摘 要　概述交联聚乙烯绝缘电缆试验的研究结果，介绍了天津电力公司引进的0.1Hz试验设备及其在中压35kV交联聚乙烯绝缘电缆的试验及介质损耗测试情况。

　　关键词　0.1Hz试验;介质损耗;应用

　　1　引言
　　对电缆线路进行预防性试验，减少电缆突发故障，是提高供电可靠性的有效手段。电缆试验要求在试验电压和试验时间内有效地将电缆线路的缺陷发展成为故障暴露出来，然后通过查找故障点并予以修复，从而避免电缆线路在正常运行中发生故障。因此，对新设电缆线路进行严格的交接试验，并对运行电缆线路按周期进行预防性试验是电缆运行管理的一项重要工作。

　　国内对于交联聚乙烯绝缘电缆(下文简称XLPE绝缘电缆)的交接和预防性试验，多年沿用直流耐压试验的方法。而国外的研究和实践经验表明：直流耐压试验不适用于XLPE绝缘电缆，从而相继研究开发了不同原理的试验方法和设备，其中超低频(VLF)0.1Hz交流试验是解决中低压XLPE绝缘电缆试验比较成熟方法;天津电力公司于2001年6月引进了奥地利Baur公司生产的PHG80 0.1Hz试验设备，并对35kV XLPE绝缘电缆开展0.1Hz试验和介质损耗测试工作。

　　2　国内外关于XLPE绝缘电缆试验的研究
　　国外对于中压XLPE绝缘电缆试验的研究开展较早。特别是欧洲一些国家，由于70年代中期生产的XLPE绝缘中压电缆易形成水树，以致运行后不久就发生故障，因此开展中压XLPE绝缘电缆的试验研究比较早，研究结果表明：直流耐压试验不适用于XLPE绝缘电缆，推荐使用交流试验;并于90年代初开发出成型的替代直流耐压适用于中压XLPE 绝缘电缆的试验技术和设备;并且修定了XLPE绝缘电缆试验的标准。

　　2.1　直流耐压试验对于XLPE绝缘电缆存在的缺点
　　直流耐压试验源于油纸绝缘电缆试验，实践经验证明直流耐压试验对于发现油纸绝缘电缆的缺陷是有效的，但对于XLPE绝缘电缆直流耐压试验存在如下缺点：

　　⑴ 电缆绝缘材料在直流电压和交流电压下的场强分布不同，直流电压下的场强分布取决于材料的体积电阻率，而交流电压下的场强分布取决于介质的介电常数。因而在电缆终端头、中间接头等电缆附件中直流电场强度的分布和交流电场强度的分布完全不同，而且直流电压下绝缘老化的机理和交流电压下老化机理不同，直流耐压试验不能有效的发现交流电压下发生的某些缺陷;同时交流电压下极易发生的缺陷在直流耐压时却不发生。故直流耐压试验不能模拟XLPE绝缘电缆的运行工况。

　　⑵ 直流耐压试验在XLPE材料上产生“累积效应”，在绝缘材料内产生的单极性残余电荷需要很长时间才能将直流偏压释放。电缆在直流残余电荷未完全释放前投入运行，该直流偏压便叠加在工频电压峰值上，可能导致绝缘击穿。

　　⑶ 直流耐压试验容易形成震荡，伤害电缆绝缘。直流耐压试验时会有电子注入到聚合物内部，形成空间电荷，使该处的电场强度降低，从而难于发生击穿。XLPE绝缘电缆的半导电凸凹处和污秽点等处容易产生空间电荷，如果在直流耐压时电缆终端发生闪洛或中间接头击穿，会在电缆线芯上形成波振荡，在已聚积空间电荷的地方因振荡电压的极性迅速改变，从而使该处电场强度明显增大，可能损坏绝缘。

　　⑷ 直流电压极易发展水树。XLPE绝缘电缆极易产生水树，在直流电压下水树会迅速生长并生成电树，加速绝缘老化，以致运行后在工频电压下发生击穿。

　　基于上述原因，直流耐压试验对于XLPE绝缘电缆的等效性值得怀疑，并由于直流耐压可能在很大程度上损坏XLPE绝缘电缆的使用寿命，因此，尽管直流耐压设备具有重量轻，可以测量电缆长度长的特点，有些国家已经禁止对XLPE绝缘电缆进行直流耐压试验。

　　2.2　直流耐压试验的替代方法及趋势
　　为解决XLPE绝缘电缆的试验问题，相继研究开发了谐振试验、振荡电压试验、局放测量和超低频(0.1Hz)试验试验方法。

　　2.2.1　谐振试验，为解决了电源系统的重量，采用不同形式的谐振系统：可调电感谐振系统、变频谐振电源系统(频率范围在30---300Hz之间)、利用空气间隙补偿变压器的谐振系统。

　　2.2.2　振荡电压试验，这种试验方法是用直流电源给电缆充电，然后通过一个触发球间隙给一组串联电阻和电感，从而得到一个阻尼振荡电压。但此方法对于长电缆是有问题的，虽然振荡电压法比直流耐压试验有效，但效果不如工频试验效果好。

　　2.2.3　研究证明工频耐压加上局部放电测量对于电缆的现场试验的效果相当好，尽管在试验的时间内有些缺陷并不击穿，但故障点在试验电压下会出现局部放电。目前局部放电测试还仅限于检查电缆接头和和终端，主要是利用超高频和超声波进行现场的局部放电探测。

　　2.2.4　超低频(VLF)0.1Hz交流耐压试验。
　　上述四种试验方法中，前三种方法试验设备容量大，一般适用于高压电缆的试验;第四种超低频0.1Hz试验是目前中压XLPE绝缘电缆试验的主要手段，在国外已被广泛应用于中压XLPE绝缘电缆试验。

　　2.3　超低频0.1Hz交流试验的优点
　　0.1Hz试验与直流试验相比较具有以下优点：
　　⑴ 超低频0.1Hz试验电压既有直流特点又有交流特点，0.1Hz耐压试验对老化XLPE绝缘电缆的影响，比直流耐压试验小。
　　⑵ 对于实验室老化的XLPE 绝缘电缆，0.1Hz击穿电压近似等于工频击穿电压;直流击穿电压明显高出交流击穿电压很多。
　　⑶ 超低频0.1Hz试验设备所需要的输出功率，由于试验频率比较低，显著小于工频试验设备，其设备容量、重量可以和直流设备相比拟，适于现场测试。
　　⑷ 除了能对电缆作0.1Hz耐压试验外，还能对电缆进行介质损耗测量，从而掌握电缆整体的绝缘状况。

　　3　我公司引进的PHG80试验设备主要性能参数
　　在充分考虑天津地区中压35kVXLPE绝缘电缆的运行的实际情况后，通过技术论证，引进了PHG80系列的0.1Hz试验设备，将该设备及发电机等附属设备一并组装成一辆电缆测试车。PHG80输出0.1Hz正弦波，电压57kV时的最大容性负荷为1.1uF(即可以测试35kV三芯XLPE绝缘电缆长度约6公里);可进行35kV及以下电压等级交联电缆的介质损耗测量。
 　4　0.1Hz试验技术使用中碰到的问题及在中压35kVXLPE绝缘电缆的应用情况

　　4.1　关于试验标准
　　关于中低压交联电缆的试验标准规定不统一。在DIN VDE 0276 T.620中规定：0.1Hz， 3 U0，时间60min ;而在《XLPE绝缘电缆超低频(VLF)0.1Hz耐压试验》一文中，通过对试验老化的XLPE绝缘电缆超低频0.1Hz耐压试验的研究，推荐试验电压和试验时间如下：
　目前国内0.1Hz交流试验及介质损耗测试尚无统一标准，在《电力设备交接预防性试验规程》(DL/T 596—1996)只规定了直流耐压试验的方法;中压35kVXLPE绝缘电缆的 0.1Hz试验标准，我公司参照《电力设备交接预防性试验规程》(修订版，华北电力集团公司 二000年)执行：
　　即：新设电缆交接试验：3 U0 60分钟;
　　预防性试验 ：2.1U0 5分钟。
　　4.2　0.1Hz耐压试验及介质损耗的测试情况
　　4.2.1　0.1Hz耐压试验情况
　　2001年6月—2002年6月一年时间内，共在50回83段35kVXLPE绝缘电缆线路开展了0.1Hz交流电压试验工作。其中试验击穿3段(一黄I、II及一平I)，试验击穿率3.6%。通过分析该3段电缆线路发生击穿的主要原因是：线路采用的预制式中间接头质量不过关;在未引进0.1Hz试验技术前，采用直流试验方法时即多次在接头部位击穿。

　  通过上表可以看出：
　　⑴ 0.1Hz试验时电缆击穿多发生在负极性下，占击穿次数71.3%。
　　⑵ 0.1Hz试验时电缆击穿电压峰值接近3U0，即78kV。
　　⑶ 鉴于上述发生击穿的电缆电缆线路基本上是在同一时期敷设的，且采用了相同形式的接头施工工艺，可以认为交流0.1Hz试验和直流耐压试验在发现预制型中间接头质量缺陷方面是等效的。

　　4.2.2 35kV电缆介质损耗测量情况
　　目前国内尚无0.1Hz介质损耗测试标准，我公司采用了BAUR公司推荐的欧洲标准：tgδ(U0)<0.6‰ tgδ(2U0)<1.2‰;tgδ(2U0)-tgδ(U0)<0.6‰。

　　2003年1-6月份，对80段35kVXLPE绝缘电缆进行了介质损耗测试，按照保尔公司推荐的标准，达到此标准的段数为42段，没达到的为38段，合格率为52.5%。

　　目前，我们开展的介损测量工作还处于数据积累阶段，还不能就介损值与电缆运行击穿之间建立起一定的联系。换句话说，BAUR公司推荐的标准也许不适合我们的电缆。经峰二线35kV电缆在1U0下的介损值达到了12‰以上，在2U0下的介损值达到了20‰以上，电缆的预防性试验还是能够通过并继续运行。

　　4.3　测试设备在使用中碰到的问题
　　4.3.1　由于本套试验仪器是针对天津35kV电缆系统而专门设计的，目前只生产了一套，在设计上出现了一些了问题。仪器高压电极对地的距离不够，试验时经常会出现闪络情况;高压箱体的密封不好，有大量灰尘进入，经常造成闪络。

　　4.3.2　对于存在异型接头的电缆线路，出现了三次在试验后的几个月内就发生电缆在运行中击穿的情况。台王、台德、台黑线等35kV油纸绝缘和交联绝缘电缆混合线路，在试验后不久即出现击穿。这表明，在使用此试验仪器进行含有油纸电缆段落的混合电缆线路试验时，试验电压和试验时间有待进一步确定。

　　4.3.3　由于对于35kV交联电缆的介质损耗测试工作刚刚开始进行，缺乏测试经验，无法评估天气湿度、电缆终端头的清洁程度及试验时的对地距离对介损值测量的影响。

　　5　结论
　　5.1　直流耐压试验不适用于XLPE绝缘电缆，应当禁止对XLPE绝缘电缆进行直流试验，至少应将直流试验的次数减到最少。因为：其一直流试验不能模拟XLPE绝缘电缆的交流运行工况;其二、直流耐压试验不能有效地发现交流状况下严重的电缆缺陷。

　　5.2　0.1Hz试验能够较好解决中低压交联绝缘的预防性试验问题，是代替交联电缆直流耐压试验的有效手段。由于0.1Hz具有交流特性，有效的避免直流耐压试验在绝缘层内形成的积累效应，同时和直流试验设备相近的设备容重比，适合电缆的现场试验要求。

　　5.3　对于中压35kVXLPE绝缘电缆线路的预防性试验采用交流0.1Hz2.1 U0，试验时间5分钟的标准，同直流78kV试验5分钟的方法在发现预制型电缆中间接头缺陷方面是等效的。

　　5.4　0.1Hz技术适用在中压35kv交联绝缘和油纸绝缘混合电缆线路的试验电压和试验时间，执行交联电缆的试验标准难以满足油纸绝缘电缆的要求，有待进一步确定。

　　5.5　0.1Hz介质损耗测试作为一种绝缘状况判断手段，需要原始诊断数据的综合比较。国内中压35kV0.1介质损耗测试缺乏同一的标准，而此相测试工作在天津地区开始不久，处于积累原始数据的过程。为开展0.1Hz介损绝缘诊断工作打下基础，充分利用0.1Hz试验设备资源，应开展35kV XLPE绝缘电缆线路的介质损耗普测工作，利用2—3年时间内建立运行线路的0.1Hz介质损耗底帐;同时，对新敷设电缆线路，在投入运行前进行介质损耗测试。