交联电力电缆试验分析(共7篇)
交联电力电缆试验分析 篇1
在现在农网中受出线空间的限制等影响,各电压等级的交联电力电缆的使用越来越多。为了解电缆运行状态,必须对其进行性能测试试验。对一些试验项目进行了简单介绍,对一些试验项目的优势与缺点进行了简单分析。
交联电力电缆的常规试验项目主要有绝缘电阻测试、直流泄漏测试、直流耐压测试、交流耐压测试、电缆护套测试等。在做试验项目时要了解试验项目的正确方法、现场的测试环境与安全情况,及影响试验的各种因素。更要理解试验项目的作用。因为是高压试验项目,所以试验时首先应注意安全(包过人身安全、试验设备安全和被试设备的安全),其次应注意影响电缆测试值的各种因素。如在做电缆绝缘电阻测量时,首先应了解电缆是电容设备在加压后会储存大量的电荷,测试完成后应充分的放电并接地。并了解测试时温度、湿度、电缆剩余电荷对电缆绝缘电阻测量值的影响。应尽量的多做一些试验项目,以进行综合性判断。
在电力电缆试验中主要的常规测试有主绝缘电阻测试(包过吸收比和极化指数)、电缆外护套绝缘电阻值和内衬层绝缘电阻、直流泄漏测试、直流耐压、交流耐压等。如需了解电力电缆的特出情况,就需要在做一些特出的试验。如电缆故障测试等。
在试验之前首先要了解我们试验目的是什么,我们对电力电缆试验的目的是检查电缆是否合格,有何隐患,以便及时处理确保设备的安全运行,我们在做每一项试验之前,我们都应知道该试验项目能发现电力电缆的什么类型的缺陷,不能发现电力电缆的什么类型的缺陷。因为判断电力电缆是否合格,不能只凭单项试验数据来判定,电力电缆是否合格需要多个试验项目的数据,来分析判断。
如电力电缆的绝缘电阻测试:他能够发现电缆的贯穿性绝缘缺陷,对电力电缆的整体性受潮、绝缘下降反应敏感,但不能发现一些间断性绝缘缺陷和高阻性绝缘缺陷。如绝缘介质中的气泡、杂质等。但直流耐压试验对发现绝缘介质中的气泡、杂质等,是十分有效的。然而该试验项目并不适合与交联聚乙烯电力电缆,这又是因为什么呢?让我们来分析一下。
直流耐压试验的主要作用在于检验电缆的耐压强度。因为直流耐压试验加压比较高,可以发现一些别的试验项目不能发现的电缆缺陷。如非贯穿性缺陷、高阻性绝缘故障、绝缘介质中的气泡等。电缆的直流击穿强度交流的二倍,所以电缆可以承受更高的直流电压。这就可以揭露一些低电压下不能发现的电缆隐患。如绝缘介质中的气泡、杂质等。很多情况下,我们用兆欧表检测电缆绝缘良好,而在直流耐压试验中发生绝缘击穿,可见直流耐压是检测高压电缆绝缘缺陷的有效手段。虽然直流耐压可以检测出一些不易发现的设备缺陷,但对高压交联绝缘电力电缆加压试验时,由于交流与直流电的特性差别,会给交联绝缘电力电缆带来一些伤害。
直流耐压试验为何会在交联聚乙烯绝缘电缆时产生副作用。是因为直流电压与交流电压下的电场分布特性不同引起的。我们先看一下直流耐压试验可能给高压交联聚乙烯绝缘电缆带来哪些伤害。
(1)高压交联聚乙烯绝缘电缆的有些缺陷是直流耐压试验很难发现的。如交联聚乙烯绝缘中的水树枝等绝缘缺陷。
(2)在交流电压作用下某些不应发生的问题,在直流耐压试验时却发生了击穿或留下缺陷,我们工作中就遇到过有些正常运行的高压电力电缆,在做过直流耐压试后投运不久就发生击穿事故。
(3)高压直流耐压试验会在交联聚乙烯材料中产生电荷累积效应,将加快绝缘老化,缩短电力电缆的使用寿命。
(4)由于高压直流耐压试验时的电压会高于平时运行电压几倍,会影响附近的其他电气设备。
交联聚乙烯电缆的预防性试验往往集中在很短的时间对所管辖的电缆进行试验,不仅劳动强度大,而且难以对每条电缆都进行仔细分析;高压电力电缆的交流耐压试验设备沉重复杂、试验环境要求较高且影响其他检修工作、试验时间较长,对周围的安全环境要求高,短时间内很难对所管辖的全部电缆进行试验。但长期用五、六倍电压做预防性耐压试验也是不合理的。
电缆泄漏电流的测量与直流耐压试验反应的电力电缆缺陷类型是不一样的。泄漏电流主要是反映介质整体受潮与整体劣化情况。直流耐压试验主要反应介质中的气泡和机械损伤等局部缺陷等。
依据泄漏电流判断绝缘状况时,应注意以下几点:
(1)在测量泄漏电流的过程中电压升高的每一阶段都必须注意观察电流随时变化的趋势。
(2)良好的绝缘在试验电压下的稳态泄漏电流值随着时间的延长应保持不变,有的略有下降。
为了保证泄漏电流测试值的准确性需要注意下列事项:
(1)试验加压时由于试验电压高(特别是35k V以上电压等级的电缆)通过被试电缆表面及周围空间的泄漏电流相当大,极大的影响着被试电缆的测试值。为保证测量数值的准确性,必须在测量时对电缆的两端加适当的屏蔽。我们在日常工作中就遇到过很多案例,如:某10k V高压柜出线电缆试验,电缆的一端在高压柜内,另一端在配电室,由于空间狭小在电缆没加屏蔽时测量值高达48u A,而再给电缆两端加上屏蔽再次试验时,其测量值下降到3u A。由此可见在电缆两端加适当的屏蔽,测试值的影响。
(2)测量的微安表应接在高压端,这是因为绝缘良好的电缆泄漏电流一般都很小,但设备及高压引线的杂散电流却相对较大,对测试值影响显著。此时如将微安表接在低压端进行测量,势必将杂散电流一起计入测试值。会与真实的泄漏电流值产生很大的误差。必须将微安表接在高压端进行测量,并注意屏蔽后才能获得准确的试验结果。
由于交、直流电压下电场分布的不同,导致了击穿特征的不一致。在认识到直流耐压对电缆的伤害后,我们加强了对交联聚乙烯电缆的交流耐压试验,相比直流耐压试验,交流耐压试验加压较低,虽然没有直流耐压试验给电缆带来的伤害,由于容量的关系,交流加压设备一般沉重复杂,其中一些还需要动用如吊车等设备,这非常不利于试验工作的开展。
所以应电力电网发展的要求,我们大力开展在线监测和新的试验方法以替代不适合的试验项目。如我们开展的电缆内外护套的带电检测。我们根据电力电缆铜屏蔽层与铠装层上的感应电荷的特点,(电力电缆的接地方式为单端双接地)我们在电缆铜屏蔽层与铠装层的接地点上分别串入电流表或安装电流测试装置。当电缆正常运行时电缆铜屏蔽层与铠装层上的感应电荷只有一点接地,无法构成电流回路,其电流表中的电流没有显示或电流很小。但当电力电缆的外护套破损时,其破损点与接地点形成了两点接地,其感应电荷也在两点之间形成电流回路,这样串联在铠装层上的电流表中就有相应的电流通过。同理当电力电缆的内护套破损时,其破损点与接地点也形成了两点接地,其感应电荷也在两点之间形成电流回路,这样串联在铜屏蔽层上的电流表中就有相应的电流通过。这样我们通过检测电流表的变化,就可以检测电力电缆外护套与内衬层是否破损。
为了充分对电力电缆的检测,避免对交联电力电缆的伤害,除泄漏电流为依据判断电缆绝缘优劣外,一般预防性试验只进行下列项目。
(1)测量电缆主绝缘的绝缘电阻值。
(2)检查直埋电缆的外护套、内衬层有无损伤。
以上论述说明对交联电力电缆的试验项目必须有正确的理解和认识。否则会给电缆带来不必要的伤害,甚至影响电缆的安全运行。毕竟我们试验的目的是检查电缆是否有无缺陷,以保证电缆的安全运行。而不是伤害电缆。
参考文献
[1]陆平.10k V交联电力电缆试验与故障预防[J].江西建材,2010.
[2]续磊,胡波.单芯电缆外护套接地的一种测试方法[J].中国电力教育,2010.
交联电力电缆试验分析 篇2
1 交联聚乙烯电力电缆的特性
交联聚乙烯 (XLPE) 属于固体绝缘, 它是由聚乙烯 (PE) 加入交联剂挤出成形后, 经过化学或物理方法交联成交联聚乙烯。聚乙烯绝缘虽然具有优良的电气性能, 但属于热塑性材料, 即有热可塑性, 当电缆通过较大的电流时, 绝缘就会熔融变形, 这是由聚乙烯的分子结构所决定的。聚乙烯的分子结构是呈直链状, 而交联聚乙烯是聚乙烯分子间交联形成网状结构, 从而改善了聚乙烯的耐热变形性能、耐老化性能和机械性能。
交联聚乙烯电缆与油纸电缆相比, 具有结构简单, 制造周期短, 工作温度高, 无油, 敷设高差不限, 运行可靠, 质量轻, 安装、维护简单和输电损耗小等优点。由于耐热性和机械性能好, 传输容量大, 不仅适用于中低压, 而且还可以应用到高压和超高压系统中。
2 交联聚乙烯电缆采用直流耐压试验具有明显的缺陷
传统的电缆现场高压试验采用直流耐压, 主要是由于电力电缆具有很大的电容, 现场采用大容量的试验电源不现实, 所以改为直流耐压试验, 以显著减小试验电源的容量。直流耐压试验一般都采用半波整流电路, 由于电缆电容量较大, 故不用加装滤波电容。对于35千伏以上的电缆, 试验电源采用倍压整流方式。试验中测量泄漏电流的微安表可接在低电位端, 也可接在高电位端。
通常直流试验所带来的剩余破坏也比交流试验小得多 (如交流试验因局部放电、极化等所引起的损耗比直流时大) 。直流试验没有交流试验真实、严格, 串联介质在交流试验中场强分布与其介电常数成反比, 而施加直流时却与其电导率成反比, 因此在直流耐压试验时, 一是适当提高试验电压, 二是延长外施电压的时间。正常的电缆绝缘在直流电压作用下的耐电强度约为400~600k V/cm, 比交流作用下约大一倍左右, 所以直流试验电压大致为交流试验电压的两倍, 试验时间一般选为5~10min。一般电缆缺陷在直流耐压试验持续的5min内都能暴露出来。
但由于交联聚乙烯电缆绝缘性能十分特殊, 进行直流耐压试验就可能不再是十分明智的选择了。曾经多次发生按标准进行直流耐压试验合格, 而正常运行不久就发生击穿故障问题。主要原因如下:
2.1 生产实践及研究均表明, 交联聚乙烯电缆结构具有一种“记忆”效应, 这种“记忆性”是在直流电压作用下产生的。
一旦电缆有了由于直流试验而引起的“记忆性”, 它就需要很长时间才能将这种直流偏压释放, 在此之前如果电缆投入运行, 直流偏压便会叠加在交流电压上, 使得电缆上的电压值远超过电缆的额定电压, 从而导致电缆绝缘击穿。
2.2 直流耐压不能有效地发现交流电压作用下的某些电缆缺陷。
实践表明, 一些直流耐压试验合格的电缆, 投入运行后, 在正常的交流工作电压作用下也会发生绝缘损坏。
2.3 交联聚乙烯电缆在运行中, 在主绝缘交联聚乙烯中逐步形成水树枝、电树枝, 这种树枝化老化过程, 伴随着整流效应。
由于有整流效应的存在, 致使在直流耐压试验过程中, 在水树枝或电树枝端头积聚的电荷难以消散, 并在电缆运行过程中加剧树枝化的过程。
2.4 由于XLPE绝缘电阻很高, 以致在直流耐压时所注入的电子不易散逸, 它引起电缆中原有的电场发生畸变, 因而更易被击穿。
2.5 由于直流电压分布与实际运行电压不同, 直流试验合格的电缆, 投入运行后, 在正常工作电压作用下也会发生绝缘故障。
3 交联聚乙烯电缆宜采用工频交流法进行耐压试验
对橡塑电缆绝缘施加50Hz正弦波形电压作耐压试验, 是最理想的试验方法。因为试验电压与运行工作电压性质相同, 在机理上有完全充分的代表性, 而且50Hz电压下电缆绝缘的各项特性和技术数据已被充分了解和掌握。近年来, 随着高电压试验技术的发展, 采用谐振法原理, 已经研制出了便于移动和试验电源容量较小的试验设备, 在现场试验中等长度的电缆。此试验方法简单有效, 试验设备可靠, 使用简便, 适合现场应用。采用这种方法, 可以得出满意的检测结果, 从而有效提升电力电缆运行的可靠性。
当然, 对交联聚乙烯电缆采用工频交流法进试验过程中需重视一些应注意的事项。
3.1 试验过程中要防止过电压的产生。
工频耐压试验时, 电压若不是由零逐渐升压, 而是在试验变压器初级绕组上突加电压, 这时将由于励磁涌流而在试品上出现过电压。若在试验过程中突然将电源切断, 对于小电容量试品, 会由于自感电势而引起过电压。上述二种情况, 都有可能造成被试品误击穿。因此, 进行工频耐压试验时, 应严格按照试验操作规程。
3.2 由于工频耐压试验是一种破坏性试验, 试验所采用的试验电压
往往比运行电压高得多, 过高的电压会使绝缘介质损失增大、发热、放电, 会加速绝缘缺陷的发展, 故在对设备进行工频耐压试验时应根据绝缘介质的不同及设备的运行状况的不同, 按照有关规程及试验标准选取相应的试验电压。
3.3 耐压试验过程中, 升压应当从零开始, 禁止在30%试验电压以上冲击合闸。
当试验电压升到40%以上时, 应均匀升压, 升压速度为每秒3%试验电压左右。升压过程中应监视电流的变化, 当保护动作后, 应查明原因, 消除后再进行试验。
3.4 工频耐压试验中, 加至试验标准电压后, 为了便于观察被试品的
情况, 同时也为了使已经开始击穿的缺陷来得及暴露出来, 要求持续1min的耐压时间。耐压时间不应过长, 以免引起不应有的绝缘损伤, 甚至使本来合格的绝缘发生热击穿。耐压时间一到, 应速将电压降至输出电压的25%以下, 再切断电源, 严禁在试验电压下切断电源, 否则可能产生使试品放电或击穿的操作过电压。
3.5 在试验过程中, 若由于空气的湿度、设备表面脏污等影响, 引起试品表面闪络放电或空气击穿, 应不能认为不合格, 应处理后再试验。结束语
直流耐压试验不能有效地发现高压交联聚乙烯主绝缘电缆的缺陷, 在直流电压下, 由于温度和电场强度的变化, 交联聚乙烯绝缘层的电阻系数会随之发生变化, 绝缘层各处电场强度分布因温度不同而各异, 在同样厚度下的绝缘层, 因为温度升高而击穿水平降低, 由于高压交联聚乙烯绝缘层厚, 因此不宜用于直流试验测试;交流耐压试验是检验交联电缆绝缘质量的有效手段。准确有效的掌握电缆各部位的运行状况有利于提高电缆的安全运行, 减少电缆在运行中的故障。
参考文献
[1]曹佳滨.交联聚乙烯电缆现场耐压试验的特点分析[J].绝缘材料2008, (3) .
[2]温定筠等.交联聚乙烯 (XLPE) 电缆交流耐压试验时间参数探讨[J].电网与清洁能源, 2010 (8) .
交联聚乙烯电缆耐压试验方法 篇3
近年来, 我国电力技术有着突飞猛进的发展, 伴随城市电网的改造工程, 山东的各发电公司开始越来越多的使用高压电力电缆, 尤其是交联聚乙烯电缆。虽然所有的电缆必须经检验合格后才能出厂, 但是在投入使用之前所有的环节, 包括运输、保存、安装等都有可能对电缆带来一定的损伤, 对未来的安全使用带来隐患
1 交联聚乙烯电缆直流耐压试验的缺点
根据对交联聚乙烯电缆线路进行高压试验后的结果看来, 使用直流耐压试验对交联聚乙烯绝缘电缆及其附件的缺陷检验的效果不明显, 存在以下几个缺点。
1.1电缆绝缘在直流电压时, 其电场的分布是由电缆材料的体积及其电阻率决定的, 而电缆绝缘在交流电压时, 它的电场分布则是由各介质的介电常数决定的, 所以电缆绝缘的电场强度在直流与交流电压时的分布是不同的。而且电缆的老化机理在两种不同的试验条件下也不尽相同。这样就导致了电缆的部分缺陷能在交流电压试验时检测出来, 这些缺陷却在直流电压试验中往往检测不出来。
1.2在做交流电压试验时, 交联聚乙烯电缆会产生电荷“记忆”, 会累积并存储剩余电荷, 而这些电荷需要很长的时间才能被释放出去。这时带有剩余电荷的电缆被投入使用运行后, 直流偏压就会叠加在工频电压峰值上, 这样会使得交联聚乙烯电缆的电压值超过额定电压值, 就会发生电缆绝缘被击穿的危险事故。
1.3在做直流耐压试验的时候, 由于电子会注入到聚合物介质内部空隙, 形成空间电荷, 使该处的电场强度降低, 试验时电缆就不易发生击穿[1]。而交联聚乙烯电缆的半导体凸出部位和绝缘杂质部位, 很容易形成空间电荷, 会降低这些部位的电场强度, 使其试验时不容易被击穿。可是在交流电压试验时这些部位在却是绝缘薄弱处, 容易发生击穿。
1.4该电缆在运行使用过程中存在一个严重的安全隐患, 那就是在绝缘内极易发生水树枝现象。由于直流电压为负极性高压, 如果电缆在检修或预防性试验中再承受直流电压, 会导致水树枝迅速转变为电树枝并形成放电, 加速绝缘老化, 最终在工频交流电压运行时击穿。而这些水树枝在交流电压下却能安全的运行一段时间。
2 交联聚乙烯电缆耐压试验方法
2.1 超低频法
在做工频试验试验时, 交联聚乙烯电缆的电容量相对来说比其他电缆的容量要大许多, 这种情况下的试验设备质量会变大, 现场操作不方便。而使用超低频 (0.1Hz) 耐压试验时, 理论上可以将容量降低500倍, 令使用的设备质量会降低非常多, 设备变得轻便很多。这样就可随时移动设备到现场进行试验。目前, 超低频法被广泛的应用在中低压电缆的试验中, 也因为这种电压的等级不高, 并不能用于电压高于66 k V的电缆试验中。
2.2 振荡电压法
振荡电压的试验方法是对电缆进行直流充电, 在一定的电压值达到后, 通过间隙对电阻电感放电, 得到一个阻尼振荡电压。这种方法虽能检测出部分电缆的绝缘缺陷问题, 也比直流耐压试验更加有效, 可是依旧有缺陷, 工频试验比振荡电压试验更有效。
2.3 谐振耐压法
谐振耐压法是在试验中改变电回路的电感与频率, 使其处于谐振的状态。一般对于试验时使用电压比较高, 电流比较大时多采用谐振耐压法。使用谐振耐压法时由于它的设备轻便的原因, 多用于做现场试验。这种试验方法有调感和调频两种调节方式, 以及串联和并联两种谐振方式。此试验方法被科研及实践证明是目前最安全有效的方法, 并被广泛应用。
3 现场验收试验实例
章丘供热站用变频谐振试验装置对6k V交联聚乙烯电缆进行了现场交流耐压验收试验。
3.1 电缆参数
试品型号为ZRC-YJV22-6/10, 该电缆用于2D热网循环水泵, 电缆长度为30m, 额定电压6k V, 线路起点为章丘供热站6k V配电室, 线路终点为2D热网循环水泵。
3.2 试验依据
GB50150—2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》
3.3 绝缘电阻
3.4 交流耐压试验及电容电流
3.5 电缆线路的相位
检查结果:正确。试验仪器:数字兆欧表FLUKE1550BNO:91320021、万用表。
3.6 检验结论
经检验该电缆合格。
4 结束语
直流耐压试验对于检验交联聚乙烯电缆有一定的安全隐患, 不适宜用于此种电缆的耐压试验。而交流耐压试验能有效的检验出交联聚乙烯电缆在运行使用前出现的各种意外损伤, 已经被普遍认为是检验交联聚乙烯电缆的最可靠的方法。
摘要:本文分析了交联聚乙烯电缆直流耐压试验的缺点 (电场分布不同, 电荷“记忆”效应, 空间电荷效应, 水树枝现象) 。简单地介绍了交联聚乙烯电缆耐压试验方法 (超低频法, 振荡电压法, 谐振耐压法) , 并介绍了章丘供热站用变频谐振试验装置对6k V交联聚乙烯电缆进行了现场交流耐压验收试验的实例。
关键词:交联聚乙烯电缆,耐压试验,发电厂
参考文献
交联电力电缆试验分析 篇4
1 交联电缆直流耐压试验的缺点
高电压试验技术的一个通用原则:试品上所施加的试验电压场强必须模拟高压电器的运行工况。这就意味着试验中的故障机理应与电器运行中的机理有相同的物理过程。按照此原则, 交联电缆进行直流耐压试验的缺点主要表现在以下几个方面。
1) 直流电压下, 电场强度是按照电阻率分布的, 而交联聚乙烯电缆绝缘层中的材料含有很多成分, 其电阻率分布是不均匀的, 同时电阻率受温度等因素影响比较大, 所以在直流电压下, 交联聚乙烯电缆绝缘层中的电场分布是不均匀的, 这就可能在直流试验过程中出现绝缘层有的地方电场很强, 有的地方电场却比较弱的情况, 导致局部绝缘击穿, 在运行中引起事故。
2) 交联聚乙烯电缆在直流电压下会产生“记忆”效应, 存储积累单极性残余电荷。一旦有了由于直流耐压试验引起的“记忆性”, 需要很长时间才能将这种直流电压释放。电缆如果在直流残余电荷未完全释放之前投入运行, 直流电压便会叠加在工频电压峰值上, 使得电缆上的电压值远远超过其额定电压, 从而有可能导致电缆绝缘击穿。
3) 直流耐压试验所施加的直流电压电场强度分布状况与运行中的交流电压电场强度分布状况不同, 直流耐压试验并不能模仿运行状态下电缆承受的过电压, 而且也不能有效的发现电缆本身及电缆接头和施工工艺上的缺陷。
实践也表明, 直流耐压试验不能有效地发现交流电压作用下的某些缺陷, 如在电缆附件内, 绝缘若有机械损伤等缺陷, 在交流电压下绝缘最易发生击穿的地点, 在直流电压下往往不能击穿。
2 交联电缆交流耐压试验方法
交联电缆交流耐压试验通常采用谐振交流耐压试验, 主要有两种方式:即可调电感型谐振试验方式和变频谐振试验方式。由于可调电感型谐振试验设备重, 可移动性差, 不利于现场使用, 所以多采用变频谐振试验方式进行。
变频谐振试验方法不但能满足高压交联电缆的耐压要求, 而且具有重量轻、可移动性好的优点, 适宜现场试验。该方法采用固定电抗器作为谐振电抗器, 以调频的方式实现谐振, 频率的调节范围为30~300Hz, 符合CIGRE WG21.09《高压绝缘电缆竣工试验建议导则》中推荐使用工频及近似工频 (30~300Hz) 的交流电压。这种交流电压可以重现与运行工况下相同的场强, 并已被证明是最有效的方法。
2.1 变频串联谐振原理
变频串联谐振耐压试验是利用电抗器的电感与被试品电容实现串联谐振, 这已经成为当前高电压试验的新的方向和潮流, 在国内外得到了广泛应用。变频式采用固定电感电抗器, 通过调节激励电源的频率使其与试验回路的固有频率相同, 串联回路达到谐振状态, 从而在被试品上产生高电压或大电流, 实现对被试品耐压试验的目的。其特点是试验设备体积小、重量轻, 品质因数高, 使用方便, 串联谐振的等值电路, 如图1所示。
图1中L为电感;C为电容 (包括被试电容、电容分压器、高压试验回路电容) 。
由图1可得:
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当串联谐振时, XL=XC;即:1/2πfC=2πfL;UC=UsXC/R=UsXL/R;谐振频率f=1/2π;谐振回路电流, 即试品电流为:
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谐振回路的品质因数为Q:
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则UC=QUs, 即被试品上的电压为励磁电压的Q倍。输入功率P=UsIscosδ, 谐振时, 负荷为纯电阻性的, 即cosδ=1, 故P=UsIs, 而加在被试品上的容量PS是施加的电压UC和电流I的乘积:
PS=UCIs=QUsIs=QP。
也就是在被试品上得到的容量为试验电源容量的Q倍。换言之, 小容量的试验变压器可以对大容量的试品进行耐压试验。实际试验回路中的Q值一般可以达到20~70, 激励电压仅为试验品谐振电压的1/Q, 激励功率亦为谐振功率的1/Q。
采用变频串联谐振的方法做电缆交流耐压试验, 可大幅度地减小试验电源容量, 如做2km长的110kV电缆交流耐压试验, 至少需要1500kVA以上容量的试验变压器和调压器, 而采用变频串联谐振的方法, 仅需要30kVA试验电源。
2.2 交联电缆变频串联谐振交流耐压试验装置及工作程序
1) 试验装置由调频电源、激励变压器、谐振电抗器和电容分压器组成。
被试品的电容与电抗器构成串联谐振回路, 分压器并联在被试电缆上, 用于测量被试电缆的谐振电压值, 并作为过电压保护信号。调频调压的功率经激励变压器耦合给串联谐振回路, 提供串联谐振的激励功率。
2) 试验工作程序:
首先调节调频调压电源输出频率, 根据谐振时被试电缆上的电压找到谐振点, 再增加调频调压电源输出电压, 使被试电缆上的电压达到规定值。在此电压值下, 保持规定的耐压时间后, 降低电压到零, 完成变频谐振耐压试验全过程。
3 试验标准
按照有关规定, 甘肃省电力公司已经取消了现场对交联聚乙烯绝缘电力电缆的直流耐压试验, 并根据相关国家标准结合行业要求相应制订了交联聚乙烯绝缘电力电缆交接及预防性试验的标准, 见表1。
4 运用实例
2008年4月15日, 对兰州供电公司35kV辛堡子变电所10kV出线电缆进行了交流变频串联谐振耐压试验, 在整个试验过程中, 没有发生闪络或击穿现象, 电缆安全运行至今, 见表2。
5 结束语
在实际的运用中, 除了交联电缆, 发电机、大型变压器、GIS组合电气、耦合电容器等设备在耐压试验时都呈现容性, 对于这些容性负载, 都可以采取串联谐振的方法进行交流耐压试验, 这不仅可以几十倍的降低电源容量, 减小设备体积, 还可以使试验更加安全、方便、有效。
摘要:列举了交联电缆直流耐压试验的缺点, 论述了变频串联谐振系统进行高压电力电缆谐振耐压试验的基本原理, 并通过采用变频串联谐振系统在工程实践中的应用实例, 论证了变频串联谐振方法在交联电缆现场交流耐压中的效果和可行性。
关键词:交联电缆,变频,谐振,试验
参考文献
[1]江苏省电力工业局, 江苏省电力试验研究所.电气试验技能培训教材[M].北京:中国电力出版社, 1998:256-258.
[2]李建明, 朱康.高压电器设备试验方法[M].北京:中国电力出版社, 2001:204-205, 231.
交联电力电缆试验分析 篇5
国家标准GB/T12706.3-2008中对目前国内大量使用的中压26/35k V交联聚乙烯绝缘电力电缆的例行电压试验规定, 制造厂可选择3.5U0/5min或2.5U0/30min任意一种进行试验。
GB/T12706.3-2008标准规定可以在两种试验方法中进行选择, 主要是考虑到电缆制造企业试验设备能力存在差异, 既能让大多数制造企业使用原有按GB/T12706-2002版本标准配置的试验设备, 在不增加投入的情况下可以进行试验, 也让具有更高电压试验设备的制造企业可以提高工作效率。
GB/T12706.3-2008标准对例行电压试验的规定主要是参考了IEC60502-2:2005。
中规定的例行电压试验3.5U0/5min和IEC60840:2004的情况确定。但IEC60502-2:2005适用的电缆的额定电压上限仅为18/30k V, 而适用于35k V交联电缆的标准为IEC60840:2004。
使用3.5U0/5min或2.5U0/30min两种试验方法, 试验时加到电缆上的场强前者比后者大40%, 而试验时间前者比后者少25分钟。两者效果是否等效, 迄今为止尚未见到有关的文献资料。
有电缆行业知名专家曾提出疑议, 认为将较高的例行电压试验列入国标, 并没有提高标准水平, 反而可能会对电缆绝缘造成损伤, 降低电缆使用寿命。
因此, 对两种电压试验方法进行试验研究, 明确两种电压试验方法对电缆的影响, 从而确定26/35k V交联电缆例行电压试验的较优方案, 对电缆制造企业和用户都有重要意义。
1.数据统计分析方法
国内、外大量的研究表明, 威布尔分布在绝缘击穿寿命统计方面已得到广泛应用, 特别适用于挤包绝缘电缆击穿的统计和分析, 击穿电压与电缆寿命正相关。IEC、IEEE和国标均有应用威布尔分布研究产品寿命的标准。因此在进行试验, 得到试验数据后, 采用威布尔分布对数据进行处理分析。
2.试验方案设计
2.1设计思路
采用两组材料、结构、生产设备和工艺完全相同的样品, 先分别各自进行3.5U0/5min和2.5U0/30min例行电压试验。然后在同一台试验设备上对两组经过电压试验的试样分别进行逐级电压击穿试验, 通过对试验结果统计分析, 比较两组试样的逐级电压击穿水平是否有显著差异。如果没有显著差异, 则可认为两种例行电压试验方法是等效的, 可选择效率较高的方法进行试验。反之则认为不等效, 应选择对电缆绝缘损伤较小的方法进行试验。
2.2试样考虑
直接用26/35k V交联电缆进行试验得到的结论是最直接、最可靠的, 但存在两个难题。一是电压击穿试验数据分散性大, 需要大量的试验样品进行多次试验才能得到足够的数据进行统计分析, 样品成本太大。二是有关资料显示, 26/35k V交联电缆平均击穿场强在30kV/mm以上, 电缆的绝缘厚度为10.5mm, 平均击穿电压高达300k V以上, 需要高电压试验变压器和高压试验终端, 投资巨大, 试验技术要求较高。
针对以上难题, 运用模拟试验原理, 采用较小的试验样品和较低的试验电压来模拟实际的26/35k V交联电缆进行试验。即采用相同的绝缘材料、相似的电缆结构制作样品, 通过精心设计样品的结构尺寸、选择合适的试验电压, 使样品承受的试验电场强度与实际的26/35k V交联电缆相近, 从而显著降低试验成本。
3.样品实现
3.1样品设计
样品结构示意图如图1所示。
样品设计的核心是保证样品与实际电缆尽可能相似, 即样品绝缘材料与实际电缆材料相似, 样品结构与实际电缆结构相似, 样品的设计场强与实际电缆的设计场强相似。以上要求, 采取下列方法来实现。
(1) 样品结构与实际电缆结构相似。
导体采用实心圆形铜导体, 其表面光滑, 故可省略导体屏蔽。电压试验用水做辅助电极, 水能和绝缘表面良好接触, 因此绝缘屏蔽和金属屏蔽也可省略。既保证了结构的相似性, 又降低了样品工艺难度和成本。
(2) 样品绝缘材料与实际电缆材料相同。
样品绝缘采用35k V化学交联料, 和实际电缆材料相同, 采用普通挤出机可顺利挤出。考虑到交联主要改变绝缘的热特性和机械性能, 对电性能基本没有影响, 为防止交联工序可能对绝缘带来的机械损伤, 因此不进行交联。
(3) 样品的设计场强与实际电缆的设计场强相似。
按照标准规定的绝缘厚度计算出26/35k V电缆例行试验的最大场强2.5U0时为11.54~8.02k V/mm, 3.5Uv时为16.15~11.22k V/mm (对应电缆截面为50~400mm) 。
从试验的严格性方面出发, 选取最小规格对应的最大场强进行样品设计。通过分析计算, 并从工艺可实现的角度考虑, 得到模拟样品结构尺寸和设计场强见表1。
从表1中数据可以看出, 按设计的结构尺寸和试验电压, 样品承受的最大场强只略大于相同试验条件下实际电缆承受的最大场强, 因此该样品设计可以满足要求。
3.2样品生产注意事项
(1) 所有样品应具有完全相同的生产条件和工艺, 要求样品的各道工序在一台设备上一次生产完, 开机过程中退火电压、温度、螺杆转速、收线速度等工艺参数保持稳定。
(2) 导体生产时, 线芯出拉线模后的所有过线导轮都进行磨光处理, 并用毛毯包裹收线盘卷筒表面和侧面, 确保导体表面光滑, 无任何机械损伤。
(3) 为与实际电缆有相似的工艺条件, 绝缘挤出采用与实际交联电缆生产相同的挤压式挤出方式, 加装相同的40+80+60目的滤网。
(4) 绝缘挤出尽可能避免带入杂质, 开机前对机头、料斗、螺杆进行彻底清理。
(5) 挤包绝缘前塑料塑化应均匀, 挤出物料表面光滑、有光泽、无杂质、无气泡、无焦料和无变色方可正式挤出。
(6) 绝缘生产过程中所有过线轮均应保证表面光滑, 转动灵活。收线盘采用塑料专用收线盘, 避免绝缘损伤。
3.3样品制备
样品数量需满足统计分析足够的样本数、试验设备的容量和试验时间的要求。根据使用的试验设备进行测算和模拟试验, 确定每个样品试验长度为10m, 每一个试验方法100个样品。为提高试验效率, 将样品分为10个一批, 每次一批10个样品同时试验。
取样采取每次取20个样, 试样交替截取, 其中奇数序号者为2.5U0组, 偶数序号者为3.5U0组, 分别用于两种方法试验。每次取样后随即进行试验, 每天试验一批, 在两天内完成试验。然后再取下两批样试验, 如此交替进行, 直至试验全部完成。
4.试验
4.1试验设备
(1) YDJ-100/10成套电压试验装置:容量10k VA, 最高输出电压100k V。
(2) Q3-V静电电压表:3档, 每档最高电压分别为7.5/15/30k V。
试验变压器输出端串联50kΩ水电阻, 限制击穿电流不致过大, 避免某个样品击穿时损伤同一批同时试验的其他样品。
模拟2.5U0和3.5U0例行电压试验 (以下简称2.5U0预处理和3.5U0预处理) 的试验电压用静电电压表直接测量, 逐级击穿电压的试验电压用YDJ-100/10成套电压试验装置的电压测量装置测量。
4.2试验环境条件
全部试验在室温下进行。
4.3逐级电压击穿电压和时间
通过查阅文献资料, 交联绝缘平均击穿场强在30k V/mm以上。因为样品绝缘厚度为0.7mm, 所以估计击穿电压应该在20k V以上。用样品进行实际验证, 从20k V开始, 级差电压2k V, 每级停留时间5s, 结果5个样品击穿电压都在24k V以上。综合各种因素, 最终确定逐级电压击穿试验起始电压16k V、级差电压为4k V、每级停留时间为5分钟。
4.4逐级电压击穿试验
每一批样品先浸水1h, 然后进行预处理。2.5U0预处理的电压值为6.5k V;3.5U0预处理的电压值为9.1k V。预处理完成, 随后立即进行逐级电压击穿试验, 直至该批样品全部击穿。记录每个样品的击穿电压和时间。
5.试验结果与分析
5.1试验数据处理
2.5U0和3.5U0预处理, 以及逐级电压击穿试验中样品击穿数量统计见表2。
通过对击穿试样查看, 2.5U0预处理有3个样品在预处理时击穿, 予以剔除。另有两个样品击穿点附近有明显机械损伤, 也予以剔除。合计有效数据95个。3.5U0预处理有2个样品在预处理时击穿, 予以剔除。另有3个样品击穿点附近有明显机械损伤, 也予以剔除。合计有效数据95个。
各级电压下击穿数量统计图如图2所示。
5.2数据分析
采用Excel的单变量求解进行计算, 逐级电压击穿试验的威布尔分布参数计算值见表3。
经验证两组数据的相关系数均达到0.95以上, 为高度相关, 说明试验结果符合威布尔分布, 求得的威布尔分布参数是有效的。
根据求得的威布尔电压分布参数可绘出威布尔概率密度函数图, 如图3所示。
从图中可以清楚地看到, 两种电压试验方法的威布尔分布密度图形状几乎完全一样, 说明两种预处理对电缆击穿电压的影响没有显著差异。
结语
(1) 运用模拟试验原理, 采用较小电缆和低电压来模拟中压26/35k V电缆进行电压试验, 对样品进行2.5U0和3.5U0预处理后进行逐级电压击穿试验。通过对逐级电压击穿试验获得的试验数据采用威布尔分布进行统计处理分析, 结果显示采用2.5U0/30min或3.5U0/5min电压试验对电缆击穿电压的影响没有显著差异。
(2) 中压26/35k V交联聚乙烯绝缘电力电缆, 采用现行有效的国家标准中规定的可任意选择的两种例行电压试验方法进行试验, 结果是等效的, 对电缆的使用寿命影响没有明显差异。
(3) 电缆制造企业和使用单位可根据实际情况, 在设备条件允许的前提下可以优先选择3.5U0/5min的试验方法进行例行电压试验, 从而提高工作效率。
摘要:本文从电缆电压击穿的基本原理出发, 设计了一种低成本的电缆寿命模拟试验模型, 对国家标准规定的两种中压26/35k V交联电缆的例行电压试验方法进行对比研究, 分析了两种例行电压试验方法对中压交联电缆使用寿命的影响。
关键词:电缆,试验电压,击穿,寿命影响
参考文献
[1]蒋佩南.交联电缆跨世纪的回顾与展望.交联电缆论文集[D].上海电缆研究所信息中心, 2006.
[2] (美) 蒙哥马利.试验设计与分析 (第6版) [M].北京:人民邮电出版社, 2007.
交联电力电缆试验分析 篇6
1 模式识别系统
模式识别系统具有两个工作工程, 即设计与实现。设计过程是指用来分类定量样本的分类器设计过程, 实现过程是指在设计过程基础上, 进行分类决策的过程。模式识别系统主要分为两个模块:一是统计模式识别系统, 由数据获取、预处理等4部分组成;二是结构模式识别系统。
1) 数据获取。数据获取是指用运算符号表示研究对象, 使计算机便于对各种不同对象进行分类识别。数据获取是以矩阵或向量的形式表示经测量、采样与量化所得的二维图形或一维波形。2) 预处理。预处理主要用来消除噪声, 保留有用的信息, 并对这些信息加强防护;对测量过程中退化的信息进行复原, 也能处理由其他多种因素导致的退化问题。3) 特征提取与选择。由于二维图形与一维波形获取的信息量都很庞大, 因此, 需要转变原始数据, 才能进行有效识别。这个过程可以通过特征提取与选择来实现, 并能充分反映出分类的本质。测量空间是指由原始数据组成的空间;特征空间是指进行分类识别的空间。4) 分类决策。分类决策是指根据样本训练集, 确定一个在分类过程中出现错误几率最小的统计方法, 将特征空间中的被识别对象划分到某一类别。
2 交联聚乙烯电力电缆局部放电模式识别总体原理
交联聚乙烯 (XLPE) 电力电缆局部放电模式识别总体原理结构如图1。
在上述模式识别系统基础上对整个过程进行监测, 即传感器用来获取数据, 通过软硬件处理, 提取放电信号, 最后由计算机与人工智能共同完成故障类型的诊断。本文主要介绍支持向量机诊断方法。
3 支持向量机基本原理
3.1 C-SVM算法
针对非线性分类的问题, 可先引进松弛变量, 放松约束;再引进由输入控件Rn至Hilbert控件H的变换φ, 将数据样本集 (Xi, Yi) , i=1, …, n, Xi∈Rd, Yi∈{+1, -1}映射为φ ( (X1) , Y1) , φ ( (X2) , Y2) , …, φ ( (Xi) , Yi) , 由此可以得出原始问题。
其中系数αi只有在对应的数据样本点 (Xi, Yi) 恰好使约束式中等号成立时, 才可能为非零值。
由此可得C-SVM (C-支持向量机) , 相应的数学描述为:
3.2 核函数
核函数方法是把n维矢量空间中的随机矢量x利用非线性变换φ映射到高维特征空间, 并在特征空间中设计线性学习算法。如果各坐标分量相互间仅具有内积作用, 在不需求出非线性变换φ的实际值, 只需满足Mercer要求下的内积, 便可得出测量空间相应的非线性算法。满足Mercer要求最常见的函数有许多, 如多项式函数、神经网络函数等, 不同核函数所构造的支持向量机也不相同。
3.3 分类
训练集既定为T={ (Xi, Yi) , L, (XM, YM}, 其中Xi∈X=Rm, Yi∈Y= (1, 2, L, n) , M表示训练样本数, m表示识别对象数量, n为类别数。根据确定的决策函数得出分类:。
最早应用支持向量机的是两分类问题, 而在实际应用中, 较常遇到为多分类问题。因此将两分类方法拓展到解决多分类问题的方法, 是支持向量机需要研究的重要问题。支持向量机所采用的直接决策函数, 若要拓展到可以用来解决多类问题, 具有一定的难度。随着研究的深入, 新方法陆续被推出, 如一对一算法、决策树SVM算法等。
3.4 样本训练
在实践过程中, 支持向量机方法能否解决多分类问题取决于训练集是否具有典型性。训练集应具有绝对权威性, 并能将识别对象的整体特征反映出来。因此, 在实际问题中, 学习样本应具有代表性, 以及能够反映对象整体特征。
样本来自4种典型放电模型所提取的特征量数据, 选取其中20个有效放电数据作为模式识别测试样本。四中放电类型 (内部放电、悬浮放电、沿面放电、针板放电) 分为A、B、C、D四类缺陷, 根据决策树算法从中挑选一类当做训练样本, 另外3类为负训练样本构建SVM1。例如, SVM1选取A类缺陷作为正训练样本, A类相应的数据则都标记+1, 另外三类相应的负训练样本则标记为-1, 如此, 便能依照SVM1分类器输出的数据符号判断样本是否A类数据。根据以上方法依次将B类数据作为正训练样本, 另外2类作为负训练样本构建SVM2, 依次类推, 进行C、D两类的识别。
4 结束语
选择支持向量机算法与核函数, 确定合适的分类算法是实现4种缺陷模型模式识别的重要前提, 通过决策树SVM算法节点合理安排顺序, 有利于实现最佳识别结果。
参考文献
[1]梁瑜.交联聚乙烯电缆局部放电检测技术及特征提取技术进展[J].电气开关, 2010.
交联电力电缆试验分析 篇7
1 交联电缆接头故障原因综析
交联电缆接头故障原因, 由于电缆附件种类、形式、规格、质量以及施工人员技术水平高低等因素的影响, 表现出不同的现象。另外, 电缆接头运行方式和条件各异, 致使交联电缆接头发生故障的原因各不相同。交联电缆允许在较高温度下运行, 对电缆接头的要求较高, 使接头发热问题就显得更为突出。接触电阻过大, 温升加快, 发热大于散热促使接头的氧化膜加厚, 氧化膜加厚又使接触电阻更大, 温升更快。如此恶性循环, 使接头的绝缘层破坏, 形成相间短路, 引起爆炸烧毁。由此可见, 接触电阻增大、接头发热是造成电缆故障的主要原因。造成接触电阻增大的原因有以下几点: (1) 工艺不佳。 (1) 连接金具接触面处理不佳。无论是接线端子或连接管, 由于生产或保管的条件影响, 管体内壁常有杂质、毛刺和氧化层存在, 特别是铝表面极易生成一层坚硬而又绝缘的氧化铝薄膜, 使铝导体的连接要比铜导体的连接麻烦, 工艺技术的严格性也要高得多。造成连接发热的主要原因除机具、材料性能因素外, 关键是工艺技术和责任心。施工人员不了解连接机理, 没有严格按工艺要求操作, 就会造成连接处达不到电气和机械强度。运行证明当压接金具与导线的接触表面愈清洁, 在接头温度升高时, 所产生的氧化膜就愈薄, 接触电阻就愈小。 (2) 导体损伤。交联电缆绝缘层强度较大剥切困难, 环切时如用电工刀划切, 有时干脆用钢锯环切深痕, 往往掌握不好而使导线损伤。剥切完毕虽然不很严重, 但在线芯弯曲和压接蠕动时, 会造成受伤处导体损伤加剧或断裂, 压接完毕不易发现, 因截面减小而引起发热严重。 (3) 导体连接时线芯不到位。导体连接时绝缘剥切长度要求压接金具孔深加5mm, 但因产品孔深不标准, 易造成剥切长度不够, 或因压接时串位使导线端部形成空隙, 仅靠金具壁厚导通, 致使接触电阻增大, 发热量增加。 (2) 压力不够。有些资料的制作接头工艺及标准图中只提到电缆连接时每端的压坑数量, 而没有详述压接面积和压接深度。施工人员按要求压够压坑数量, 效果如何无法确定。不论是哪种形式的压力连接, 接头接触电阻的大小与接触力的大小和实际接触面积的多少有关, 与使用压接工具的出力吨位有关。造成导体连接压力不够的主要原因如下。 (1) 压接机具压力不足。近年来, 压接机具生产厂家较多, 管理混乱, 没有统一的标准, 特别是近年生产的机械压钳, 压坑不仅窄小, 而且压接到位后上下压模不能吻合。还有一些厂家使用的是国外类型压钳, 由于执行的是国外标准, 与国产导线标称截面不适应, 压接质量难保证。 (2) 连接金具空隙大。现在交联电缆接头多数单位使用的连接金具, 还是油纸电缆按扇型导线生产的端子和压接管。从理论上讲圆型和扇型线芯的有效截面是一样的, 但从运行实际比较, 二者的压接效果相差甚大。由于交联电缆导体是紧绞的圆型线芯, 与常用的金具内径有较大的空隙, 压接后达不到足够的压缩力, 由于接触电阻与施加压力成反比, 因此导致接触电阻增大。 (3) 假冒伪劣产品质量差。假冒伪劣金具不仅材质不纯, 外观粗糙, 压后易出现裂纹, 而且规格不准, 有效截面与正品相差很大, 达不到压接质量要求, 在正常情况下运行发热严重, 负荷稍有波动必然发生故障。 (3) 截面不足。将交联电缆与油纸电缆的允许载流量, 在环境温度为2 5℃时进行比较, ZQ2-3×240油纸铜芯电缆允许载流量为420A, YJV22-3×150交联铜芯电缆允许载流量为476A, 因此, 可替代ZQ2-3×240油纸铜芯电缆。前者可用后者替代。如果交联3×150为铝芯电缆, 其载流量为364A, 而油纸3×240铝芯电缆的载流量才320A, 超出44A, 两者允许载流量基本相同, 或者说l50mm2交联电缆应用240mm2的金具连接才能正常运行。可见连接金具截面不足也是交联电缆接头发热严重的一个重要原因。 (4) 散热不好。对于绕包式接头和各种浇铸式接头, 其绝缘较电缆交联绝缘层为厚, 而且外壳内还注有混合物, 就是最小型式的热缩接头, 其绝缘和保护层还比电缆本体增加一倍多。这样无论何种型式的接头均存在散热问题。现行各种接头的绝缘材料耐热性能较差, J-20橡胶自粘带正常工作温度不超过75℃, J-30也才达90℃, 热缩材料的使用条件为-50℃~l00℃。当电缆在正常负荷运行时, 接头温度可达l00℃;当电缆满负荷时, 电缆芯线温度达到90℃, 接头温度会达140℃左右;当温度再升高时, 接头处的氧化膜加厚, 接触电阻随之加大, 经一定的通电时间, 接头的绝缘材料碳化为非绝缘物, 导致故障发生。
2 技术改进措施
综上所述增加连接金具接点的压力、降低运行温度、清洁连接金属材料的表面、改进连接金具的结构尺寸、选用优质标准的附件、严格施工工艺是降低接触电阻的几个关键周素。提高交联电缆接头质量的对策由于交联电缆接头所处的环境和运行方式不同, 所连接的电气设备及位置不同, 电缆附件在材质、结构及安装工艺方面有很大的选择余地, 但各类附件所具备的基本性能是一致的。所以, 应从以下几方面来提高接头质量: (1) 选用技术先进、工艺成熟、质量可靠、能适应所使用的环境和条件的电缆附件。对假冒伪劣产品必须坚决抵制, 对新技术、新工艺、新产品应重点试验, 不断提高, 逐年逐步推广应用。 (2) 采用材质优良、规格、截面符合要求, 能安全可靠运行的连接金具。对于接线端子, 应尽可能选用堵油型, 因为这种端子一般截面较大, 能减小发热, 而且还能有效的解决防潮密封。连接管应采用紫铜棒或1#铝车制加工, 规格尺寸应同交联电缆线芯直径配合为好。 (3) 选用压接吨位大、模具吻合好、压坑面积足、压接效果能满足技术要求的压接机具。做好压接前的截面处理, 并涂敷导电膏。 (4) 培训技术有素、工艺熟练、工作认真负责, 能胜任电缆施工安装和运行维护的电缆技工。提高施工人员对交联电缆的认识, 增强对交联电缆附件特性的了解。研究技术, 改进工艺, 制定施工规范, 加强质量控制, 保证安全运行。
3 结语
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