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中試控股技術研究院魯工為您講解：電纜電壓檢查儀（電科院）

ZSBP-108KVA/108KV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置

全自動模式、半自動模式、手動模式

實時顯示試驗狀態，用戶可根據試驗狀態進行相應操作。

參考標準：DL/T 849.6-2016，DL/T 474.4-2018

變頻串聯諧振耐壓試驗裝置：變頻串聯諧振耐壓試驗裝置采用了調節電源的頻率的方式使得電抗器與被試電容器實現諧振，在被試品上獲得高電壓大電流，是當前高電壓試驗的一種新的方法和潮流，在國內外已經得到廣泛的應用。
采用了專用的SPWM數字式波形發生芯片，頻率分辨率16位，在20~300Hz時頻率細度可達0.1Hz；采用了正交非同步固定式載波調制方式，確保在整個頻率區間內輸出波形良好；功率部分采用了先進的IPM模塊，在小重量下確保儀器穩定和安全。

變頻串聯諧振耐壓試驗裝置組成部分：變頻電源主機、激勵變壓器、電抗器、電容分壓器、補償電容器、測試附件組成。元器件（純進口）：功率器件：德國英飛凌，模塊：日本富士IGBT，芯片：英特爾等

參數
變頻串聯諧振耐壓試驗裝置采用了調節電源的頻率的方式使得電抗器與被試電容器實現諧振，在被試品上獲得高電壓大電流，是當前高電壓試驗的一種新的方法和潮流，在國內外已經得到廣泛的應用。
采用了專用的SPWM數字式波形發生芯片，頻率分辨率16位，在20~300Hz時頻率細度可達0.1Hz；采用了正交非同步固定式載波調制方式，確保在整個頻率區間內輸出波形良好；功率部分采用了先進的IPM模塊，在小重量下確保儀器穩定和安全。
1、輸入:電壓220V或者380V ±10%
2、頻率：45/65Hz
3、輸出電壓：0-250V
4、輸出波形：正弦波
5、頻率調節范圍：30-300Hz
6、頻率分辨率：0.01Hz
7、頻率穩定度：0.1%
8、頻率步進值：5Hz,1Hz，0.1Hz，0.01Hz
9、電壓分辨率：0.1kV
10、電壓測量精度：1.5%
11、電壓步進值： 1%，0.5%，0.1%，0.01%
12、運行連續工作時間：60分鐘
目前在國際和國內已有越來越多的XLPE交聯聚乙烯絕緣的電力電纜替代原來的充油油紙絕緣的電力電纜。但在交聯電纜投運前的試驗手段上由于被試容量大和試驗設備的原因，仍沿襲使用直流耐壓的試驗方法。

近年來國際、國內的很多研究機構的研究成果表明直流試驗對XLPE 交聯聚乙烯電纜有不同程度的損害。有的研究機構觀點認為XLPE 結構具有承儲積累單極性殘余電荷的能力，當在直流試驗后，如不能有效的釋放直流殘余電荷，投運后在直流殘余電荷加上交流電壓峰值將可能致使電纜發生擊穿。

我公司系列串聯諧振裝置主要用于10kV、35kV、66kV、110kV、220kV的交聯橡塑電力電纜，66kV、110kV、220kV的組合電器（GIS）的變頻交流耐壓試驗，水力和火力發電機或電力變壓器等的工頻交流耐壓試驗。其基本原理是采用可調節（30-300HZ）串聯諧振試驗設備與被試品電容諧振產生交流試驗電壓。

由于電纜的電容量較大，采用傳統的工頻試驗變壓器很笨重、龐大、大電流的工作電源現場不易取得，因此一般都采用串聯諧振交流耐壓試驗設備。其輸入電源的容量顯著降低，重量減輕，便于使用和運輸。初期都采用調感式串聯諧振設備（50HZ），但存在自動化程度差、噪音大等缺點。

因此現在大多采用變頻諧振，可以得到更高的品質因數（Q值），并具有自動調諧、多重保護、以及降低噪音、靈活的組合方式、單件重量輕等優點。

串聯諧振在電力系統應用中的優點：
1、所需電源容量大大降低。串聯諧振電源是利用諧振電抗器和被試品的電容諧振產生高電壓和大電流的，在整個系統中，電源只需要提供系統中有功消耗的部分，因此，試驗所需要的電源功率只有試驗容量的1/Q。
2、設備的重量和體積大大的減少。串聯諧振電源中，不但省去了笨重的大功率調壓裝置和大功率試驗變壓器，而且，諧振激磁電源只需要試驗容量的1/Q，使得系統重量和體積大大減少，一般為普通試驗裝置的1/5-1/30.
3、改善輸出電壓的波形。諧振電源是諧振式濾波電容，能改善輸出電壓的波形畸變，有效的防止了諧波峰值對試品的誤擊穿。
4、防止大的短路電流燒傷故障點。在串聯諧振狀態，當試品的絕緣弱點被擊穿時，電路立即脫諧，回路電流迅速下降為正常試驗電流的1/Q。而并聯諧振或者試驗變壓器方式做耐壓試驗時，擊穿電流立即上升幾十倍，兩者相比，短路電流，擊穿電流相差數百倍。所以串聯諧振能有效的找到絕緣弱點，又不存在大的短路電流燒傷故障點的憂患。

結構： 采用干式結構,絕緣耐熱等級H級,滿足干式變壓器國家規范要求；高﹑低壓繞組間和鐵芯設靜電屏蔽,既作為勵磁變,又是隔離變；內置過電壓保護,防止擊穿反擊。

為了防止電擊，接地導體必須與地面相連。在與本產品輸入或輸出終端連接前，應確保本產品已正確接地。
注意所有終端的額定值：為了防止火災或電擊危險，請注意本產品的所有額定值和標記。在對本產品進行連接之前，請閱讀本產品使用說明書，以便進一步了解有關額定值的信息。
在有可疑的故障時，請勿操作：如懷疑本產品有損壞，請本公司維修人員進行檢查，切勿繼續操作。
請勿在潮濕環境下操作
請勿在易爆環境中操作
保持產品表面清潔和干燥

利用串聯諧振試驗設備進行工頻耐壓試驗的特點是：

(1)供電變壓器T和調壓器AT的設備容量小。這是因為上面曾分析過的，試品上的電壓Uc=QUs。Us為高壓供電電壓，既然高壓回路中流過的電流是一樣大的，所以供電變壓器和調壓器的容量，在理論上可比試驗所需容量小Q倍。

(2)串聯諧振裝置所輸出的電壓波形較好。這是因為僅對工頻(基波)產生諧振，而對其他由電源所帶來的高次諧波分量來說，回路總阻抗甚大.所以試品上諧波分量甚弱，試驗波形就較好。

(3)若在試品耐壓過程中，發生了閃絡，則因失去了諧振條件，高電壓立即消失，從而使電弧即刻熄滅。

(4)恢復電壓之建立過程較長，很容易在再次達到閃絡電壓之前控制電源跳閘，避免重復擊穿。

(5)恢復電壓并不出現任何過沖(over shoot)所引起的過電壓。

正因為上述(3)，(4)的特點，試品擊穿后所形成的燒傷點并不大，這有利于對試品之擊穿原因進行研究。由于以上的特點，這種裝置使用起來比較安全，既不會產生大的短路電流，也不會發生恢復過電壓。

下面我們將分析和說明上述的(4)，(5)兩個特點。

如果第二次的閃絡(重燃)出現在比第一次的耐壓值略低的電壓下，此時假設e的指數項衰減到5%左右，則nπ/Q≈3，即n≈Q。

由于諧振裝置中Q值總是較大的，故n值也較大。所以在另一次閃絡出現之前要經歷幾十個周期的時間，在此足夠長的時間內，很容易將電源切斷。

總之，利用串聯諧振裝置進行耐壓試驗是由局限性的，譬如不能用它進行外絕緣的濕閃及污閃試驗。

一、RLC串聯諧振的基本表現

在RLC串聯電路中，電抗X的值決定電路的性質。當X>0時，電路呈感性;當X<0時，電路呈容性;當X=0時，電路呈阻性，電壓和電流同相，電路的這種狀態叫串聯諧振。

下面做兩個實驗，進一步驗證串聯諧振的典型現象，深入探究串聯諧振的條件、特點、規律和具體運用。

[實驗1]：

在實驗電路中，保持電源電壓不變，使電源的頻率由低到高變化，我們可以觀察到指示燈由暗逐漸變亮，當電源頻率增大到一定數值時，指示燈的亮度達到最亮程度，

繼續增大電源頻率，指示燈又逐漸變暗。

[實驗2]：

在實驗電路中，我們把電容C換成可調電容，保持電源電壓和頻率不變，改變可調電容C的大小，使其電容量由小逐漸變大，我們也能觀察到指示燈由暗逐漸變亮，當可

調電容增大到某一數值時，指示燈亮度達到最大程度，繼續增大可調電容容量，指示燈又逐漸變暗。

二、串聯諧振的基本條件

1、串聯諧振的定義：在RLC串聯電路中，當電路端電壓和電流同相時，電路呈電阻性，電路的這種狀態叫串聯諧振。

2、串聯諧振的條件

當電路處于串聯諧振狀態時，電路呈電阻性，有Z=[R+2+(X-L-XC)+2]開方=R，根據X-L=X-C得，ωL=1/ωC，所以有f=f-0=1/2π(LC)的開方。

3、分析電路實現諧振的方法：

(1)當電源頻率一定時，可調節L或C的大小來實現諧振。

(2)當電路參數L、C一定時，可改變電源頻率來實現諧振。

三、串聯諧振的特點

1、阻抗最小，且為純電阻

Z=[R+2+(X-L-X-C)+2]的開方=R。

2、電路中電流最大，并與電源電壓同相I=I-0=U/R。

3、電路兩端電壓等于總電壓，電感和電容兩端的電壓相等，且相位相反，其大小為總電壓的Q倍(電壓諧振)。

U-L=I-0X-L=U/RX-L=ω-0LU/R=QU

U-C=I-0X-C=U/RX-C=U/RCω-o=QU

其中，Q=ω-0L/R=1/ω-0CR=ρ/R

Q為串聯諧振電路的品質因數。

深度分析：根據上式可知，減小電阻R的阻值，則電路消耗的能量就小，電路品質因數就高;增大線圈的電感量L，線圈儲存的能量就多，在耗能一定時，電路的品質因數

就高，說明電路的品質就好。

4、當電路發生串聯諧振時，電能僅供給電路中的電阻消耗，電源和電路間不發生能量轉換，而電感與電容間磁場能和電場能的轉換。