李 鄭

（中國水利水電第十四工程局有限公司機(jī)電安裝事業(yè)部，云南 昆明 650032）

CCS水電站500 kV電纜現(xiàn)場交接試驗分析

李 鄭

（中國水利水電第十四工程局有限公司機(jī)電安裝事業(yè)部，云南 昆明 650032）

隨著我國機(jī)電設(shè)備設(shè)計、制造及施工工藝等綜合實力的提高，我國機(jī)電產(chǎn)品已應(yīng)用于國際工程。本文結(jié)合CCS水電站500 kV電纜現(xiàn)場交接試驗及所選試驗設(shè)備參數(shù)估算做一個陳述，所取得的工程經(jīng)驗，對同類電站的工程建設(shè)具有借鑒意義，供同行參考。

CCS水電站；EPC；500 kV電纜；現(xiàn)場交接試驗；設(shè)備參數(shù)；估算

1 CCS水電站及電氣主接線概述

Coca Codo Sinclair科卡科多辛克雷（簡稱CCS）水電工程位于南美洲厄瓜多爾國東北部Napo省與Sucumbios省交界處，首部樞紐位于Quijos和Salado兩河交匯處下游，距首都基多公路里程約130 km。

水電站工程由首部樞紐、輸水隧洞、調(diào)蓄水庫、壓力管道、地下廠房（安裝8臺單機(jī)容量為205 MVA的水斗式水輪發(fā)電機(jī)組及其附屬設(shè)備）、500 kV GIS設(shè)備、進(jìn)廠交通洞及500 kV電纜洞（2條500 kV電纜出線）、地面控制樓、地面出線場等組成。

工程開發(fā)的主要任務(wù)是發(fā)電，以滿足厄瓜多爾國內(nèi)持續(xù)快速增長的電力需求。根據(jù)2010～2020年電力規(guī)劃，該電站裝機(jī)容量占國內(nèi)總裝機(jī)容量的1/3左右。CCS電站在投運(yùn)初期為系統(tǒng)內(nèi)裝機(jī)最大的電源，同時厄瓜多爾國電網(wǎng)正在把現(xiàn)有的230 kV電壓等級改造升級為500 kV等級的電網(wǎng)，此電站8臺機(jī)組投產(chǎn)后，將成為國網(wǎng)主力電源。主接線簡圖見圖1。

圖1 主接線簡圖

2 高壓電纜相關(guān)技術(shù)參數(shù)

型式：Cu XLPE（銅導(dǎo)體交聯(lián)聚乙烯）擠包絕緣電纜；制造廠：Nexans France （法國耐克森）。

電纜導(dǎo)體截面：1 600 mm2；標(biāo)稱電壓 U0/U（Um）：290/500（550）kV；系統(tǒng)額定頻率 60 Hz。

額定持續(xù)電流：1 400 A；電纜傳輸容量：1 200 MVA；冷卻方式：自然冷卻。

電纜敷設(shè)形式：三角形 clover，長度：A：795 m，B：802 m，C：810 m。

電纜電容量：0.176 μF/km，20℃時電阻最大值約 0.011 3 Ω/km。

電纜特性參數(shù)：500 kV電纜線芯導(dǎo)體直徑φ49 mm，電纜外徑φ149.5 mm，內(nèi)外屏蔽、XLPE三層共擠，單位電纜重量51 kg/m。

根據(jù)主合同規(guī)定，500 kV電纜及其附件采用IEC、IEEE及美國標(biāo)準(zhǔn)。

3 現(xiàn)場安裝簡圖

500 kV電纜從630.5 m高程的地下GIS終端室，沿500 kV出線電纜洞，再引到地面戶外終端電纜室，與地面戶外終端連接。500kV電纜在出線洞內(nèi)靠側(cè)墻三角形敷設(shè)，有電纜支架固定，左、右側(cè)各敷設(shè)二回6相12根單芯電纜，電纜出線洞高差約8m。500 kV電纜的始末兩端（地下主變洞主變壓器運(yùn)輸通道上方電纜廊道和地面出線場電纜隧道）布置適當(dāng)長度的預(yù)留段。500 kV電纜在空氣中布置，在電纜洞內(nèi)和地面出線場靠近電纜洞的電纜隧道內(nèi)，電纜三角形敷設(shè)，各相中心線之間距離≥400 mm，電纜中心線離墻（或地面）距離≥350 mm；在電纜兩端電纜水平布置時，兩相中心線距應(yīng)≥2D（D電纜外徑）

電纜安裝連接布置簡圖見圖2。

圖2 電纜安裝連接布置簡圖

電纜的現(xiàn)場安裝敷設(shè)、電纜終端的制作安裝及相關(guān)附件的安裝工作全部完成，應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場試驗。

4 現(xiàn)場試驗項目

①外觀檢查及電力電纜線路相位檢查；②電纜外護(hù)套試驗；③主絕緣電阻測量；④交流耐壓試驗；⑤耐壓后絕緣電阻測量。

5 試驗程序及設(shè)備參數(shù)估算

5.1 外觀檢查及電纜芯線相位檢查

試驗?zāi)康模和庥^檢查完好，電纜及電纜終端表面無損傷；屏蔽保護(hù)接地箱和接地箱外觀完好，接線符合圖紙要求，檢查電力電纜相位是否正確。

試驗方法：檢查相位的方法很多，現(xiàn)場用的最多的是燈泡法、萬用表法和搖表法。它們的原理都相同，只是使用的表計不一樣，統(tǒng)稱為導(dǎo)通法。

搖表法的檢查方法是將乙端被試芯線接地，在甲端用搖表分別檢查三相對地的電阻。電阻為零的一相與乙端接地相同相位，標(biāo)以相同標(biāo)號即可。

注意事項：檢查中搖表搖測芯線電阻時，搖表只能輕輕搖動，切不可快速搖動，以免損壞搖表。檢查后將兩端相位標(biāo)記一致即可。對于數(shù)字式絕緣表則只能用低電壓檔位來檢測，否則損壞儀表。

5.2 電纜外護(hù)套直流耐壓試驗

試驗?zāi)康模簷z測電纜在敷設(shè)后外護(hù)套是否受損或受潮。

試驗接線：將被試電纜屏蔽層接線與護(hù)層保護(hù)器及接地斷開；非被試電纜屏蔽層接線與護(hù)層保護(hù)器及接地可靠連接；將直流高壓發(fā)生器輸出端與被試電纜屏蔽層接線連接。

試驗方法：根據(jù)IEC 60229-2007第5章，外護(hù)套直流耐壓試驗施加電壓10 kV，在每段電纜金屬屏蔽與地之間施加直流電壓，持續(xù)時間1 min，后降低輸出電壓至零。試驗電壓持續(xù)時間內(nèi)不擊穿為通過。

5.3 絕緣電阻測量

試驗?zāi)康模弘娎|絕緣電阻的測量是檢查電纜是否受潮、臟污或存在局部缺陷，以及耐壓試驗中暴露出來的絕緣缺陷。

試驗方法：測量絕緣電阻是測量電纜芯對外皮或芯線之間及外皮間的絕緣電阻，通常用≥2 500 V的兆歐表測量。

注意事項：①測量絕緣電阻時，應(yīng)分別在每一相上進(jìn)行，對一相進(jìn)行試驗時，其他兩相導(dǎo)體、金屬屏蔽或金屬套和鎧裝層一起接地。②耐壓試驗前后，絕緣電阻測量應(yīng)無明顯變化

5.4 交流耐壓試驗原理及依據(jù)

交流耐壓試驗采用調(diào)頻式串聯(lián)諧振試驗裝置，變頻電源頻率為30～300 Hz，通過調(diào)節(jié)電源頻率，在30～300 Hz頻率范圍內(nèi)使所配置的高壓電抗器與被試設(shè)備電纜電容的阻抗趨于相等，即XL=XC，使回路到達(dá)諧振，來進(jìn)行交流耐壓試驗。此時，高壓電纜的容性電流與電抗器的感性電流相抵消，外來供給的能量僅為回路中消耗的有功功率，故需要的試驗電源容量較小。

原理接線簡圖見圖3。

圖3 交流耐壓試驗試驗接線

其中，TH：三相電源；VF：無局放變頻電源；T：勵磁變壓器；L：串聯(lián)電抗器；V：峰值表；F：電容分壓器；500 kV XPLE：電力電纜及電纜終端。

試驗時被試相加壓，非被試相芯線兩端接地短路。被試相電纜屏蔽層上的過電壓保護(hù)器在試驗時短路接地或拆除。

電纜試驗參照的標(biāo)準(zhǔn)是IEC-62067表10，交流絕緣試驗中試驗電壓波形應(yīng)為正弦波，試驗頻率在20～300 Hz之間，耐壓有效值為320 kV，耐受持續(xù)時間1 h。加壓程序及持續(xù)時間見圖4。

IEC-62067表10

圖4 加壓程序及持續(xù)時間

5.5 試驗設(shè)備參數(shù)估算

被試驗的500 kV電力電纜電容量計算（電纜電容量：0.176 μF/km），單相電纜最長約0.81 km，則500 kV電力電纜電容量大約為：0.81 km×0.176 μF/km＝0.143 μF

參數(shù)匹配計算：

擬采用333 kV 220 H-10%電抗器，即：333 kV 198 H 8A/節(jié)，兩節(jié)電抗并聯(lián)總電感量為99 H

串聯(lián)后的諧振頻率為：

高壓回路電流為：I=2πf CU=2×3.14×42.35×320×0.143×10-3=12.2 A＜16.0 A（電抗器最大允許通過電流）

現(xiàn)場試驗元件組合接線圖見圖5、6，在較低電壓（低于10%試驗電壓）調(diào)整諧振點(diǎn)時，勵磁變選5 kV輸出（與選10 kV輸出）時電流最小，故選勵磁變5 kV輸出檔作為試驗輸出電壓。

5.6 試驗儀器設(shè)備及型號規(guī)格

①數(shù)字式絕緣電阻測試儀，F(xiàn)LUKE F1550C 250～10 000 V；②無局放變頻電源（長沙海沃200 kW），HVFP-200，輸入電源 480 V、50～65 Hz，輸出電壓 0～350 V、0～571 A、20～300 Hz、精度 0.1 Hz、輸出電壓不穩(wěn)定度小于1%、局放水平小于10 pc、重量1.2 t；③勵磁變壓器（ZB-200 kVA），輸入電壓0.35～0.4 kV、輸入電流285.7×2、單相，輸出電壓40/30/20/10/5 kV、輸出電流5/6.7/15/20/40 A戶內(nèi)；④串聯(lián)諧振電抗器（2個），333 kV/220 H±10%/8A---3個抽頭；⑤分壓器2節(jié)，2×333 kV/4 000 pF；⑥試驗均壓線1根；⑦放電棒1根；⑧電容低壓臂 1 個，2.037 μF，600 V，分壓值 2 000：1。

圖5 現(xiàn)場元件接線圖1

圖6 現(xiàn)場元件接線圖2

5.7 試驗步驟

按現(xiàn)場試驗元件組合接線：

對電纜的主絕緣作耐壓試驗時，應(yīng)分別在每一相上進(jìn)行。對一相進(jìn)行試驗或測量時，其他兩相導(dǎo)體、金屬屏蔽或金屬套和鎧裝層一起接地；

設(shè)定過電壓保護(hù)：人工設(shè)定過電壓保護(hù)值；當(dāng)整套裝置的輸出電壓達(dá)到保護(hù)整定值時，自動切除整套裝置；

設(shè)定過電流保護(hù)：人工設(shè)定過電流保護(hù)值；當(dāng)整套裝置的輸出電流達(dá)到保護(hù)整定值時，自動切除整套裝置；

設(shè)定擊穿保護(hù)：當(dāng)高壓側(cè)發(fā)生對地閃絡(luò)時，自動切除整套裝置。不致對試驗設(shè)備和人身造成傷害；

自動掃頻，尋找諧振點(diǎn)：頻率范圍 20～300 Hz，自動找諧調(diào)整后，切換到手動控制狀態(tài)，進(jìn)行手動調(diào)壓；

在升壓過程中，要有人隨時呼喊電壓數(shù)值，要設(shè)專人監(jiān)視被試驗品、試驗設(shè)備，試驗中如發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)立即降低電壓斷開電源，待查明原因并排除后方能重新開始試驗。

5.8 試驗判定

在試驗過程中，未發(fā)生絕緣閃絡(luò)、放電、擊穿、過電流保護(hù)動作跳閘，則認(rèn)為絕緣正常，耐壓試驗通過。在耐壓試驗后，所測得的電纜絕緣電阻、吸收比與耐壓試驗前所測得值相比基本不變，則認(rèn)為正常，否則應(yīng)查明原因。

在試驗過程中，若受空氣濕度、溫度的影響，僅引起表面滑閃放電或空氣放電，則不應(yīng)認(rèn)為不合格。

試驗結(jié)束需要主絕緣電阻值應(yīng)無異常。耐壓試驗通過后，會同廠家、咨詢等確認(rèn)試驗結(jié)果，無疑異后方可宣布試驗結(jié)束，撤離現(xiàn)場。

6 試驗數(shù)據(jù)

500 kVⅠ回電纜的試驗數(shù)據(jù)見表1、2（500 kVⅡ回電纜待500 kVⅡ回架空線路形成后投入運(yùn)行）。試驗時間：2016年1月6日；試驗環(huán)境：溫度26℃，濕度80%RH。

表1 500 kVⅠ回電纜外護(hù)套直流耐壓試驗

表2 500 kVⅠ回電纜主絕緣交流耐壓試驗

分析：①C相電纜長度稍長，輸出電流略大。ABC三相電流實測值均與計算值相接近。②第一相（A）1 h試驗后，電抗器發(fā)熱較小，溫度僅38℃，不超過40℃，可以持續(xù)進(jìn)行BC相耐壓試驗。

7 結(jié)論

本試驗順利完成，500 kV電纜的絕緣性能滿足設(shè)計及IEC-62067規(guī)范，并滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及合同文件的要求，規(guī)范操作、保證試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，達(dá)到了現(xiàn)場交接驗收試驗的目的。

厄瓜多爾首批機(jī)組（1～4號），已分別于2016年5 月 5 日 11：00、4 月 27 日 9：42、5 月 8 日 16：28、5月12日02：14，完成了72 h試運(yùn)行工作，大量的電能通過500 kVⅠ回高壓電纜安全可靠遠(yuǎn)距離輸送至厄瓜多爾國電網(wǎng)，為500 kV電壓等級改造升級提供了安全可靠的運(yùn)行設(shè)備。二批機(jī)組（5～8號）已于2016年11月18日舉行投產(chǎn)發(fā)電儀式并通過500 kV圣納菲Ⅱ回架空線、500 kVⅡ回高壓電纜輸送大量電能給厄瓜多爾國家電網(wǎng)。

[1]黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司厄瓜多爾CCS水電站項目基礎(chǔ)設(shè)計階段水力機(jī)械及電氣設(shè)備報告［R］，2010.

[2]IEC62067-2011 額定電壓 U（Um）150 kV （170 kV）至 500 kV（550 kV）擠包絕緣電力電纜及附件的試驗標(biāo)準(zhǔn)［S］.

[3]IEC62271-203高壓開關(guān)及控制設(shè)備-Part 203 52 kV及以上氣體絕緣金屬封閉組合電器［S］.

[4]IEC 60229-2007電纜.帶特殊保護(hù)功能擠出外套的試驗［S］.

[5]IEEE 62-1995（R 2005）電力設(shè)備絕緣現(xiàn)場試驗導(dǎo)則［S］.

[6]四川電力試驗研究所.高壓電氣設(shè)備試驗方法［M］.2版，2004.

TM75

B

1672-5387（2017）10-0019-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.10.007

2017-07-21

李 鄭（1965-），男，高級工程師，從事大、中、小型水電站機(jī)電安裝工程電氣檢測、調(diào)試及技術(shù)指導(dǎo)工作。