在供配電系統(tǒng)調(diào)試中,要對交聯(lián)聚乙烯電力電纜(XLPE)、高壓開關(guān)柜、GIS、高壓電動(dòng)機(jī)、大型發(fā)電機(jī)組、大型電力變壓器、互感器等高電壓、大容量的電力設(shè)備進(jìn)行絕緣耐壓試驗(yàn)。
絕緣耐壓試驗(yàn)分為直流耐壓試驗(yàn)和交流耐壓試驗(yàn)兩種。
過去在進(jìn)行電纜耐壓試驗(yàn)時(shí)都采用直流耐壓試驗(yàn)。在1980年左右,國外電力部門發(fā)現(xiàn)直流耐壓試驗(yàn)對橡塑絕緣是無效的且具有危害性。我國在九十年代開始研究和實(shí)踐交流耐壓試驗(yàn)技術(shù)。經(jīng)過20多年的研究和實(shí)踐,世界各國紛紛采用交流耐壓試驗(yàn)代替直流耐壓試驗(yàn)。國內(nèi)外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)也對于高壓交聯(lián)電纜的試驗(yàn)方法作出了更改和修訂。
1997年國際大電網(wǎng)工作會(huì)議(CIGRI)對目前采用的直流耐壓試驗(yàn)方法提出疑議,并推薦使用工頻及近似工頻(30-300Hz)的交流試驗(yàn)方法,在全世界范圍內(nèi)推廣應(yīng)用。
我國的《電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》GB50150-2006已經(jīng)頒布,于2006年11月1日起強(qiáng)制執(zhí)行,該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定35kV及以上橡朔絕緣電緒優(yōu)牛采用交流耐用試驗(yàn)。方流耐壓試驗(yàn)取代傳統(tǒng)直流耐壓試驗(yàn)已是大勢所趨。
由于電纜線路的電容很大,若采用工頻電壓試驗(yàn),必須有大容量的工頻試驗(yàn)變壓器,現(xiàn)場試驗(yàn)很難實(shí)現(xiàn),所以傳統(tǒng)的耐壓試驗(yàn)方法采用直流耐壓試驗(yàn)。因?yàn)殡娎|的直流絕緣電阻很大(一般在10GQ以上),所以在做直流耐壓試驗(yàn)時(shí)充電電流極小,具有試驗(yàn)設(shè)備容量小、重量輕、可移動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)。但直流耐壓試驗(yàn)方法對于XLPE交聯(lián)電纜,無論從理論還是實(shí)踐上卻存在著很多缺點(diǎn)。
主要體現(xiàn)在:
(1)高壓試驗(yàn)技術(shù)的一個(gè)通用原則:試品上所施加的試驗(yàn)電壓場強(qiáng)必須模擬高壓電器的運(yùn)行工況。直流電壓下,電纜絕緣的電場分布取決于材料的體積電阻率,而交流電壓下的電場分布取決于各介質(zhì)的介電常數(shù),特別是在電纜終端頭、接頭盒等電纜附件中的直流電場強(qiáng)度的分布和交流電場強(qiáng)度的分布完全不同,而且直流電壓下絕緣老化的機(jī)理和交流電壓下的老化機(jī)理不相同。因此,直流耐壓試驗(yàn)不能模擬交聯(lián)電纜的運(yùn)行工況。
(2)交聯(lián)電纜在直流電壓下會(huì)產(chǎn)生“記憶”效應(yīng),存儲(chǔ)積累單極性殘余電荷。一旦有了由于直流耐壓試驗(yàn)引起的“記憶性”,需要很長時(shí)間才能將這種直流偏壓釋放。電纜如果在直流殘余電荷未完全釋放之前投入運(yùn)行,直流偏壓便會(huì)疊加在工頻電壓峰值上,使得電纜上的電壓值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其額定電壓,從而有可能導(dǎo)致電纜絕緣擊穿。
(3)直流耐壓試驗(yàn)時(shí),會(huì)有電子注入到聚合物介質(zhì)內(nèi)部,形成空間電荷,使該處的電場強(qiáng)度降低,從而難于發(fā)生擊穿。由于振蕩電壓極性迅速改變?yōu)楫悩O性,使該處電場強(qiáng)度顯著增大,可能損壞絕緣,造成多點(diǎn)擊穿,損壞電纜。直流耐壓試驗(yàn)時(shí)所形成的空間電荷可導(dǎo)致電纜投運(yùn)時(shí)發(fā)生擊穿或沿面滑閃。
(4)交聯(lián)電纜的一個(gè)致命弱點(diǎn)是絕緣內(nèi)易產(chǎn)生水樹枝,一旦產(chǎn)生水樹枝,在直流電壓下會(huì)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)殡姌渲?,并形成放電,加速了絕緣劣化,以致于運(yùn)行后在工頻電壓作用下形成擊穿。而單純的水樹枝在交流工作電壓下還能保持相當(dāng)?shù)哪蛪褐?,并能保持一段時(shí)間。
實(shí)踐也表明,直流耐壓試驗(yàn)不但不能有效發(fā)現(xiàn)交流電壓作用下的某些缺陷,而且會(huì)損害電纜,給電纜的安全運(yùn)行帶來危險(xiǎn)。如在電纜附件內(nèi),絕緣若有機(jī)械損傷或應(yīng)力錐放錯(cuò)等缺陷。在交流電壓下絕緣最易發(fā)生擊穿的地點(diǎn),在直流電壓下往往不能擊穿。直流電壓下絕緣擊穿處往往發(fā)生在交流工作條件下絕緣平時(shí)不發(fā)生擊穿的地點(diǎn)。這一點(diǎn)也得到了運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的證明:一些電纜在交接試驗(yàn)中按照GB50150-91標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)順利通過,但投運(yùn)不久就發(fā)生絕緣擊穿事故。正常運(yùn)行的電纜被直流耐壓試驗(yàn)損壞的情況也時(shí)有發(fā)生。