电缆交直流耐压试验对电缆寿命的影响

电缆交直流耐压试验对电缆寿命的影响

代文彬

中国华能海南发电股份有限公司东方电厂 海南省东方市 572600

摘要：电缆作为一种常见的输电设备，确保其安全投入使用能避免安全风险因素。本文主要通过介绍交直流耐压测试，来判断电缆是否存在缺陷，及耐压测试其使用寿命的影响。

关键词：直流耐压试验；电缆；泄漏电流

引言

电力电缆是一种常见的输电设备，有多种优点，如节约空间、供电可靠性强、容易维护等。并且其能够提升电力系统功率因数，能够美化城市。随着城市进程的不断加快，电厂改造及安装技术也在不断改变。对电缆进行直流耐压测试能够确保电缆的安全性，使其能够投入具体的输送电工作中去。

一、直流耐压测试能有效发现纸绝缘电缆的缺陷

直流耐压测试能够有效检测绝缘电缆的缺陷，并且获得缺陷信息。从而有效防止交流高电压造成的永久破关后果。在直流电压下，电缆绝缘部分的电压根据绝缘电阻来分布，一旦电缆绝缘存在缺陷问题，直流电压会存在与在与缺陷串联的没有损坏的电缆中，所以直流耐压测试可能更好地发现电缆的部分问题。在直流耐压测试中，电缆导体接负极，此时绝缘介质中会有水分，并会因为电渗透原理让水分子从表层转移至导体。从而导致贯穿性击穿缺陷，进而暴露电缆绝缘缺陷。在直流电压的作用下，绝缘材料中的电压的分布与电阻系数相关，当材料存在缺陷时，电压会被与缺陷部分相串联的未损材料的电阻所承受，能上缺陷问题能够进一步凸显。电缆纸绝缘在直流电压下比交流电压高出2倍以上，所以能够采用更高的直流电压进行耐压测试。在大部分情况下，电缆在遥表测试中能够表现出良好的绝缘性，但在直流耐压测试中，电缆的绝缘性会被击穿。所以直流耐压测试能够检测电缆耐压的强度，并及时发现机械损坏、局部残缺等问题。

二、直流耐压测试对交联聚乙烯绝缘电缆的局限性

交联聚乙烯绝缘电缆以性能优良、工艺简单、安装方便等优点，广受欢迎，它是纸绝缘电缆的优质替代。采用高压试验的通用准则，测试品中所施加的测试电压场强应模拟高压电器的使用情况。用于测试交联聚乙烯绝缘电缆的效果不显著，并且极有可能产生负面影响。这种影响体现在以下方面：

（一）电场分布问题

交联聚乙烯绝缘电缆在交、直流电压下的电场分布具有差异性。交联聚乙烯绝缘层是采用聚乙烯经化学交联而成，是一种整体型绝缘结构，通常情况下，它的介电常数小于2.3，稳定性强，不易受温度影响。在交流电压下，其电缆绝缘内层的电场位置由介电常熟决定，且电场强度与其绝缘电阻系数成反比，具有稳定性。而在直流电压下，其绝缘层的电场强度与绝缘电阻数成正比，并且出现分布不均匀的情况。这是由于交联聚乙烯电缆在交联过程中，会产生一些副产品，这些副产品有较小的绝缘电阻系数，但是他们的分布不均匀，所以交联聚乙烯绝缘电缆在交、直流电压下的电场分布中出现的差异性与材料的不均匀性有关。

（二）单极空间电荷无法排出

在直流电压下，交联聚乙烯绝缘电缆会不断产生单极性电荷，但是要完全释放这种单极性空间电荷时间周期极长。倘若直流残余电荷没有释放完毕，电缆在此时投入运行，直流电压便会叠加在工频电压峰值上，造成其实际的电压值远高于额定电压。从而造成电缆绝缘的老化问题，使其使用周期缩短，甚至会引发绝缘击穿。

（三）引发不良反应

在交联聚乙烯绝缘电缆中容易出现空间电荷，这种电荷主要分布在其半导体凸出处以及污秽点处。一旦在试验中电缆末端的接头出现表面闪络或电缆附件击穿现象，会导致电缆芯线内部出现波振荡，从而影响其他运行正常的电缆和接头的绝缘。除此以外，交联聚乙烯绝缘电缆还有一个致命弱点，其绝缘内部极易出现水树枝。在直流电压的作用下，水树枝会升级为电树枝，产生放电反应，导致绝缘水劣化，并且在工频电压作用下产生击穿。

（四）检测作用不佳

直流耐压试验无法在交流电压作用下检测出电缆的缺陷。因为直流电压无法在绝缘机械损伤处发生击穿。并且直流耐压测试下，模拟高压交联电缆的运行状况的效果不佳，并对电缆存在一定的危害性。

三、交流耐压试验

如在直流耐压测试中，模拟交联聚乙烯绝缘电缆的运行状态无法达到预期测试结果，可以进一步使用交流耐压测试来检测电缆的质量。

（一）0.1Hz超低频电压

根据试验容量公式计算可得，0.1Hz交流电压需要的功率约为50Hz电压的1/500。所以，超低频电压设备能够适用于塑料绝缘电缆直流电压测试。在进行测试前，应该计算不同模拟配置下分别在0.1Hz和50Hz时试验电压（UO的2倍）的数值及其需要对绝缘施加的电压负荷值。在电缆现场测试工作后，开始思考是否能够采用中压电缆的VDE标准中的超低频技术^[1] 。0.1Hz的最佳测试电平为3U0。与采用50Hz的测试结果相比较，其在薄弱点上的击穿速度更快。测试最佳时长为60min，以确保在测试中电压可以针对电缆中的薄弱点发生击穿。不难看出，超低频试验设备在塑料绝缘电缆直流电压测试中行之有效。

（二）振荡电压脉冲

振荡电压脉冲来自国际大电网21-09/2工作组的推荐标准，其组在上个世纪80年代，开展过探究可替代塑料绝缘高压电缆设施直流电压测试的可选方案工作。由于其随时间变化，这种电压波形可以有效规避空间电荷效应，所以此种波形适用于高压电缆设备检测。但是截至目前为止，我国相关领域的研究及使用方法未得到普及。为了能够测试电缆情况且尽量避免对交联聚乙烯电力电缆进行直流耐压检测，本测试依照《电力设备预防性试验规程》中的橡塑绝缘电力电缆实验开展^[2] ：分别对电缆主绝缘、外护套绝缘、内衬层绝缘、铜屏蔽、导体等进行电阻1测试工作，最后再进行电缆主绝缘直流耐压检测。在对交联聚乙烯绝缘电力电缆开展测试时，需要针对终端的铠装层和铜屏蔽层先开展接地工作。并且做好电缆保护工作，使用正弦波形，频率应为20 ~ 300Hz的电压测试。当电抗器固定时，谐振频率的平方与电容量成反比，其表达式为：W2C=1/L。试验的时长为试验时间为1h，试验的电压按相关章程标准规定，并针对不同电缆的使用及安装情况做出相应的调整。

四、试验结果的分析与判断

通常情况下，经过直流耐压测试且没有出现击穿现象的电缆绝缘性能是合格的，该电缆可以进行使用。但并不能证明通过直流耐压测试的电缆质量优秀。质量优秀的电缆能够安全运行长达数十年。评判电缆绝缘能力优劣的准则如下所述：

电缆经测试后出现击穿现象，无法正常使用，应该进行维修；在测试时电缆出现由电流电波引发漏电反应，采用人为方法击穿，并进行维修；如果泄露反应是由于电缆绝缘内部微小气隙的局部放电产生，通过延长测试时间来观察变化，如果情况不严重，则此电缆可以使用，并需在3个月后复测；如果漏电反应的不平衡系数大于2时，应该重复上述两点的步骤，进一步排查漏电原因，及时进行处理；如果漏电现象随测试时间延长而加重，则重复上述第三点步骤，及时排查漏电原因，并在电缆情况稳定后投入使用，6个月以后进行复测；在直流耐压测试中出现闪络现象，通过延长测试时间，闪络改善的电缆可投入使用，并在6个月后复测；如闪络现象持续发生，需要及时找出故障，修复电缆。通过上述步骤及情况能够较好地发现电缆故障，并且及时开展修复工作。

五、结束语

直流耐压测试无法有效地发现高压交联聚乙烯主绝缘电缆中存在的缺陷问题。由于在直流电压下，其温度及电场强度的变化情况会导致交联聚乙烯绝缘层的电阻系数发生改变，与此同时，电缆绝缘层的电场强度分布也会随着温度变化而发生改变，即使绝缘层为同等厚度，但会由于温度上升导致击穿水平的下降。并且高压交联聚乙烯绝缘层比较厚，所以不适用于直流试验测试；交流耐压试验能够精确地检测交联电缆绝缘质量。并且使工作人员及时发现电缆中存在的故障，从而确保电缆的安全性，降低电缆在运行中发生故障的频率。

参考文献

[1] 翟冰. 高电压直流耐压试验对电缆寿命的影响[J]. 城市建设理论研究（电子版）, 2016, 000(018):3-3.

[2] 冰 翟. 高电压直流耐压试验对电缆寿命的影响. 2016.

[3] 高震;郑新龙;张磊;乐彦杰;彭维龙;. 200kV柔性直流电缆长期老化试验技术研究[C]// 长三角电力科技分论坛. 2016.