الخلاصة: يحلل هذا البحث أوجه القصور والمشاكل في اختبار تحمل الجهد المستمر على كابل XLPE. يتم إجراء اختبار تحمل جهد التيار المتردد للمجال من خلال مقارنة جهاز رنين تحويل التردد.
الكلمات الرئيسية: كابل الجهد العالي ، اختبار تحمل التيار المستمر ، اختبار تحمل التيار المتردد
مقدمة:
تستخدم كابلات الطاقة بشكل شائع كخطوط طاقة لمحطات الطاقة والمحطات الفرعية والمؤسسات الصناعية والتعدين ، وكذلك لعبور الأنهار والسكك الحديدية.
يمكن أن تشغل كبلات الطاقة المستخدمة كخطوط نقل وتوزيع حضرية والمؤسسات الصناعية والتعدين داخل الخط الرئيسي مساحة أقل من الأراضي ، وتجميل البيئة.
أدى تطوير بناء الطاقة الكهربائية مباشرة إلى تطوير البلد ، يلعب كابل الطاقة في بناء الطاقة دورًا مهمًا ، فهو يتأثر بالمناخ الخارجي ، الإخفاء ، دائم ، عزل عالي ، مقاوم للماء والحمض يمكن أن يكون جيدًا ، شد قوي ، الضغط ، والطاقة الكهربائية التي يحبها المستخدمون ، ولكن من السهل أن تظهر بعض الأخطاء أثناء الاستخدام ، مثل التلف الميكانيكي ، وتآكل الرصاص ، والشيخوخة الحرارية ، إلخ.
لذلك يجب أن يتحقق كابل الطاقة من عيبه الخفي من خلال اختباره الوقائي الروتيني لضمان التشغيل الطبيعي لنظام الطاقة.
وفقًا للإجراءات الموصى بها IEC840 أو CIGREWG21.03 ، فإن الغرض من الاختبار الميداني ليس اختبار جودة تصنيع الكابلات أو جودة تصنيع ملحقات الكابلات ، والتي تم تأكيدها في اختبار النوع واختبار المصنع.
الغرض من اختبار قبول إكمال المجال هو التحقق مما إذا تم تركيب الكابلات والملحقات بشكل صحيح.
قد يحدث تلف عرضي للكابلات أثناء عملية النقل والمناولة والتخزين والتمديد والردم.
تكون طريقة الفحص وفقًا لـ IEC229 ، بالنسبة للكابل الذي يكون سمك غلافه الخارجي أكبر من أو يساوي 2.5 مم ، يتم تطبيق 10 كيلو فولت تيار مستمر بين درع الكابل والأرض ويتحمل الجهد لمدة دقيقة واحدة.
توصي IEC بطريقتين لاختبار مقاومة الجهد لعزل الكابل الرئيسي:
DC تحمل الجهد: 3U015 دقيقة ؛
جهد تحمل التيار المتردد: U05 دقائق.
تتميز طريقة مقاومة جهد التيار المستمر التقليدية بمزايا الوزن الخفيف ، والتنقل الجيد ، والقدرة المنخفضة لمعدات الاختبار ، ولها تأثير جيد على تطبيق الكابلات المعزولة بورق الزيت. ومع ذلك ، بالنسبة لكابل XLPE ، فقد ثبت أنه ليس من المناسب اعتماد طريقة مقاومة جهد التيار المستمر من الناحية النظرية والتطبيقية.
تنص المادة 18.0.1 من GB على عناصر اختبار كابل الجهد العالي:
1. قياس مقاومة العزل.
DC تحمل اختبار الجهد وقياس التسرب الحالي ؛
اختبار ضغط التيار المتردد 3.
4. قياس مقاومة طبقة التدريع المعدنية ونسبة المقاومة للموصل.
5. تحقق من المرحلة عند طرفي دائرة الكابل ؛
6. اختبار زيت العزل للكابلات المملوءة بالزيت.
7. عبر اختبار نظام الاتصال.
لا يوجد عنصر اختبار مطلوب لاكتشاف المياه الداخلة لبطانة الكابلات والغمد الخارجي في المعيار الوطني. الآن تتم مناقشة الاختبار والحكم على النحو التالي:
1. نظرًا لأن أحكام المواصفة القياسية الوطنية لا يمكنها اكتشاف ما إذا كانت الطبقة المبطنة للغلاف الخارجي للكابل قد غمرت ، فإن عناصر الاختبار التي أضافتها المقاطعات تشمل:
1.1. استخدم مقاومة طلاء النحاس ونسبة مقاومة الموصل للحكم.
يتمثل الإجراء في قياس مقاومة التيار المستمر للدرع النحاسي والموصل عند نفس درجة الحرارة باستخدام جسر مزدوج الجدار.
عندما تزداد نسبة الطبقة الحالية إلى الأخيرة ، فهذا يشير إلى أن مقاومة التيار المستمر للدرع النحاسي تزداد ، وقد يتآكل الدرع النحاسي.
عندما يتم تقليل هذه النسبة مقارنة قبل بدء التشغيل ، فإنها تشير إلى أن مقاومة التلامس عند نقطة اتصال الموصل في المرفق من المرجح أن تزداد.
بشكل عام في التجربة الميدانية ، يتم قياس قيمة مقاومة الدروع الفولاذية وعزل التدريع ، ويتم استخدام نسبة المقاومة للحكم على ما إذا كان الغلاف الخارجي والبطانة قد غمرتا المياه.
1.2 استخدم megohmmeter لقياس قيمة مقاومة العزل للحكم.
خطواتها لاستخدام 500 فولت ميغا أوممتر البطانة المطاطية وطبقة الغلاف الخارجي للكابل البلاستيكي لمقاومة العزل ، عندما تكون مقاومة العزل أقل من 0.5 أوم لكل كيلومتر ، ثم استخدم الطريقة التالية لمزيد من الحكم ، يتم استخدام مقياس متعدد لقياس مقاومة العزل ، باستخدام مبدأ البطارية الجلفانية ، نتيجة للطبقة المعدنية للكابلات المطاطية والبلاستيكية ، والطبقة المدرعة ومواد الطلاء هي النحاس والرصاص والحديد والزنك والألمنيوم ، وما إلى ذلك ، عندما يكون الغلاف الخارجي للطبقة الداخلية للكابل في الماء ، القطب المعدني ، الجهد + على التوالي 0.334 ، 0.122 ، 0.44 ، 0.76 فولت ، 1.33 فولت ، المبدأ هو ،
عندما يتضرر الغلاف الخارجي للكابل المطاطي والبلاستيك ويتم نقل الماء إلى الكبل ، تكون المياه الجوفية عبارة عن إلكتروليت ، وسينتج الشريط الفولاذي المجلفن للطبقة المدرعة إمكانية -0.76 فولت على الأرض.
عندما يتضرر الغلاف الخارجي أو البطانة الداخلية ويأخذ الماء إلى الماء ، عندما تكون مقاومة العزل لكل كيلومتر أقل من 0.5 ميغا أوم ، يتم استخدام قلم المتر الموجب والسالب للمقياس المتعدد لقياس مقاومة العزل للدروع حتى الأرض أو الدرع لطبقة التدريع النحاسية بالتناوب. في هذا الوقت ، تكون الخلية الجلفانية المتكونة في حلقة القياس متصلة على التوالي مع الخلية الجافة في جهاز القياس المتعدد.
عندما تجعل مجموعة القطبية الجهد الإضافي ، تكون قيمة المقاومة المقاسة صغيرة.
على العكس من ذلك ، فإن قيمة المقاومة المقاسة أكبر.
لذلك ، عندما تكون قيم مقاومة العزل المقاسة بالاثنين أعلاه كبيرة ، فهذا يشير إلى أن الخلية الجلفانية قد تشكلت ، ويمكن الحكم على أن الغلاف الخارجي وطبقة البطانة قد تضررت وغمرت المياه.
على سبيل المثال ، تلف غمد الكابلات المطاطية والبلاستيكية ، المقاومة المقاسة 7 آلاف أوم و 55 ألف أوم على التوالي.
2 ، اختبار جهد الكبل ، المعيار الوطني لجهد التيار المستمر ، اختبار جهد التيار المتردد ، لكن المقاطعات المحلية وفقًا لحالتها الفعلية لاختيار واحد منها ، تتم الآن مقارنة مزايا وعيوب الاثنين على النحو التالي: لا ينبغي لكابل XLPE قم بإجراء اختبار جهد التيار المستمر ، ولكن يجب إجراء اختبار جهد التيار المتردد.
2.1 اختبار تحمل الجهد DC:
كمبدأ عام لاختبار الجهد العالي ، يجب أن يحاكي حقل جهد الاختبار المطبق على عنصر الاختبار تشغيل جهاز الجهد العالي.
في حين أن اختبار تحمل التيار المستمر فعال للغاية في اكتشاف العيوب في الكابلات المعزولة بالورق ، إلا أنه ليس بالضرورة فعالًا للكابلات المعزولة بـ XLPE ، وقد يكون له آثار سلبية ، خاصة في الجوانب التالية:
2.1.1 يختلف توزيع المجال الكهربائي لكابل XLPE تحت جهد التيار المتردد والتيار المستمر. طبقة العزل XLPE مصنوعة من البولي إيثيلين عن طريق الربط الكيميائي. إنه هيكل عزل مترابط ، وثابت عازلته هو 2.1-2.3 ، وهو أقل تأثراً بتغيرات درجة الحرارة.
تحت جهد التيار المتردد ، يتم تحديد توزيع المجال الكهربائي في الطبقة العازلة لكابل XLPE بواسطة ثابت العزل لكل وسيط ، أي أن شدة المجال الكهربائي تتناسب عكسياً مع ثابت العزل ، وهذا التوزيع مستقر نسبيًا.
تحت جهد التيار المباشر ، يتم تحديد توزيع المجال الكهربائي في طبقة العزل من خلال المقاومة الحجمية للمادة ويتم توزيعها بنسب مباشرة ، بينما معامل توزيع مقاومة العزل غير منتظم.
يختلف توزيع شدة المجال الكهربائي للتيار المتردد وتوزيع شدة المجال الكهربائي تمامًا ، خاصة في رأس طرف الكابل وصندوق الموصل وملحقات الكابلات الأخرى ، كما تختلف آلية التقادم للعزل تحت جهد التيار المتردد والجهد المستمر.
لذلك ، لا يمكن لاختبار جهد تحمل التيار المباشر محاكاة حالة التشغيل لكابل XLPE.
2.1.2 كابل XLPE سينتج" ؛ تراكم" ؛ التأثير تحت جهد التيار المستمر لتخزين الشحنة المتبقية أحادية القطب المتراكمة.
يستغرق تحرير هذه الشحنة المتبقية وقتًا طويلاً من تراكم الشحنة الناتج عن اختبار جهد تحمل التيار المستمر.
إذا تم تشغيل الكبل قبل إطلاق الشحنة المتبقية بالكامل ، فسيتم تثبيت الجهد المتبقي للتيار المستمر على جهد تردد الطاقة القصوى ، مما يجعل قيمة الجهد على الكابل تتجاوز الجهد المقنن في ظل ظروف التشغيل ، مما يؤدي إلى تسريع شيخوخة العزل وتقصير عمر خدمة الكابل ، أو حتى انهيار العزل.
2.1.3 من نقاط الضعف القاتلة لكابل XLPE أنه من السهل إنشاء فروع مائية في العزل. سوف تتحول فروع المياه بسرعة إلى فروع كهربائية تحت جهد التيار المستمر وتشكل التفريغ ، مما يسرع من تدهور العزل ويؤدي إلى الانهيار تحت جهد تردد الطاقة بعد العملية
ومع ذلك ، يمكن أن يحافظ فرع الماء على مقاومة جهد كبيرة لفترة من الوقت تحت جهد تشغيل التيار المتردد.
2.1.4 قد يتسبب الوميض أو الانهيار أثناء الاختبار الميداني للتيار المستمر على الجهد العالي في إلحاق الضرر بالعزل الطبيعي للكابلات والمفاصل.
بالإضافة إلى ذلك ، لا يمكن لاختبار جهد تحمل التيار المستمر العثور بشكل فعال على بعض العيوب تحت تأثير جهد التيار المتردد ، مثل ملحقات الكابلات ، والعزل إذا كان هناك تلف ميكانيكي أو عيوب في مخروط الضغط في غير محله.
عندما يكون من المرجح أن ينكسر العزل تحت جهد التيار المتردد ، فإنه غالبًا ما يكون غير قادر على الانهيار تحت جهد التيار المستمر.
يحدث انهيار العزل تحت جهد التيار المستمر عادة في المكان الذي لا يحدث فيه انهيار العزل تحت ظروف عمل التيار المتردد.
2.2 اختبار ضغط التيار المتردد:
نظرًا لأن اختبار جهد تحمل التيار المستمر لا يمكنه محاكاة شدة مجال التشغيل للكابل المعزول بـ XLPE ولا يمكنه تحقيق تأثير الاختبار المطلوب ، فإننا نعتبر استخدام اختبار الجهد العالي AC.
نظرًا لاختلاف قيمة السعة للكابل ، يجب علينا أولاً قياس قيمة السعة لكابل الطاقة قبل الاختبار ، وحساب تيار السعة تحت جهد الاختبار وفقًا لقيمة السعة ، وذلك لتحديد أداة الاختبار المناسبة.
2.2.1 من المفهوم أن الجهد المقدر لمعظم كابلات محطات الطاقة هو 6 كيلو فولت وأن طول معظم الكابلات أقل من 1.5 كيلومتر ، لذلك يمكننا اعتماد طريقة اختبار تحمل جهد التيار المتردد التقليدي.
إذا تم استخدام محول اختبار 50 كيلو فولت و 20 كيلو فولت أمبير ، يكون الحد الأقصى لتيار الخرج 1000 مللي أمبير. وفقًا لـ I=2π Fuc ، بأخذ كابل 6kV كمثال ، فإن قيمة السعة القصوى للكابل الذي تم اختباره بواسطة محول الاختبار هذا هي 265NF (F=50Hz ، U=12kV).
2.2.2 بالنسبة لبعض الكابلات ذات السعة الكبيرة ، مثل طريقة اختبار تحمل جهد التيار المتردد التقليدية ، فإن محولات الاختبار ذات السعة الكبيرة مطلوبة ، كما أن سعة منظم الجهد وإمدادات الطاقة كبيرة بشكل خاص.
غالبًا ما يكون من الصعب القيام بالموقع ، ونقل أدوات الاختبار ، وغالبًا ما يحتاج إلى استخدام سيارات كبيرة ، ورافعات ، وما إلى ذلك ، والتي تستغرق وقتًا طويلاً وشاقة.
لذلك ، وفقًا للحالة المحددة ، نستخدم اختبار تحويل التردد ، سلسلة أو سلسلة وطريقة الرنين المتوازي لإجراء اختبار جهد الكابل.
2.2.3 اختبار الجهد بتردد منخفض للغاية 0.1 هرتز:
وفقًا لقدرة الاختبار (الصيغة S=WCUS2=2∏ FUS2KVA ، سعة كبل C وفقًا للصيغة ، الولايات المتحدة - هي جهد الاختبار ، F - تردد الطاقة ، 50 هرتز في الصين) ، يمكن ملاحظة أن جهد التيار المتردد 0.1 هرتز و جهد 50 هرتز ، يحتاج الأول إلى طاقة مكافئة لـ 1/500 من الأخير ، وبالتالي ، يمكن استخدامه في المجال دون أي مشكلة لإنتاج معدات محمولة.
في الوقت الحاضر ، تُستخدم هذه الطريقة بشكل أساسي في اختبار كابلات الجهد المتوسط والمنخفض.
وفقًا للممارسة الميدانية ، عند إجراء اختبار تحمل الجهد لكابل XLPE ، يمكن أن يكون جهد الاختبار 1.5-1.8 مرة من 50 هرتز عند استخدام جهد التردد المنخفض للغاية البالغ 0.1 هرتز. من الأسهل العثور على عيوب عزل الكابلات مقارنة بجهد التيار المستمر ، كما أنه من الأسهل الكشف عن عيوب العزل وكسرها مقارنة بجهد التيار المتردد 50 هرتز.
2.2.4 اختبار الجهد الطنين لتحويل التردد:
لا يمكن لنظام اختبار طنين تحويل التردد أن يلبي متطلبات مقاومة الجهد لكابل XLPE عالي الجهد فحسب ، بل يتميز أيضًا بمزايا الوزن الخفيف والتنقل الجيد ، لذا فهو مناسب للاختبار الميداني.
يستخدم الجهاز مفاعلًا ثابتًا كمفاعل طنين لتحقيق الرنين بطريقة تعديل التردد. نطاق ضبط التردد هو 30-300 هرتز ، وهو ما يتماشى مع جهد التيار المتردد لتردد الطاقة وتردد الطاقة التقريبي (30 ~ 300 هرتز) الموصى به في CIGREWG21.09" ؛ إرشادات لإكمال اختبار الكابلات المعزولة ذات الجهد العالي المعزولة&مثل ؛.
يمكن لجهد التيار المتردد إعادة إنتاج نفس كثافة المجال مثل حالة التشغيل ، مع تكافؤ جيد وكفاءة عالية ومعدات محمولة وطول غير محدود تقريبًا للعينة.
للتلخيص ، في ضوء السعة الصغيرة والحجم لمعدات اختبار تردد طاقة مجال الكبل ، يسهل حملها وتشغيلها ، كما أن عيوب الكبلات أكثر فاعلية من مقاومة جهد التيار المستمر التقليدية ، وبالتالي فإن تردد الطاقة أو طريقة اختبار الرنين لتحويل التردد يجب اعتمادها لإجراء اختبار قبول إكمال حقل الكابلات.
علاوة على ذلك ، يمكن لجهاز طنين تحويل التردد أن يلبي متطلبات اختبار تسليم كبل XLPE لـ L10kV و 220kV وما فوق ، لذلك يُقترح أن تحمل الجهد الطنين لتحويل التردد يجب أن يكون الخيار الأول.