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中試控股技術研究院魯工為您講解：110kV高壓電纜交流耐壓試驗裝置

ZSBP-44kVA/44kV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置

11kV/300mm2電纜1km交流耐壓試驗，電容量≤0.3755uF，試驗頻率30-300Hz，試驗電壓28kV，試驗時間5min。
10kV開關等電氣設備的交流耐壓試驗，試驗頻率30-300Hz，試驗電壓不超過42kV，試驗時間1min。

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：ZSBP系列變頻串聯諧振耐壓試驗裝置，中試控股采用調節電源頻率的方式，使得電抗器與被試電容器實現諧振，從而在被試品上獲得高電壓大電流，因其所需電源功率小、設備重量輕體積小在國內外得到了廣泛應用，

是當前高電壓試驗的新方法和潮流。不會出現任何恢復過電壓。試品發生擊穿時，因失去諧振條件，高電壓也立即消失，電弧即刻熄滅，且恢復電壓的再建立過程很長，很容易在再次達到閃絡電壓前斷開電源，

這種電壓的恢復過程是一種能量積累的間歇振蕩過程，其過程長，而且不會出現任何恢復過電壓。

ZSBP-44kVA/44kV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置主要技術參數
1.額定容量：44kVA
2.額定電壓：22kV；44kV
3.額定電流：2A；1A
4.測量精度：系統有效值1.5級
5.工作頻率：30-300Hz
6.裝置輸出波形：正弦波
7.品質因素：裝置自身Q≥30(f=45Hz)
8.波形畸變率：輸出電壓波形畸變率≤1%
9.輸入電源：單相220或三相380V電壓，頻率為50Hz
10.工作時間：額定負載下允許連續60min；過壓1.1倍1分鐘
11.溫    升：額定負載下連續運行60min后溫升≤65K
12.保護功能：過壓、過流、零位啟動、系統失諧（閃絡）等保護功能
13.環境溫度：－20℃-55℃
14.相對濕度：≤90%RH
15.海拔高度:≤3000米

交流耐壓試驗是電力設備絕緣強度有效和直接的方法，是電力預防性試驗的一項重要內容。 此外，由于交流耐壓試驗電壓一般比運行電壓高，因此通過試驗后，設備有較大的安全裕度，因此交流耐壓試驗是電力設備安全運行的一種重要手段。一般變頻串聯諧振試驗裝置來進行交流耐壓試驗。  
試驗電壓的確定 
交流耐壓試驗中，關鍵的問題就是正確選擇試驗電壓的數值，一方面要求能保證絕緣水平，另一方面要考慮因試驗電壓過高而引起的絕緣劣化。
一般應考慮以下幾個因素： 
1、在被試品上可能產生過電壓的數值、持續時間及其次數。如被試品遭受較高過電壓的可能性極小，則可不必采用過高的試驗電壓；如被試品（如直接與架空線連接的發電機）可能遭受到較高的過電壓時，則應適當提高試驗電壓的數值。 
2、電氣設備設計時采用的絕緣水平。
3、設備絕緣的狀況。設備在運行中由于各種條件的影響，使絕緣逐步劣化，絕緣性能下降，故在確定試驗電壓時，應考慮到絕緣損傷的程度和運行年限。例如，運行中設備的試驗電壓應為出廠時的75%~90%。
被試品是否被穿可按下述各種情況進行判斷： 
1、根據試驗時接入的表計進行分析，一般情況下，若電流表突然上升，則表明被試品擊穿（過流繼電器動作，自動跳閘）。但當被試品的容抗XC  與試驗變壓器的漏抗 XL之比不大于2時，雖然被試品擊穿，電流表指示也不會發生明顯的變化，有時還可能出現電流表指示反而下降的情況。 
若出現這種情況，應根據在高壓側的測量電壓裝置高壓側的電壓，被試品若擊穿，其電壓表只是要突然下降，而在低壓側測量的電壓表也要下降，但有時很不明顯。 
2、根據試驗控制回路的狀況進行分析。若過流繼電器整定值適當，則被試品擊穿時過流繼電器動作，電磁開關即跳閘。若整定值過小，可以在升壓過程中因被試品的電容電流過大而使過流繼電器動作而跳閘。 
3、根據被試品狀況進行分析。試驗過程中，如被試品發出響聲、斷續放電響聲、冒煙、產生氣體、有焦臭味、及燃燒等都是不能容許的，應查明原因。如查明這種情況來自被試品絕緣部分，則可以認為被試品存在問題或已確實被。 
什么是串聯諧振？ 
由于電力預防試驗大多是對于大容量和高電壓的電氣設備，建議采用工頻耐壓進行絕緣性能的檢測，也就是剔除了采用直流高壓發生器對于電氣設備絕緣性能檢測的使用要求，雖兩者都屬于破壞性試驗，但經過長期的研究，采用工頻耐壓的方式相對于直流耐壓穩定性，安全性要好，由于電氣設備的容量大，電壓高，往往像油浸式試驗變壓器一類的工頻耐壓設備無法滿足測試要求，在國內，為了達到這一目的，基本通過變頻串聯諧振來實現測量。 
變頻串聯諧振，“變頻”在串聯諧振電路中，通過調整可變的頻率范圍產生諧振條件，“串聯”是指在整個電路中的鏈接方式，串聯時，電壓相加，電流不變，“諧振”是指的諧振電路，組合起來就是我們常說的串聯諧振試驗裝置。
串聯諧振試驗前有什么條件？ 
試驗前條件分析 
當我們拿到試驗之后，我們要分析試驗的主體是什么，比如：電力電纜、變壓器、GIS組合器還是母線等等，針對不同的內容所施加的電壓不一樣，像同樣是變壓器，中性點接地和不接地的電壓等級就不同，而且接線也不同，電壓和容量直接影響串聯諧振試驗裝置的配置方案，所說的配置方案也就是連接方式，串聯方式、怎么串聯以及串聯幾個等等。 
要想達到串聯諧振的條件是當容抗等于感抗時，即可產生諧振的條件。 
串聯諧振試驗中控制逆變器的方法有調幅控制和脈沖調頻控制兩種。脈沖頻率調制方法實現起來比較簡單，可以在下面兩種情況下使用。 
1 )如果負載對工作頻率范圍沒有嚴格限制,這時頻率必須跟蹤,但相位差可以存在而不處于諧振工作狀態。 
2 )如果負載的Q值較高,或者功率調節范圍不是很大,則較小的頻率偏差就可以達到調功的要求。 

變頻串聯諧振采用的是諧振原理，在系統回路中產生一定頻率的電壓與回路中的電容，電抗產生諧振，其電容（試品）兩端產生諧振電壓后，再進行升壓，使電容兩端的電壓達到試驗電壓。

中試控股技術博士為您解答：串聯諧振耐壓試驗室利用電抗器的電感與被試品電容實現串聯諧振，這已經成為高電壓試驗的新的方向和潮流，在國內外得到了廣泛的應用。

串聯諧振有調感式和調頻式兩種：調感式采用可調節鐵心氣息的電抗器，通過調節電感量，使回路處于工頻諧振狀態，其缺點是噪音大，機械結構復雜，設備笨重，搬運困難。

調頻式采用固定電感電抗器，通過調節勵磁電源的頻率使其與試驗回路的固有頻率相同，串、并聯回路達到諧振狀態，從而在試品上產生高電壓或相對的大電流，達到試驗對試品耐壓試驗的目的，其特點是試驗設備體積小，重量輕，品質因素高，使用方便。

我們曾帶著變頻串聯諧振耐壓試驗成套裝置對35KV五星線2.3公里電纜做試驗。當時用直流泄漏耐壓試驗時，泄漏電流較大，不能很明確的對電纜薄弱擊穿等，對試驗結果很難下結論，當換做諧振耐壓試驗時，B、C兩相升壓到5000V時立即放電至2000V，通過我們沿路對電纜巡查時，發現2#中間接頭有放電的聲音。實踐證明變頻耐壓諧振能讓我們更有效的發現問題的薄弱點。    

中試控股技術博士為您解答：變頻諧振試驗裝置是利用無功補償原理,在完成發電機、電纜以及GIS組合電器的耐壓試驗是只需要較小容量和較低電壓的試驗電源就可以成功完成.同時,該試驗裝置還可用于變壓器、電流、電壓互感器等的現場試驗.這種試驗方法安全可靠,并能有效地檢出有絕緣缺陷的電氣設備.

       1 變頻諧振試驗的原理

       變頻諧振試驗的原理是利用組合設備的等效電容和已知電感量的高壓電抗器構成串聯回路,通過變頻電源調節試驗電源頻率使電路達到串聯諧振.這時,電容器和電抗器的無功功率平衡.

       2 變頻諧振系統的組件

       2.1 控制系統

       控制系統是變頻諧振系統的心臟模塊,它包含了所有的電子及控制模塊.所有的模塊放在一個控制柜中,操作屏在控制柜的上方,操作人員可以控制所有的功能、讀取新的測量值(電壓、頻率、電流等)、觀察系統的運行狀態.三相橋式連接變頻器的作用是將三相主電源電壓轉換成為可調幅方波電壓,通過主回路開關取得三相線電壓傳送到6脈沖轉換器整流,然后提供給電容組.方波輸出電壓由轉換橋以需要的輸出頻率產生,輸出電壓的有效值通過調整脈沖寬度實現無級可調.所有的控制信號由微處理器產生,系統產生一個預設頻率,或者自動將輸出頻率調整到諧振頻率.高壓系統根據操作人員的設置自動進行調諧,控制升壓、耐壓時間和關機.還可以通過設備的RS232接口與外部計算機聯接,從而控制整個系統進行自動測量.

       2.2 勵磁變壓器

       勵磁變壓器的作用是將控制單元的輸出變成諧振回路的輸入.其一次線圈和控制單元相連,二次線圈則取決于高壓回路的品質因數的期望值.勵磁變壓器可以做在電抗器的內部,或者做成獨立單元.

       2.3 高壓電抗器

       在諧振頻率下,電抗器與負載將勵磁方波電壓變成理想正弦波.高壓電抗器的參數選擇必須充分考慮到試品功率和頻率范圍.

       2.4 多級組合型電抗器

單級電抗器組合后可以滿足回路的優配置,保證輸出電壓和頻率范圍,每級電抗器的電壓等級可以單獨確定.這種電抗器的優點是組合方便、便于運輸,缺點是運行工況時間短.箱式電抗器是專門為電纜現場試驗設計的,為油浸式,自然冷卻電抗器.可以采用電容式瓷套管輸出,也可以采用電纜終端式回充SF6輸出.輸出的標準電纜成為系統的基本負載,與待測電纜的終端頭相連.

       2.5 電壓測量系統、耦合電容器和基本負載

       電壓測量系統包括一個分壓器和一個峰值電壓表,電壓表安裝在控制柜中,電壓值在操作屏上顯示.分壓器也可以當作耦合電容器和基本負載使用.在多級組合電抗器中,分壓器是獨立單元,而在SF6絕緣和箱型電抗系統中,分壓器已經安裝到電抗器中.

       2.6 試驗參數

       試驗參數主要包括:①試品的等效電容C:這個參數主要依靠經驗的積累,或通過生產廠家獲得;②試驗用電抗器的電感量L:原則是選擇使諧振頻率在30～300Hz;③回路的諧振頻率f:根據f=1/(2πlc)計算;④試驗電流I:根據I=ωCU計算;⑤試驗電壓U:電壓值的大小根據試驗規程具體確定.

       3 變頻諧振系統的應用和優點

       3.1 應用

       變頻諧振系統應用,具體情況如下:①新安變、龍古變、官田變GIS的耐壓試驗;②110kV新安變、七里變、豐城變、洛舍變、西山變、高林變、前村變、塘南變等多座變電所主變的耐壓試驗;③織里變2公里長的10kV電纜耐壓試驗;④塘橋變、長超變35kV電容器電纜耐壓試驗;⑤橫街變主變電纜共計12根一次完成;⑥青山變35kV壓變耐壓.

       3.2 優點

       大量的現場試驗證明,變頻串聯諧振成套試驗裝置能夠很好地滿足現場試驗高壓系統的要求,具有如下優點:

       (1)試驗電源容量較小,減輕了由于電源容量的不足對現場試驗的制約;

       (2)試驗裝置體積小,電抗器采用多級或疊積式結構,便于運輸和現場安裝;

       (3)試驗接線方便,操作簡單,大大縮短了試驗時間;

       (4)安全可靠性高,變頻裝置采用的IGBT及驅動回路輸出波形失真度小,頻率輸出穩定性好;

       (5)具有良好的IGBT、過電流、過電壓以及放電保護功能,能夠保護設備及人身安全.如在耐壓過程中發生擊穿時,由于電路失去諧振條件,電源輸出電流自動減小,試品兩端的電壓驟然下降,不會產生過電壓,放電能量小,因此對試驗裝置和試品不會造成較大危害;

       (6)試驗的等效性較好,采用接近工頻(30～300Hz)的交流電壓作為試驗電源,無論是在等效性和一致性上都與50Hz/60Hz的工頻電源非常接近,從而保證了試驗結果的真實性和可靠性.實踐證明,使用變頻串聯諧振系統不僅節約了大量人力和物力,還減少了試驗時間及系統停電時間,提高了供電可靠性,取得了較好的經濟效益和社會效益.