CN113466643A - 一种带有单相并联电抗器的电缆线路耐压试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有单相并联电抗器的电缆线路耐压试验方法，该方法采用支撑法接线方式的单相并联电抗器和电缆串联谐振进行交流耐压试验的方法，该方法可以采用更高的试验电压，以及更长的试验时间，极大的提高的采用三台单相并联电抗器替代试验电抗器的可行性；降低了电抗器的电压水平，同时来降低了试验对设备的要求，提高了该方法可行性。
Description
技术领域
本发明属于耐压试验技术领域，具体涉及一种带有单相并联电抗器的电缆线路耐压试验方法。
背景技术
随着城市经济发展，城市土地资源日趋紧张，传统高压架空线已经难以满足当前城市发展需要，电力电缆以其占地小，安全可靠的优点在城市输电系统中的占比日趋增大。由于电缆可能存在的制造缺陷、电缆接头加工缺陷以及在安装和运行中收到的其他因素干扰，导致出现故障、短路等问题。在投运前采用交流耐压试验对电缆的绝缘水平进行考核是十分必要的。
目前长电缆的交流耐压试验一般采用串联谐振并联补偿的方法，即通过电抗器与电缆形成谐振回路，同时并联若干电抗器补偿电缆电容容量，降低励磁回路的电流大小，减轻对试验设备和电源的要求。
对于长距离电缆，由于其对地电容量较大，所需的补偿电抗数量也较多，如长度为6km的330kV电缆线路进行交流谐振耐压试验，所需的补偿电抗器即使采用重量较轻的空心环氧筒电抗器，也需要8台单个重量约10T的电抗器。对试验场地、吊装环境都有很高的要求，同时试验设备本身的投资也是非常高。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种带有单相并联电抗器的电缆线路耐压试验方法，该方法降低了电抗器的电压水平，同时来降低了试验对设备的要求，提高了设备可行性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种带有单相并联电抗器的电缆线路耐压试验方法，其特征在于，采用支撑法接线方式的单相并联电抗器和电缆串联谐振进行交流耐压试验。
优选的，所述试验方法将三相电抗器的中性点接地打开；将其中两个单相电抗器的中性点套管端部短接后，与试验励磁变副边高压侧连接；这两个单相电抗器高压侧套管端部短接后，与第三相电抗器的中性点套管连接；第三相电抗器高压套管与电缆连接。
优选的，所述试验方法包括以下步骤：计算在支撑接线方法下电抗器的电感，根据电抗器的电感值和电缆的电容值计算谐振频率，判断该频率是否满足标准要求；根据电缆交流耐压试验所要求的电压，计算试验回路的电流值，以及流经电抗器各绕组的电流值；校核电抗器的中性点电压是否满足设计要求，电抗器的发热是否满足设计要求；根据满足电抗器设计要求的试验电压，对试验系统的励磁变和变频柜进行参数选型。
优选的，所述试验方法包括确定试验频率，根据电缆单位长度电容量和电缆总长度，计算得到单相电缆的对地电容值C；并联电抗器的电抗值是固定的，当单相电抗值为L时，根据接线方式的不同，可得到多种不同的电感值；当接线方式为单相时，电感值为L；支撑法接线后的总电感值为1.5L，此时谐振频率为
判断该谐振频率f是否在20Hz～300Hz之间，如果不在该范围，则试验不可行
优选的，所述试验方法包括确定试验电压，根据试验对象电缆的电压等级确定试验电压，根据国标GB 50150进行确定。
优选的，所述试验方法包括根据标准220kV及以上电缆的试验电压有两个可选项，因此有2种试验电流，试验方法包括计算回路电流，I＝2πfCU＝U/(2πfLz)。
优选的，所述试验方法包括计算中性点电压，当实验电压为1.7U0时，中性点电压为1.7U0/3；当实验电压为1.3U0时，中心点电压为1.3U0/3；中性点耐压水平需要由电抗器生产厂家提供；在满足要求的情况下选择尽可能高的电压水平。
优选的，所述试验方法包括在试验电压确定后，校核电抗器发热情况，在60min的试验时间内，发热情况满足电抗器设计要求，则可以采用该接线方法。
优选的，所述试验方法包括估算试验升压装置的参数，试品上的无功容量为2πfCU2，回路整体的品质因数为Q，则试验系统的容量为2πfCU2/Q，流经励磁变的电流为2πfCU，励磁变输出电压为U/Q；当励磁变变比为n时，变频柜输出电压为U/nQ；判断该参数是否超出现有励磁变和变频柜的电压和容量限制。
优选的，所述试验方法包括判断电力电缆在运行中，是否有配高压并联电抗器，如果电缆线路有配置并联电抗器，在条件满足的情况下，可以采用高压并联电抗器部分替代试验电抗，完成电缆的交流感应耐压试验。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明提出一种带有单相并联电抗器的电缆线路耐压试验方法，本发明采用支撑法接线方式的单相并联电抗器和电缆串联谐振进行交流耐压试验的方法，该方法并联的两相电抗器上的电压为试验电压的1/3，与电缆相连接的电抗器上的电压为试验电压的2/3，单个电抗器承受的最大电压为电缆电压的2/3，降低了电抗器的电压水平，有效的提高了该方法的可行性。
采用该接线方法的优势在于，采用支撑法连接方式的三个单相电抗器，每台都不必承担全部的试验电压，因此可以该接线方式可以采用更高的试验电压，以及更长的试验时间，极大的提高的采用三台单相并联电抗器替代试验电抗器的可行性。
并联电抗器的类型多样，目前在运行中最常见的有单相电抗器和三相电抗器。与三相一体的电抗器不同，单相电抗器的各相磁路相互独立，因此每相的铁心旁柱需要承受全部的磁通，因此在采用电抗器作为试验电抗对电缆进行耐压试验时，其铁心发热情况相比三相一体的电抗器要好，但是单相电抗器的耐压水平不能满足电缆试验1.7U0的试验电压要求。
目前长距离大容量电缆为了降低线路容升效应，往往在终端并联大容量电抗器进行补偿，补偿度一般为80％或120％，这类电抗一般被称为并联电抗器。对于这类带有并联电抗器的电缆线路，可以采用并联电抗器，参与耐压试验，来降低试验对设备的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一种带有三台单相并联电抗器的电缆线路耐压试验方法的交流耐压试验等效回路示意图；
图2是本发明实施例一种带有单相并联电抗器的电缆线路耐压试验方法的优选流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例对本发明实的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。
请参阅图1和图2，本发明实施例提供一种带有单相并联电抗器的电缆线路耐压试验方法，具体步骤包括：
步骤1，根据工程设计方案，判断电力电缆在运行中，是否有配单相高压并联电抗器。如果电缆线路有配置高压并联电抗器，在条件满足的情况下，可以采用高压并联电抗器替代试验电抗，完成电缆的交流感应耐压试验。
步骤2，试验方案需要经校核电缆、电抗器以及实验回路的耐压水平、容量、损耗、阻抗等参数来确定，具体流程如下。
步骤3，首先确定试验接线方式，目前现场交流耐压试验通常采用串联谐振方式，即对容性的电缆，串联一个试验电抗，在其谐振频率下进行试验，试验回路如图1所示。
步骤4，确定试验频率。根据电缆单位长度电容量和电缆总长度，计算得到单相电缆的对地电容值C。并联电抗器的电抗值是固定的，当单相电抗值为L时，支撑法接线后的总电感值为1.5L，此时谐振频率为
判断该谐振频率f是否在20Hz～300Hz之间，如果不在该范围，则试验不可行。
步骤5，确定试验电压，根据试验对象电缆的电压等级确定试验电压，根据国标GB50150中的相关要求，35kV及以上交联电缆应采用20-300Hz交流耐压试验，耐压试验参数要求如表1。
表1 GB 50150-2016标准推荐的20～300Hz耐压试验参数，kV
| 电压额定电压U<sub>0</sub>/U | 试验电压 | 时间/min |
| 18/30及以下 | 2U<sub>0</sub> | 15或(60) |
| 21/35-64/110 | 2U<sub>0</sub> | 60 |
| 127/220 | 1.7U<sub>0</sub>(或1.4U<sub>0</sub>) | 60 |
| 190/330 | 1.7U<sub>0</sub>(或1.3U<sub>0</sub>) | 60 |
| 290/500 | 1.7U<sub>0</sub>(或1.1U<sub>0</sub>) | 60 |
GB 50150-2016还指出同时考虑到目前国内各施工单位试验设备实际条件，对试验电压、试验时间给出了几种可选项，其中括号前为重点推荐。
步骤6，计算不同电压的回路电流。根据标准220kV及以上电缆的试验电压有两个可选项，因此有2种试验电流，I＝2πfCU＝U/(2πfL)。
步骤7，计算中性点电压，当实验电压为1.7U0时，中性点电压为1.7U0/3。当实验电压为1.3U0时，中心点电压为1.3U0/3。中性点耐压水平需要由电抗器生产厂家提供。在满足要求的情况下选择尽可能高的电压水平。
步骤8，在试验电压确定后，校核变压器发热情况，在60min的试验时间内，发热情况满足电抗器设计要求，则可以采用该接线方法。
步骤9，估算试验升压装置的参数，试品上的无功容量为2πfCU2，回路整体的品质因数为Q，则试验系统的容量为2πfCU2/Q，流经励磁变的电流为2πfCU，励磁变输出电压为U/Q。当励磁变变比为n时，变频柜输出电压为U/nQ。判断该参数是否超出现有励磁变和变频柜的电压和容量限制。
在本发明的某一具体实施例中，试品为330kV电缆，长度约为6.5km，其单位长度电容约为0.25μF/km，其等效电容量约为1.625μF。
该电缆配备的高压并联电抗器为一台型号为BKS-90000/330的油浸式电抗器。该电抗器额定电压363kV，额定容量90000kvar，额定电流143A，损耗235.54kW，联结方式为YN。
计算单相电阻值。电抗器绕组损耗P为235.54kW，额定电流I为143.1A。则单相绕组的等效内阻R＝P/3/I2＝3.83Ω。
计算单相电感值。并联电抗器每相绕组电感值约为L＝U2/2πf S＝4.66H，其中S为电抗器单相容量30000kvar。
根据公式
计算谐振频率为47.23Hz。
可用试验电压，根据国标GB 50150中的相关要求，330kV交联电缆应采用20-300Hz交流耐压试验，耐压试验电压为1.7U0(或1.3U0)，试验时间为60min。其中1.7U0电压为1.7*190kV＝323kV，1.3U0为1.3*190kV＝247kV。
计算中性点电压，当实验电压采用1.7U0时，中性点电压为107.7kV。当实验电压采用1.3U0时，中性点电压为82.3kV。经与厂家确认，中性点电压在107.7kV下运行60min满足设计要求。因此两个实验电压均可行。
回路电流计算，根据不同并联关系下的总回路电感和频率，计算得到1.3U0下的电流为119.1A，1.7U0下的电流为155.7A。经计算，两种电压下的铁心发热均满足电抗器设计要求，因此两个实验电压均可行。
为了更好的考核电缆绝缘水平，试验电压优选1.7U0。
试验升压装置参数选择。电抗的有功功率为P＝I2R＝139.40kW。流经励磁变副边的电流即为串联谐振回路的回路电流，即155.7A。因此可估算励磁变输出电压为u＝P/I＝895.4V。此时采用变比为350:2000的励磁变，励磁变输入电压应为156.7V，输入电流为889.64A，可选用输出功率≥200kW，输出电压0～350V连续可调的变频柜即可。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种带有单相并联电抗器的电缆线路耐压试验方法，其特征在于，采用支撑法接线方式的单相并联电抗器和电缆串联谐振进行交流耐压试验。
2.根据权利要求1所述的一种带有单相并联电抗器的电缆线路耐压试验方法，其特征在于，将三相电抗器的中性点接地打开；将其中两个单相电抗器的中性点套管端部短接后，与试验励磁变副边高压侧连接；这两个单相电抗器高压侧套管端部短接后，与第三相电抗器的中性点套管连接；第三相电抗器高压套管与电缆连接。
3.根据权利要求1所述的一种带有单相并联电抗器的电缆线路耐压试验方法，其特征在于，包括以下步骤：计算在支撑接线方法下电抗器的电感，根据电抗器的电感值和电缆的电容值计算谐振频率，判断该频率是否满足标准要求；根据电缆交流耐压试验所要求的电压，计算试验回路的电流值，以及流经电抗器各绕组的电流值；校核电抗器的中性点电压是否满足设计要求，电抗器的发热是否满足设计要求；根据满足电抗器设计要求的试验电压，对试验系统的励磁变和变频柜进行参数选型。
4.根据权利要求1所述的一种带有单相并联电抗器的电缆线路耐压试验方法，其特征在于，试验方法包括确定试验频率，根据电缆单位长度电容量和电缆总长度，计算得到单相电缆的对地电容值C；并联电抗器的电抗值是固定的，当单相电抗值为L时，根据接线方式的不同，可得到多种不同的电感值；当接线方式为单相时，电感值为L；支撑法接线后的总电感值为1.5L，此时谐振频率为
判断该谐振频率f是否在20Hz～300Hz之间，如果不在该范围，则试验不可行。
5.根据权利要求1所述的一种带有单相并联电抗器的电缆线路耐压试验方法，其特征在于，试验方法包括确定试验电压，根据试验对象电缆的电压等级确定试验电压，根据国标GB 50150进行确定。
6.根据权利要求1所述的一种带有单相并联电抗器的电缆线路耐压试验方法，其特征在于，根据标准220kV及以上电缆的试验电压有两个可选项，因此有2种试验电流，试验方法包括计算回路电流，I＝2πfCU＝U/(2πfLz)。
7.根据权利要求6所述的一种带有单相并联电抗器的电缆线路耐压试验方法，其特征在于，计算中性点电压，当实验电压为1.7U0时，中性点电压为1.7U0/3；当实验电压为1.3U0时，中心点电压为1.3U0/3；中性点耐压水平需要由电抗器生产厂家提供；在满足要求的情况下选择尽可能高的电压水平。
8.根据权利要求6所述的一种带有单相并联电抗器的电缆线路耐压试验方法，其特征在于，在试验电压确定后，校核电抗器发热情况，在60min的试验时间内，发热情况满足电抗器设计要求，则可以采用该接线方法。
9.根据权利要求6所述的一种带有单相并联电抗器的电缆线路耐压试验方法，其特征在于，试验方法包括估算试验升压装置的参数，试品上的无功容量为2πfCU2，回路整体的品质因数为Q，则试验系统的容量为2πfCU2/Q，流经励磁变的电流为2πfCU，励磁变输出电压为U/Q；当励磁变变比为n时，变频柜输出电压为U/nQ；判断该参数是否超出现有励磁变和变频柜的电压和容量限制。
10.根据权利要求1所述的一种带有单相并联电抗器的电缆线路耐压试验方法，其特征在于，试验方法包括判断电力电缆在运行中，是否有配高压并联电抗器，如果电缆线路有配置并联电抗器，在条件满足的情况下，可以采用高压并联电抗器部分替代试验电抗，完成电缆的交流感应耐压试验。
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