电压不断改变方向，气隙放电往往会促使有机绝缘材料的分解、老化变质，降低其绝缘性能，使局部缺陷逐渐扩大。而当直流作用电压较高以至于在气隙中发生局部放电后，放电产生的电荷所感应的反电场将使在气隙里的场强减弱，从而抑制了气隙内的局部放电过程，因此，直流高压对被试品绝缘的损伤较小，避免了交流高压对电缆绝缘的永久性破坏作用。 但直流耐压试验在一定程度上还带有非破坏性试验的性质。3.2.5.3
29、可以发现交流耐压试验不易发现的一些缺陷因为在直流电压作用下，绝缘中的电压按电阻分布，绝缘完好时，电阻率较高的绝缘油承受较高的试验电压，电场分布较合理，不会造成新的绝缘损伤；但是当电缆绝缘有局部缺陷时，大部分试验电压将加在与缺陷串联的未损坏的绝缘上，使缺陷更易于暴露。一般说，直流耐压试验对检查绝缘中的气泡、机械损伤等局部缺陷比较有效。3.2.5.4 电缆直流耐压试验时，电缆导体接负极。这时如果电缆绝缘中有水分存在，将会因电渗透作用使水分子从表层移向导体，发展成为贯穿性缺陷，易于在试验电压下击穿，因而有利于发现电缆绝缘缺陷。3.2.5.5 绝缘击穿与电压作用时间的关系不大，一般缺陷在加压后几分钟内
30、可以发现。3.3 电缆 介质损耗因数试验的研究3.3.1 引起电介质损耗的原因3.3.1.1 电导损耗电介质总是有一定电导的，在电压作用下会产生泄漏电流，造成电导损耗。这种损耗在交直流电压下都存在，一般情况下是很小的。3.3.1.2 极化损耗电介质中的带电质点(主要是偶极子)在直流电压下，沿电场方向作一次有限位移所第 14 页 共 25 页消耗的能量是很小的；但在交流电压下，由于周期性的极化过程，带电质点沿交变电场的方向作往复有限位移和重新排列， 需要克服质点间的相互作用力(即分子间的摩擦力)，从而造成很大的能量损耗(相对于电导损耗而言)。因此，极化损耗只是在交流电压下才明显呈现，而且随着电源
31、频率的增加，质点运动变得更加频繁，在一定的频率范围内，极化损耗亦相应增大。3.3.1.3 局部放电损耗常用的固体绝缘中，往往不可避免地含有一些气隙或油隙，它们的绝缘强度远低于固体绝缘材料本身。在强电场作用下，气隙中首先发生局部击穿(电晕放电)。而放电所形成的电荷，在外施电场E0作用下移动到气隙壁上，形成反电场E，此反电场在直流电场下恰好削弱了气隙中的电场， 很可能使得放电不再继续下去。 若外施的是交变电压，经半周后，外施电场E0反向，正好与前半周气隙中电荷形成的反电场E同向，从而加强了气隙中的电场强度，使气隙中的放电提前发生，加上在交流及冲击电压作用下，串联介质中的电场分布与介电系数成反比，并
32、且气体的r小，固体的r大，所以，交流电压下电介质的局部放电及损耗远较直流电压下强烈。3.3.2tg试验电压和电流问题一般说来，新的、良好的绝缘，在其额定电压范围内，绝缘的tan 值是几乎不变的 (仅在接近其额定电压时tan值可能略有增加)，且当电压上升或下降时测得的tan值是接近一致的，不会出现回环。如绝缘中存在气泡、分层、脱壳等，情况就不同了，当所加试验电压尚不足以使绝缘小的气泡或气隙游离时，其tan值与良好绝缘无显著差别； 当所加试验电压足以使绝缘中的气泡游离或足以使绝缘产生电晕或局部放电等情况时，tan的值将随试验电压的升高而迅速增大。出此可见，测定tan所用的电压，最好接近于被试品的正
33、常工作电压290kV。所加电压过低，则不易发现绝缘中的缺陷；而过高则容易对绝缘造成不必要的损伤。电缆试品的电容电流按下式计算：ICUSCX106电源角频率，当f 50HZ时， 314rad /s；US试验电压，290kV；第 15 页 共 25 页CX电缆试品电容量，7.616F。计算可得电缆试品的电容电流为IC 693A。试验变压器的额定输出电流INIC,取IN 700A试验变压器容量P UNIN 290700 203000kVA此计算结果是在理想条件下得到的，在进行现场试验时，需要更大容量的试验变压器、调压器以及电源等工频试验设备。和交流耐压试验存在同样的问题，变压器的电流和额定容量都比较
34、大，现场往往难以办到。若采用串联谐振装置产生试验电压， 从交流耐压试验串联电抗器电感值的选择计算可以得出同样的结论，除需要大容量的试验设备外，由于电缆 的电容值很大，使得串联在电路上的电抗器电感值很小，电抗制造及绝缘问题难以解决。3.3.3tg试验对电缆 绝缘缺陷的检测能力tg的数值大小反映了同类绝缘单位体积的介质损耗，即反映了绝缘性能的优劣。因此，测量tan 能发现电缆绝缘中存在的大面积分布性缺陷，对绝缘中的个别局部的非贯穿性缺陷则不易发现，即对绝缘的集中缺陷反映不灵敏。3.3.3.1 对绝缘分布性缺陷反映很灵敏测量tan能发现绝缘中存在的大面积分布性缺陷，如电缆主绝缘普遍受潮、绝缘油或绝缘
35、纸材料老化、穿透性导电通道、绝缘分层等。对绝缘中的个别局部的非贯穿性缺陷则不易发现。3.3.3.2 对绝缘的集中缺陷反映不灵敏电缆绝缘是体积大，电容量大的试品，被试绝缘的体积越大，集中性缺陷所占的体积越小，集中性缺陷处所占被试绝缘全部介质损耗的比重就越小，总体的tan就增加的越少，这样tan测量来判断绝缘状态就很不灵敏了。对此，可作如下论证。如图 3-11 所示，将整体绝缘的体积和介质损耗因数分别看作是V和tan。带有集中性缺陷的绝缘结构是极不均匀的，可以把它看成由两部分介质组合的绝缘，V1和tg1表示无缺陷部分，V2和tg2表示有缺陷部分。第 16 页 共 25 页R2tgtg12V2C21
36、V1R1C1U图 3-11电缆绝缘缺陷示意图同理，将R1、C1看成是无缺陷部分，R2、C2看成是有缺陷部分。其整体的介质损耗为两部分介质损耗之和，即P P1 P2或CU2tgC1U2tg1C2U2tg2得到tgC1tg1C2tg2C1Ctg12tg2CCC当整体绝缘的体积很大，而有缺陷部分的体积很小时，则V V2、C C2，即使存在严重的集中缺陷即tg2较大，不灵敏了。电缆 运行中的绝缘故障多为集中性缺陷发展所致，而且被试绝缘体积大，tan测量效果就差了。C2tg2仍然很小，使整体的tan增加不大，反映就C3.4 电缆 局部放电测试试验的研究3.4.1 局部放电的检测方法当绝缘介质内部发生局部
37、放电时，伴随着将发生许多电的（如电脉冲，介质损耗的增大和电磁波发射）和非电的（如光、热、噪音、化学变化和气体压力的变化）现象。因此检测方法也可以分为电的和非电的两类。3.4.1.13.4.1.1 非电测量法非电测量法（1）音响检测法（噪声检测法） 。用声电换能器或其他传感器经放大，用指示仪表第 17 页 共 25 页配以示波器显示放电的强弱。此方法的优点为：结构简单，因声波有方向性，可定位检测。缺点为：灵敏度低，易受电磁振动噪声影响；传感器需粘贴在设备上或浸在绝缘油中；试品外部的机械振动和噪声都会干扰测量；直接定量有困难。（2）光检测法。只有透明介质才能用光检测法，它可检测暴露在外面的表面放电
38、和电晕放电。（3）热检测法。测量局部放电引起的温升，这种方法既不灵敏，又不能定量。（4）气压检测法。用精密的气压计测量放电所产生的气压变化，但灵敏度低，局限性大。（5）放电产物分析法。分析局部放电时所产生的化学生成物，如用气相色谱仪分析变压器油中溶解气体组分。优点是油样少、分析快，可对运行设备进行监视，缺点是应用局限性大。3.4.1.23.4.1.2 电测量法电测量法（1）无线电干扰测量法（RIV法)。无线电干扰测量法检测气体中的放电有较高的灵敏度，但对时间较长(数微秒)的油中局部放电检测灵敏度显著下降。（2）高频脉冲电流测量法(ERA法)。高电压设备局部放电时产生的高额电流脉冲作用到检测阻抗
39、上产生电压脉冲，然后将此电压脉冲经放大后送到测量仪器中显示出来。这是目前国内采用较多的方法。（3）脉冲极性鉴别测量法。这种检验方法比较突出的优点是有相当高的抑制干扰能力。对试验设备、电源、引线以及外来干扰均无影响，可以同时对两个以上试样进行检测，接上计算机后可以方便地进行脉冲计数，信号显示。荧光屏利用延迟技术，为更好地观看波形提供了方便。3.4.4 脉冲电流法检测局部放电3.4.4.1 基本原理如图 3-3 所示，试验回路包括高压电源、高压电压表、测量回路、放电量校准器、终端阻抗。试验设备所有部件的噪声水平应足够低，以得到所要求的灵敏度。（1）试验高压电源S试验高压电源除了采用试验变压器外，还
40、可以采用串联谐振装置产生试验电压。不论采用何种方式，试验电源都应满足电缆试样所需的电压和电容电流的要求。试验高压电压应是频率为（4961）Hz的交流电源，试验电压波形为两个半波相同第 18 页 共 25 页的近似正弦波， 且峰值与有效值之比应为2 0.07。 试验正弦被不应有过高的高次谐波。由于高次谐波对放电的影响，所测出的值将产生差异，同时。持高次谐波过大，对测量读数也产生误差。电源中的高次谐波分量应限制在 10以下。CcalCcalZCXCKSVZADZW图 3-3脉冲电流法试验回路示意图Ccal校准电容器，Ck耦合电容器，Cx电缆，D检测仪器V高压电压表，S交流电源，Z电感或滤波器，ZA
41、输入单元ZW终端阻抗（2）试验回路试验回路包括电缆试样，耦合电容器和测量回路。测量回路由测量阻抗Zm（测量仪器的输入阻抗和选定与电缆阻抗匹配的输入单元） ，连接导线和测量仪器等组成。电感Z的作用是阻塞放电电流，使之不致被变压器入口电容所旁路，同时可降低来自电源的噪音干扰，故它是个高压低通滤波器，Z应比测量电阻大。Ck为耦合电容，它为电缆试验Cx和输入单元ZA之间提供一个低阻抗通道，Ck越大则测试灵敏度越高。当Cx两端因局部放电而引起电压变化U时，经Cx耦合到测量阻抗Zm上，回路上即产生脉冲电流并在Zm上转化为脉冲电压，藉测量这个脉冲电压来检测局部放电。在测试局部放电的试验电压下，除Cx外，Ck
42、、S、Z和整个回路接线均不应发生局部放电。第 19 页 共 25 页D是检测装置，包括合适的放大器、示波器，用以测量和显示测量电阻Zm上的脉冲电压，另外可根据需要增加仪器指示局部放电的存在并测出实在电荷量。检测阻抗Zm的作用是检取局部放电所产生的高频脉冲信号，并使其持续时间足够短以保证所需的脉冲分辨率。Zm对试验电压的低频信号则应予以消除或减弱。Zm是连接试品与仪器的一个关键部位，和仪器的频率特性及灵敏度有直接关系。（3）终端阻抗ZW为了抑制电缆远端（远离检测器的电缆终端）开路情况下的脉冲反射，可在远端连接终端阻抗，其阻抗值应与电缆试样的特性阻抗值匹配。（4）校准电容器Ccal校准电容器直接跨
43、接在被试电缆一端的导体和金属屏蔽层之间， 然后将预定的电荷注入电缆试验，要求注入电荷量能在示波器上产生的脉冲高度至少为10mm。一般情况下，在高压试验电源接通之前，应把校准电容器取下，并不允许再调整放大器的放大倍数，不然应设法将一合适的校准信号在整个试验中连续显示。通常，对于大长度电缆，校准电容不应大于150pF。3.4.4.2 脉冲电流法试验问题分析根据 GIEC 62067 规定，额定电压 500kV电缆局部放电测试试验电压应逐渐升至1.75Uo（Uo为电缆的相电压）并保持10s，然后慢慢降到1.5Uo，试验结果为在1.5U0下无可检测的放电。1.5U0即 435kV的电压。试验高压电源如
44、何实现是交流耐压试验讨论的核心问题，类似可以讨论局部放电测试试验电源能否实现。试验所需最高电压为 1.75Uo，即 507.5kV，在不考虑试验变压器的损耗、效率的情况下，高压侧的额定电压至少要达到UN 510kV。电缆所需的电流IC：IC 2fCxUC103 2507.61615101031220.3A试验变压器的额定输出电流INIC,取IN1230A试验变压器容量P UNIN 5101230 627300kVA此计算结果是在理想条件下得到的，在进行现场试验时，需要更大容量的试验变压第 20 页 共 25 页器、调压器以及电源等工频试验设备。和交流耐压试验存在同样的问题，变压器的电流和额定容
45、量都比较大，现场往往难以办到。根据 GB/T 3048.122007 的建议， 采用串联谐振装置产生试验电压。 从交流耐压试验串联电抗器电感值的选择计算可以得出同样的结论，由于电缆 的电容值很大，使得串联在电路上的电抗器电感值很小，电抗制造及绝缘问题难以解决。3.5 电缆 绝缘电阻测试研究3.5.1 试验方法的研究兆欧表法目前兆欧表输出的最高试验电压为 10000V，测量上限值最高可达 10000GM。试验电压的选择依据是电缆试品的额定工作电压和容量大小。 低压电气设备选用的试验电压等级常高于工作电压。 电力设备的工作电压较高， 试验电压常低于电缆试品的工作电压，由绝缘试验规程和相应的标准规定
46、。试验规程未作特殊规定时，电气设备的绝缘测量推荐采用表 3-1 的电压等级。表表 3-13-1设备工作电压与试验电压等级设备工作电压与试验电压等级设备工作电压 (V)10000 及以上10000 以下30003000 以下500500 以下100100 以下选用兆欧表的电压等级 (V)500025001000500250兆欧表作绝缘电阻测量时，试验电压与电缆试品的额定工作电压有关，又远低于工作电压，试验电压施加于电缆试品，对电缆试品有一个充电和极化过程，电缆试品内部介质的极化强度与施加于电缆试品上的测试电场强度呈正比。兆欧表的测试能力 (对电缆试品的充电能力、测试容量指标)不同。则电缆试品的电
47、容分量充电至稳态值所需的时间不同，并影响试验电压在电缆试品上的建立时间。从而使电缆试品内部的介质极化强度也不同，电容充电电流分量对电缆试品现在绝缘电阻值的影响不可忽略，则电缆试品视在绝缘电阻值、吸收比或极化指数的读数值也将随之出现差异。再次，兆欧表测量电缆绝缘电阻时，要求兆欧表能提供足够的测试电流对电缆试品的电容性分量快速充电，测试电源的输出电压能保持于额定电压，受外界负荷影响小，第 21 页 共 25 页并有较高的稳定度。试验电压由零增大到额定值所需的建立时间也应该很短。同样重要的是，绝缘试验时，兆欧表应该准确无误实时地显示电缆试品绝缘电阻由零上升到某一稳定值的动态变化全过程，尤其是电阻值变
48、化比较剧烈的开始测量阶段。从以上两点来说，现有的兆欧表很难达到这样的要求。电缆线路长，电缆试品的电容量大，达到F级，受电缆电容的影响，电缆的松弛极化过程明显，吸收电流衰减缓慢，只有在充电和极化过程完成之后，电容充电电流和吸收电流分量为零，即过渡过程结束时， 这时才能测量出仅由泄漏电流分量所决定的真实绝缘电阻值Rx。 再者兆欧表内阻很大，充电时间将很长，不适合实时测量。3.5.2 绝缘电阻测试对绝缘缺陷的检测能力电缆主绝缘的绝缘电阻测试的目的是初步判断电缆主绝缘是否受潮，老化，检查耐压试验后电缆主绝缘是否存在缺陷。绝缘电阻高表示绝缘良好，绝缘电阻下降表示绝缘材料已经受潮或发生老化和劣化。 运行中
49、的电缆， 如果绝缘电阻下降， 则泄漏电流增大，会导致绝缘材料发热、击穿和烧毁，发生电缆损坏和停电事故。所以说检测电缆主绝缘的绝缘电阻是很有必要的，也是测量电缆主绝缘是否良好的基本方法。当电缆主绝缘中存在部分受潮、全部受潮或留有击穿痕迹时，绝缘电阻的变化取决于这些缺陷是否贯穿于两极之间。如果贯穿于两极之间，绝缘电阻会有灵敏的反映。如果只发生局部缺陷，电极间仍保持着部分良好绝缘，绝缘电阻将很少降低，甚至不发生变化。因此，绝缘电阻只能有效地检查出整体受潮和贯穿性缺陷。一般只有绝缘电阻测试合格的电缆试品，才进行泄漏、介质损耗、局部放电等性能试验和交直流耐压试验等绝缘耐压试验，以避免不应有的击穿，从而兼
50、为后续试验项目提供安全保障。3.6 电缆 主绝缘泄漏电流试验泄漏电流试验是测量电缆在直流电压作用下，流过被试电缆绝缘的持续电流，从而有效地发现油纸绝缘电缆线路的绝缘缺陷。 测量泄漏电流与测量绝缘电阻在原理上是相同的，不同的只是测量泄漏电流时所用的直流电压较高，能发现一些用兆欧表测量绝缘电阻所不能发现的缺陷，如尚未贯通两电极的集中性缺陷等。通常，泄漏电流的测量是与电缆直流耐压试验同时进行的，有时也在降低试验电压的情况下单独测量。第 22 页 共 25 页电缆在直流电压作用下流过绝缘内部的泄漏电流实际上是由电容电流、 吸收电流和传导电流叠加作用的过程。如图 3-7。（1）电容电流：电缆相当于一个电