電力電纜變頻串聯諧振耐壓試驗方案
方案適用于6kV~220kV 交聯聚乙烯(XLPE)絕緣電力電纜的交接試驗、預防性試驗及故障修復后驗證試驗,采用變頻串聯諧振試驗方法,依據GB 50150-2016《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》、DL/T 474.4-2018《現場絕緣試驗實施導則 — 交流耐壓試驗》及DL/T 596-2021《電力設備預防性試驗規程》制定,旨在檢測電纜主絕緣氣隙、受潮、老化及接頭制作缺陷,保障電纜絕緣性能符合運行要求。
一、試驗原理
基于串聯諧振電路原理,調節變頻電源輸出頻率,使試驗回路中電抗器的感抗與被試電纜的容抗相等,回路達到諧振狀態。此時回路總阻抗最小、電流最大,電纜兩端可獲得數倍于勵磁電壓的高電壓,且輸出電壓波形接近正弦波(畸變率≤1%)。試品擊穿時諧振條件被破壞,電壓自動下降,可有效防止事故擴大,同時試驗電源容量需求遠低于傳統工頻耐壓試驗。
二、試驗準備
(一)試驗對象參數確認
提前核查被試電纜基礎信息,包括型號規格、額定電壓(U0/U)、長度、敷設方式、運行年限及本次試驗類型(交接 / 預試),記錄電纜終端、中間接頭數量及制作工藝,交叉互聯電纜需標注互聯箱位置。
(二)試驗設備選配與檢查
核心設備:變頻串聯諧振試驗裝置(含變頻電源、勵磁變壓器、串聯電抗器、高壓電容分壓器),設備額定電壓、容量需匹配被試電纜,品質因數(Q 值)≥30,頻率調節范圍 20~300Hz。
輔助設備:2500V/5000V 兆歐表、專用放電棒、接地極、溫濕度計、紅外熱像儀、局部放電檢測儀(可選)。
設備檢查:確認所有設備外觀無破損、接線端子牢固,兆歐表校準合格,諧振裝置保護功能(過壓、過流、閃絡、溫升保護)正常,電抗器絕緣電阻≥1000MΩ。
(三)現場準備與安全布置
斷開被試電纜兩端與電網、配電設備的連接,將非試驗相可靠接地,電纜終端頭清潔干燥,無污穢、裂紋及凝露。 劃定試驗區域,設置硬質圍欄,懸掛 “高壓危險,禁止入內” 警示標識,試驗區域與帶電體安全距離≥3 米(10kV)/5 米(35kV)/8 米(110kV 及以上)。
布置獨立接地極,確保試驗設備外殼、電容分壓器、電纜屏蔽層一點接地,接地電阻≤4Ω;試驗現場配備絕緣手套、絕緣靴等安全防護用品,安排專人監護,電纜兩端設置值守人員。
確認試驗環境符合要求:溫度 - 10℃~40℃,相對濕度≤80%,避免在雨、霧、雪及大風天氣進行試驗,海邊、高濕度環境需用硅膠毯包裹電纜終端頭。
(四)預試驗檢測
使用兆歐表測量被試電纜各相絕緣電阻,10kV 電纜≥1000MΩ、35kV 及以上電纜≥10000MΩ,絕緣電阻無明顯偏低則進入正式試驗,否則排查絕緣缺陷。
三、試驗設備參數配置
| 電纜電壓等級 | 試驗類型 | 核心試驗參數 | 電抗器配置參考 | 諧振頻率范圍 |
| 10kV(8.7/10kV) | 交接試驗 | 2.5U0=21.75kV,持續 60min;預試 3.5U0=30.5kV,持續 5min | 2 臺 10kV/1.5A 并聯 | 100~200Hz |
| 35kV(26/35kV) | 預試 / 交接 | 1.7U0=44.2kV,持續 30/60min | 4 臺 26kV/1A 串聯 | 40~80Hz |
| 110kV(64/110kV) | 交接試驗 | 1.7U0=108.8kV,持續 60min | 6 臺 50kV/1A 并聯 | 20~50Hz |
四、試驗操作流程
(一)試驗回路接線
按變頻電源→勵磁變壓器→串聯電抗器→被試電纜→高壓電容分壓器→接地極的順序串聯連接主回路,將電容分壓器電壓信號接入變頻電源,確保所有接線端子緊固、無松動,接線完成后由雙人交叉核對,杜絕錯接、漏接。
(二)諧振調諧
開啟變頻電源,設置頻率掃描范圍 20~300Hz,輸出電壓調至試驗電壓的 10%~30%,緩慢調節頻率。 觀察回路電流、電壓變化,當電流最小、電纜兩端電壓最大時,回路達到諧振狀態,鎖定諧振頻率,記錄此時的頻率、電流值;
若無法找到諧振點,檢查電抗器組合方式或電纜是否開路。 調諧完成后,檢查電壓波形畸變率≤1%,局部放電檢測儀(若使用)基線穩定,無雜散干擾。
(三)升壓與耐壓試驗
按照1~2kV/s的速率緩慢升壓,全程監測試驗電壓、電流、諧振頻率及設備溫升,嚴禁快速升壓或越級升壓。 升壓至試驗電壓后,保持規定耐壓時長,期間持續觀察:
①電壓、電流是否穩定,無突升突降;
②電纜及接頭無放電、異響、焦糊味;
③電抗器表面溫升<30℃,溫度≤70℃;
④局部放電量≤5pC(交接試驗)/≤10pC(預試)。 耐壓過程中若出現異常,立即按下 “急停” 按鈕,停止升壓并降壓至零,嚴禁帶壓處理故障。
(四)降壓與放電
耐壓時長達到后,以均勻速率緩慢降壓至試驗電壓的 10% 以下,嚴禁直接斷電降壓。 關閉變頻電源,使用專用放電棒對被試電纜、電抗器、電容分壓器進行多次充分放電,放電時間不少于 5 分鐘,確認無殘余電荷后,方可接觸試驗設備及電纜。
(五)復檢測試
放電完成后,再次使用兆歐表測量電纜絕緣電阻,與試驗前對比無明顯下降(下降幅度≤5%),則完成單相反試驗,依次對其余兩相重復上述操作。
五、試驗結果判定
(一)合格判定標準
耐壓過程中,電纜無擊穿、閃絡現象,電壓、電流穩定,無異常波動。 試驗前后電纜絕緣電阻無明顯下降,局部放電量符合規定要求。 設備無故障報警,電抗器、勵磁變壓器無過熱、異響等異常。
(二)不合格判定及處理
耐壓過程中出現電壓驟降、電流突增,或電纜有明顯放電、擊穿聲,判定為絕緣擊穿,需記錄擊穿時的電壓值,采用分段試驗法排查故障點(中間接頭 / 終端頭 / 電纜本體)。
局部放電量超標或絕緣電阻顯著下降,判定為絕緣劣化,需對電纜進行干燥、修復或更換缺陷部位,處理完成后重新試驗。 試驗中設備溫升超標或保護報警,立即停機冷卻,排查設備故障或試驗回路問題,待恢復正常后繼續試驗。
六、特殊場景處理
交叉互聯電纜:試驗前解開互聯箱,逐段試驗時將非試驗段臨時接地,避免感應電壓(未接地段感應電壓可達 5kV 及以上),試驗完成后恢復互聯箱接線。
老舊電纜(運行≥8 年):適當降低試驗電壓(按 2.5U0 執行),防止絕緣劣化加速,可先進行 0.1Hz 超低頻耐壓試驗預檢,再開展串聯諧振試驗。
跨海 / 長距離電纜:提前用 LCR 電橋分段復測電纜電容,考慮電容容升效應,調整電抗器組合數量;海邊試驗做好鹽霧防護,使用紅外熱像儀確認終端頭無凝露。
GIS終端電纜:試驗時加裝均壓環,降低電暈干擾,確保局部放電檢測精度,GIS 終端與電纜連接部位做好密封防護。
多中間接頭電纜:耐壓過程中重點監測接頭部位,若出現局部放電量突增,立即排查接頭制作缺陷(如防水帶老化、應力錐未推入)。
七、安全注意事項
試驗全程嚴格執行 “一人操作、一人監護” 制度,所有試驗人員需穿戴絕緣防護用品,嚴禁在試驗區域內隨意走動,非試驗人員禁止入內。
試驗設備接線、拆線必須在斷電、放電完成后進行,嚴禁帶壓接線、拆線;接地裝置必須可靠,嚴禁虛接、漏接。 變頻控制器連續運行超30分鐘,停機后不要立即關電源,保持風扇運行散熱;設備出現過壓、過流保護后,需斷開控制回路電源,排查問題后重新啟動。
試驗現場嚴禁吸煙、動火,配備干粉滅火器;雷雨天氣立即停止試驗,切斷所有電源,將試驗設備可靠接地。
試驗完成后,拆除所有臨時接線,恢復電纜原有接地及連接方式,清理試驗現場,確保電纜具備投運條件。
八、試驗記錄與報告
試驗過程中及時、準確記錄所有數據,包括電纜基礎信息、試驗環境(溫濕度、天氣)、設備配置參數、諧振頻率、試驗電壓、耐壓時長、絕緣電阻值、局部放電量、設備溫升及異常現象(如有)。
試驗完成后編制試驗報告,報告包含試驗依據、試驗設備、操作流程、試驗數據、結果判定及處理建議,附試驗波形圖、局部放電圖譜(可選),試驗記錄及報告需簽字確認,存檔備查。
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