一种基于并联电抗器的电缆线路交流耐压试验方法及系统

摘要

本发明公开了一种基于并联电抗器的电缆线路交流耐压试验方法及系统，所述方法包括以下步骤：所述待试验电缆线路配备有并联电抗器，所述并联电抗器用于补偿电缆线路的对地电容电流；在采用串联谐振方式的电缆线路交流耐压试验中，通过所述并联电抗器替代试验电抗器，对电缆线路进行交流耐压试验。本发明在电缆交流耐压试验时，采用电缆线路的并联电抗器替代试验电抗器，避免了大吨位的试验电抗器运输、吊装困难以及试验电抗器本身的高额购置成本。

说明书

技术领域

本发明属于电缆线路耐压试验技术领域，特别涉及一种基于并联电抗器的电缆线路交流耐压试验方法及系统。

背景技术

随着城市发展，长距离高电压等级电缆在城市中应用规模日益扩大。电缆线路的薄弱环节是终端头和中间接头，由于设计不良或制作工艺不良、材料不当而带有缺陷；其中，有的缺陷可在施工过程和验收试验中检出，但更多的是在运行中逐渐发展、劣化。因此，在新敷设电缆的时候，采用交流耐压试验方法对电缆的绝缘水平和接头工艺进行检测，能够提前发现隐患和缺陷，确保电缆运行的安全可靠。

近年来，由于电缆截面大、距离长，对地电容相较以往的电缆线路大幅提高，对试验场地、设备数量、投入试验人员都提出了更高的要求。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。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。

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％；综上，亟需一种新的基于并联电抗器的电缆线路交流耐压试验方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于并联电抗器的电缆线路交流耐压试验方法及系统，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明采用电缆配备的并联电抗器作为补偿电抗，能够降低试验的设备要求。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种基于并联电抗器的电缆线路交流耐压试验方法，包括以下步骤：

所述待试验电缆线路配备有并联电抗器，所述并联电抗器用于补偿电缆线路的对地电容电流；

在采用串联谐振方式的电缆线路交流耐压试验中，通过所述并联电抗器替代试验电抗器，对电缆线路进行交流耐压试验。

本发明的进一步改进在于，所述通过所述并联电抗器替代试验电抗器的具体步骤包括：

根据所述并联电抗器的电感值和待试验电缆线路的电容值，获取试验回路的谐振频率，判断获得的谐振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，计算获得试验回路的电流值，以及流经电抗器各绕组的电流值；

综合对比不同试验电压及试验电流下，电抗器的绕组电压、绕组电流是否满足设计要求，电抗器的发热是否满足设计要求，选择发热量最小的试验参数方案；

基于满足电抗器设计要求的试验频率、试验电压、试验电流，对试验系统的励磁变和变频柜进行参数选型。

本发明的进一步改进在于，所述根据所述并联电抗器的电感值和待试验电缆线路的电容值，获取试验回路的谐振频率的具体步骤包括：

根据电缆单位长度电容量和电缆总长度，得到单相电缆的对地电容值C；

并联电抗器的电抗值固定，当单相电抗值为L时，谐振频率为

本发明的进一步改进在于，所述根据所述并联电抗器的电感值和待试验电缆线路的电容值，获取试验回路的谐振频率的具体步骤包括：

根据电缆单位长度电容量和电缆总长度，得到单相电缆的对地电容值C；

采用两相并联共同接入试验回路，用于降低电感提供谐振频率；当单相电抗值为L时，谐振频率为

本发明的进一步改进在于，所述根据所述并联电抗器的电感值和待试验电缆线路的电容值，获取试验回路的谐振频率的具体步骤包括：

根据电缆单位长度电容量和电缆总长度，得到单相电缆的对地电容值C；

采用三相并联共同接入试验回路，用于降低电感提供谐振频率；当单相电抗值为L时，谐振频率为

本发明的进一步改进在于，谐振频率在20Hz～300Hz之间，通过提高试验频率，降低铁心中的磁通量，降低电抗器发热。

本发明的进一步改进在于，试验回路的电流值的计算表达式为，I＝U/(2πfL)；其中，U为确定的试验电压。

本发明的一种基于并联电抗器的电缆线路交流耐压试验系统，包括：试验电抗器；所述电缆线路交流耐压试验系统用于对配备有并联电抗器的电缆线路进行交流耐压试验；其中，所述并联电抗器用于补偿电缆线路的对地电容电流；

所述试验电抗器采用待试验电缆线路配备的并联电抗器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

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％。对于带有并联电抗器的电缆线路耐压试验，本发明采用并联电抗器作为补偿电抗，降低试验的设备要求。具体地，本发明的方法采用电缆线路所配置的高压并联电抗器，替代试验电抗器，对电缆进行交流耐压试验，包括：根据电抗器的电感值和电缆的电容值，计算试验回路的全部可能谐振频率，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；综合对比不同试验电压及试验电流下，电抗器的绕组电压、绕组电流是否满足设计要求，电抗器的发热是否满足设计要求，并在其中优选发热量最小的试验参数方案；根据满足电抗器设计要求的试验频率、试验电压、试验电流，对试验系统的励磁变和变频柜进行参数选型。本发明的有益效果在于：在电缆交流耐压试验时，采用电缆线路的并联电抗器替代试验电抗器，避免了大吨位的试验电抗器运输、吊装困难以及试验电抗器本身的高额购置成本。

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是本发明实施例的一种带有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并联电抗器的电缆线路耐压试验方法的流程示意图。

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中的附图，对本发明实施例中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利用电缆并联电抗器作为试验补偿电抗的电缆交流耐压试验方法，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，是否有配高压并联电抗器，该电抗器一般是用作补偿电缆线路的对地电容电流。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：

(1)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。

(2)确定可选的试验频率。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，谐振频率为

优选的，本发明实施例中还可以采用两相并联或三相并联，共同接入试验回路，来达到降低电感，提供谐振频率的目的。此时的谐振频率分别为

在满足谐振频率f在20Hz～300Hz之间的前提下，从降低电抗器发热的角度考虑，需要提高试验频率，降低铁心中的磁通量。

(3)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

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。

(4)计算不同电压、不同频率下的回路电流。根据标准220kV及以上电缆的试验电压有两个可选项。回路试验频率根据绕组并联数量不同，可以有3个可选项。因此共有6种可能的试验电流，I＝2πfCU＝U/(2πfL)。

(5)综合电抗器结构形式，如单相电抗器、三相电抗器，以及电抗器的磁路，优选试验方案。其中从考核电缆绝缘水平的角度而言，试验电压优选较高电压值。从电抗器绕组发热角度考核，试验电流优选较低电流值，即较低试验电压。从电抗器铁心发热角度考核，优选较低的试验电压、较高的试验频率频率。此外还要综合考虑电抗器绕组首、末端的长时耐压水平，电抗器磁路饱和情况等限制。

(6)估算试验升压装置的参数，试品上的无功容量为2πfCU

本发明实施例的一种基于并联电抗器的电缆线路交流耐压试验方法，具体包括以下步骤：

(1)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。

(2)计算单相电感值。并联电抗器每相绕组电感值约为L＝U

(3)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/I

(4)计算可用谐振频率，如表2所示。

表2.试验可用频率

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。

本发明实施例中，回路电流计算，根据不同并联关系下的总回路电感和频率，计算得到回路电流如表3所示.

表3.不同方式下的回路电流

本发明实施例中，由于该电抗为三相一体电抗器，其结构为三相五柱式，在三相并联情况下，全部的磁通量将通过两侧的旁轭，此时旁轭的发热不能满足设计要求，因此三相并联方式不宜采用。在1.7U0电压下，回路整体的电流较高，铁心发热也不能满足设计要求，因此1.7U0的试验电压也不宜采用。在1.3U0电压下，当采用单相绕组时，回路电流为145.9A，略微超过电抗器额定电流143A，试验频率57.85Hz，略微超过实际运行频率50Hz，具备试验可行性。当两相并联时，回路总电流为206.3A，单相绕组电流为103.2A，低于额定电流143A。试验频率为81.81Hz，超过额定频率50Hz，也具备试验可行性。在两种方案中优选，由于两相并联时频率更高，因此电抗器磁通量更低，铁心发热量更小，因此采用两相并联方法更合适。

试验升压装置参数选择。电抗的有功功率为P＝I

综上所述，本发明公开了一种带有并联电抗器的电缆线路耐压试验方法，该方法采用电缆线路所配置的高压并联电抗器，替代试验电抗器，对电缆进行交流耐压试验。并给出了采用高压并联电抗器的电缆交流耐压方案的优选方法：1)根据设计方案判断电缆线路是否配备有高压并联电抗器。2)根据电抗器的电感值和电缆的电容值，计算试验回路的全部可能谐振频率，判断该频率是否满足标准要求。3)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。4)综合对比不同试验电压及试验电流下，电抗器的绕组电压、绕组电流是否满足设计要求，电抗器的发热是否满足设计要求，并在其中优选发热量最小的试验参数方案。5)根据满足电抗器设计要求的试验频率、试验电压、试验电流，对试验系统的励磁变和变频柜进行参数选型。本发明的有益效果是：在电缆交流耐压试验时，采用电缆线路的并联电抗器替代试验电抗器，避免了大吨位的试验电抗器运输、吊装困难以及试验电抗器本身的高额购置成本。

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。