電纜主絕緣直流耐壓試驗方法

 1、試驗接線及儀器設備的選擇
    根據規程，500kV交流電纜的直流耐壓試驗電壓為775kV，產生直流高電壓的方法通常是將工頻高電壓經整流而變換成直流高電壓的方法，而利用倍壓整流原理制成的直流高壓串級裝置能產生出更高的直流試驗電壓。如圖1-1所示。

圖1-1 直流耐壓試驗原理接線圖

 1.1 交流高壓電源
    這部分包括升壓變壓器T₂、調壓變壓器T₁和控制保護裝置等。
    T₁--調壓變壓器，輸出電壓0～400V，容量為20kVA。
    T₂--升壓變壓器，采用武漢研創高科生產的YDJ系列試驗變壓器，輸入電壓380V，輸出電壓300kV（具體電壓的高低根據所選擇的串級直流高壓發生器的級數來定），變壓器容量要大于10kVA。
    1.2 串級直流倍壓整流
    以選擇1000kV多級直流高壓發生器，考慮到試品為大電容設備，在設備選擇時主要考慮設備的容量，對電壓脈動系數可以不做特別要求，要求輸出電流大于10mA。
    1.3 保護電阻R
    直流耐壓試驗在加壓的瞬間會產生較大的充電電流。電流絕緣擊穿的瞬間，回路內會有很大的擊穿電流流過，試驗結束后放電時電纜上大量剩余電會在很短時間里流入大地。這些電流如果不加限制就會損壞試驗變壓器、硅堆、微安表等，陡度很大的電流諧波也會導致電纜絕緣的損壞，因此試驗回路中必須串聯限流電阻將電流限制在允許的范圍內。
    一般采用水電阻作為保護電阻。其選用原則是：當試品擊穿時，既能將短路電流限制在硅堆的允許電流之內，又能使電源控制箱內的過流繼電器可靠動作，同時，電阻表面在全電壓作用下不能閃絡，而且正常工作時水電阻上的壓降不應過大(約在試驗電壓的1%以下)。水電阻的阻值根據直流試驗電壓而定，一般取10Ω/V。本試驗當中水電阻阻值為R＝775×10＝7.75MΩ。
    1.4 濾波電容C
    濾波電容的作用是使試驗電壓的波形平穩，一般取0.1μF左右。如無合適的電容器，可用幾個電壓較低的電容器串聯，以提高耐壓強度。對于電纜 這樣電容量較大的試品，濾波電容可以省略。
    2、試驗方法
    2.1 試驗準備工作
    試驗前在試驗地點周圍做好防止閑人接近的措施，如設置圍欄、掛警告牌等；斷開被試電纜與其他設備的一切連續，并將各芯線充分對地放電5～10分鐘；不接試驗設備的一端應派人看守，監視有無異�，F象發生。
    2.2 確定耐壓試驗電壓和時間
根據電纜的種類和電壓等級，確定試驗電壓和耐壓時間，并按試驗電壓的25%、50%、75%和100%將其分為四個等分。
    2.3 試驗接線
    按圖1-1進行試驗接線。由于電線的擊穿強度與所加的電壓極性有關，正極性的擊穿電壓值比負極性約高10%，所以一般都采用負極性進行直流耐壓試驗，將負極接電纜芯線。
    接線對應使高壓輸出連線盡量縮短，絕緣良好，與地面與接地體保持足夠的距離，微安表的安裝應牢靠。接線完成后，須經第二人復查，確認接線正確、接地可靠、調壓器處于零位、微安表已處于最大量程、各安全措施完備后，方可開始試驗。
    2.4 空載檢查
    由于試驗設備本身對地有一定的泄漏電流，如果此值過大，將會影響試驗結果，因此需測出試驗設備空載時的泄漏電流。其方法是：不接被試品，逐漸升高直流輸出電壓，使之分別達到25%、50%、75%、100%規定試驗電壓值，讀取各電壓點上的泄漏值。然后，降壓到零，斷開電源，使電纜放電。
    2.5 正式試驗
    接上被試電纜芯線，其余兩相電纜芯線仍然接地。合上電源，逐漸升高電壓，并在以上電壓點上各停留1min，讀出并記錄各1min末和耐壓結束時的泄漏電流值及環境溫度、濕度和天氣情況。
    在升壓時，絕緣良好的電纜由于電纜電容充電，電流示值將劇烈上升。而在電壓停留階段，電流逐漸下降，趨于穩定。隨著電壓的逐段升高，泄漏電流大致成比例增大。
    有缺陷的電纜，在試驗過程中會出現以下現象：升壓時泄漏電流不成比例地急劇上升；在升壓停留階段，泄漏幾乎不隨時間衰減，甚至反而增大；泄漏電流值不穩定；泄漏電流值相間不平衡。
    發現電纜缺陷后，原則上應查明故障原因，找出故障點。一船采取提高試驗電壓或延長試驗時間來使電纜擊穿，然后尋找故障點。
    2.6 降壓放電
    每相試驗結束，應將調壓器降到零，并切斷電源，通過絕緣放電棒，將芯線先經約80kΩ/kV的限流電阻反復幾次對地放電直至無火花后，再直接接地放電。
    在改接線時，高壓出線端應始終接地，以防意外。再次試驗前，應注意解除出線端上的接地線。
    2.7 全部試驗完畢
    應將電纜對地短接，充分放電5～10min才能撤去另一端的看守人員，進行恢復工作。
    3、成套直流高壓試驗儀器
    3.1 直流高壓發生器的特點
    直流高壓發生器采用串級式中頻多倍壓電路產生高壓直流電，應用脈沖寬度調制技術（PWM），電壓調節的線性和穩定性得到了提高。由于采用了高頻率開關脈沖寬度調制，可以選用較小的電感、電容進行濾波，使濾波回路的時間常數減小，有利于自動調節回路的品質和輸出電壓波形的改善。多倍壓串聯式直流高壓發生器原理框圖見圖1-2。

圖1-2 多倍壓串聯式直流高壓發生器原理框圖

 逆變器電路采用了IGBT大功率晶體管，中頻變壓器的輸出功率可達到幾百甚至數千瓦。由于IGBT大功率晶體管的開通與關斷時間與一般大功率晶體管的少了一個數量級，而且具有自關斷特性，精簡了部分電子元件，電路更合理，因此損耗也更小。
    應用電子技術制成的成套直流高壓試驗儀器，具有體積小、重量輕、攜帶和使用方便等優點。圖1-3是武漢研創高科生產的ZGF系列直流高壓發生器。

圖1-3 ZGF系列直流高壓發生器

 4、成套直流高壓試驗裝置的操作
    4.1 使用前準備
    檢查設備外觀無破損，連接線無斷路和短路；將控制箱和倍壓筒放在合適位置，接好電源線和連接電纜線，工作接地線、保護接地線和放電棒接地線均應單獨接到被試電纜線路的接地線上（即一點接地），嚴禁接地線相互串聯；此時電源開關應在斷開位置，調壓電位器應在零位，過電壓保護整定為1.15～1.20倍的試驗電壓。
    4.2 空載驗證過電壓整定值
    先將連接線被試電纜的引線懸空，接通電源開關，此時綠燈亮；按紅色按鈕，紅燈亮，表示高壓接通；順時針調節調壓器能升至所需電壓，記錄電流表讀數，檢查試驗裝置無異常后將調壓器電位器回到零位，按綠色按鈕，切斷高壓關閉電源。
    4.3 直流耐壓和泄漏試驗
    將直流高壓發生器的高壓引線連接到與被試電纜導體，接通電源進行升壓，按試驗標準進行直流耐壓試驗并讀取泄漏試驗。升壓時要密切監視電流表的充電電流不能超過試驗裝置的最大工作電流，升壓速度一般控制在3～5kV/s。加到規定試驗電壓后，按規定在第一分鐘和最后一分鐘記錄電流表讀數。測量完畢后，調壓電位器逆時針回到零位，按下綠色按鈕。需再次升壓時按紅色按鈕。

圖1-4 直流耐壓試驗的接線圖

 4.4 保護動作后的操作
    在試驗過程中發現紅燈滅，綠燈亮，直流高壓下降，即為有關保護動作。此時應關閉電源開關，將調節器壓電位器退回零位。待1min以后控制箱內低壓電容器充分放電后再次打開電源，重新進行空載試驗并檢查保護動作的原因。
    5、直流耐壓試驗對絕緣缺陷的檢測能力
    直流耐壓試驗是檢驗電纜耐壓強度、發現紙絕緣介質受潮、機械損傷等局部缺陷的有效手段。與交流耐壓試驗比較，直流耐壓試驗的優點是：
    5.1 試驗設備輕小
    對長的電纜 線路進行耐壓試驗時，不需要電源提供無功，所需試驗設備容量小，直流耐壓試驗設備相對交流耐壓來說比較輕便，可能在現場進行預防性試驗，如果做交流耐壓試驗，需要較大容量的試驗設備提供所需的電容電流。
    5.2 對絕緣損傷較小
    在交流耐壓試驗中，由于電壓不斷改變方向，氣隙放電往往會促使有機絕緣材料的分解、老化變質，降低其絕緣性能，使局部缺陷逐漸擴大。而當直流作用電壓較高以至于在氣隙中發生局部放電后，放電產生的電荷所感應的反電場將使在氣隙里的場強減弱，從而抑制了氣隙內的局部放電過程，因此，直流高壓對被試品絕緣的損傷較小，避免了交流高壓對電纜絕緣的永久性破壞作用。但直流耐壓試驗在一定程度上還帶有非破壞性試驗的性質。
    5.3 可以發現交流耐壓試驗不易發現的一些缺陷
    因為在直流電壓作用下，絕緣中的電壓按電阻分布，絕緣完好時，電阻率較高的絕緣油承受較高的試驗電壓，電場分布較合理，不會造成新的絕緣損傷；但是當電纜絕緣有局部缺陷時，大部分試驗電壓將加在與缺陷串聯的未損壞的絕緣上，使缺陷更易于暴露。一般說，直流耐壓試驗對檢查絕緣中的氣泡、機械損傷等局部缺陷比較有效。
    5.4 電纜直流耐壓試驗時，電纜導體接負極。這時如果電纜絕緣中有水分存在，將會因電滲透作用使水分子從表層移向導體，發展成為貫穿性缺陷，易于在試驗電壓下擊穿，因而有利于發現電纜絕緣缺陷。
    5.5 絕緣擊穿與電壓作用時間的關系不大，一般缺陷在加壓后幾分鐘內可以發現。