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  电力电缆采用变频谐振耐压试验的背景与优势分析

  与架空线路相比，电缆线路具有敷设隐蔽、受气候干扰小、少维护、对城市市容影响小等优势，在城市电网中的应用越来越普遍，而且电缆化率也成为衡量城市电网技术水平的重要标志。随着油浸纸绝缘电力电缆逐步退出历史舞台，代之以安装简便、没有漏油困扰的橡塑绝缘电力电缆，其中交联聚乙烯（XLPE）电力电缆更因为电气机械性能好、传输容量大、施工安装灵活而成为主流电缆。

  为了保证线路安全运行，电力电缆投入运行前必须进行交接验收试验，以避免机械损伤、安装工艺缺陷等问题引起运行故障损失；在电力电缆运行期间，也要定期进行预防性试验，以便及时发现故障隐患和潜伏性缺陷。在这些试验中，按照被试绝缘的危险程度分为非破坏性试验和破坏性试验两大类，前者因为施加的电压低于额定电压，不会损伤电缆的绝缘性能而被称为非破坏性试验，主要试验项目包括绝缘电阻测量、泄漏电流测量、介质损耗因数测量等；后者要在高于工作电压条件下进行试验，可能引起绝缘损伤和破坏，故称之为破坏性试验，主要试验项目是直流耐压试验和交流耐压试验。虽然非破坏性试验能发现许多绝缘缺陷，但因为试验电压较低，某些局部缺陷还是不能够被检出，所以必须通过破坏性试验来进一步暴露这些缺陷。

  直流耐压试验设备体积小、重量轻、操作简单、便于现场实施，同时早期的油浸纸绝缘电力电缆的绝缘结构为油和纸的组合，采用直流耐压试验不会因累积电荷而造成绝缘损伤，所以曾经很长一段时间作为现场的主要试验项目。但是直流耐压试验不合适用于XLPE 电缆，因为它的绝缘结构是固体介质，这与油浸纸电缆绝缘结构迥异，在直流电场作用下容易储存和聚集空间电荷而形成“记忆效应”，需要很长时间才能完全释放出累积的电荷，而交接试验和预防性试验后都不大可能等待这么久再投运，这样很容易出现累积的电荷叠加在工频交流电压峰值上而击穿电缆；另一方面XLPE 电缆中的“水树枝”（指水分浸入绝缘结构并在电场作用形成的树枝状物）在直流电压作用下会迅速转化为“电树枝”（指绝缘结构内部形成的树枝状放电通道），从而加速绝缘老化和引起电缆击穿故障。交流耐压试验环境更接近实际运行环境，而且电场分布也与直流电压不同，交流电场由介电参数控制，直流电场由电阻率控制，这些特点决定了交流耐压试验是鉴定XLPE 电缆更有效、更安全的方法。

   经过多年研究和探索，交流耐压试验已形成工频耐压试验、变频耐压试验、超低频耐压试验和振荡波耐压试验四个系列。工频耐压试验是指采用试验电压频率为49 ～ 61Hz 的交流电源进行耐压试验，根据设备原理又分为直接工频和工频串联谐振（调感式串联谐振）两种主要方法。变频耐压试验是指利用能够产生可变频率20 ～ 300Hz 的交流电压装置进行耐压试验，主要方法为变频谐振耐压试验法。超低频耐压试验是指输出频率为0.01 ～ 0.1Hz 的交流耐压试验。振荡波耐压试验是指利用高压直流电源经谐振电抗器对试验回路缓慢充电，然后再将试验回路迅速接地，使电缆电容与谐振电抗器发生自由振荡的耐压试验。在上述交流耐压试验方法中，工频法与电缆实际运行环境无疑是最接近的，其等效系数为1，而振荡波试验的等效系数为1.27 ～ 1.58，超低频试验的等效系数为1.26 ～ 1.5，变频谐振试验的等效系数不到1.2。那么工频耐压试验是否就是最理想的呢？这还要比较试验设备的品质因数、单位容量等参数。品质因数是指无功功率绝对值与有功功率之比，直接工频、工频串联谐振和变频谐振的品质因数（ ）大约为5（最大）、30 ～ 60 和40 ～ 120 ；从试验设备容量看，直接工频装置为15 ～ 20kg/kVA，工频串联谐振装置为3 ～ 10 kg/kVA，变频谐振装置为0.5 ～ 2kg/kVA。例如8.7/10kV、300mm2 的XLPE 电缆，假设采用17.4kV 的试验电压，试验设备容量为51.29 kVA/m，采用直接工频试验设备至少需要770kg/m，若用工频串联谐振试验设备起码也需要154 kg/m，而变频谐振试验设备可能只需26kg/m。因此，电力电缆现场试验采用变频谐振耐压试验是最合适不过了。