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中試控股技術研究院魯工為您講解：10kv電纜耐壓試驗裝置

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。

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

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

裝置主要組成

1、變頻電源  ZSBP-4kW

2、激勵變壓器       ZSJL-3kVA

3、高壓電抗器       ZSDK-22kVA/22kV

4、電容分壓器       ZSFY-3000pF/50kV

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。

主要功能及特征

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。

特點：

1、裝置具有過壓、過流、零位啟動、系統失諧（閃絡）等保護功能，過壓過流保護值可以根據用戶需要整定，試品閃絡時閃絡保護動作并能記下閃絡電壓值，以供試驗分析。

2、整個裝置單件重量很輕，便于現場使用。

3、裝置具有三種工作模式：全自動模式、手動模式、自動調諧手動升壓模式；方便用戶根據現場情況靈活選擇，提高試驗速度。

4、能存儲和異地打印數據，存入的數據編號是數字，方便識別和查找。

5、裝置自動掃頻時頻率起點可以在規定范圍內任意設定，掃頻方向可以向上、向下選擇，同時液晶大屏幕顯示掃描曲線，方便使用者直觀了解是否找到諧振點。

6、ZSBP-44kVA/44kV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置采用DSP平臺技術，可根據用戶需要增減功能和升級，人機交換界面更為人性化。

7、所需電源容量大大減小。串聯諧振電源是利用諧振電抗器和被試品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，因此試驗所需的電源功率只有試驗容量的1/Q。

8、設備的重量和體積大大減少。串聯諧振裝置中，省去了笨重的大功率調壓裝置和普通的大功率工頻試驗變壓器，而且，諧振激磁電源只需試驗容量的1/Q，中試控股使得系統重量和體積大大減少，一般為普通試驗裝置的1/10-1/30。

9、有效改善輸出電壓波形。諧振電源是諧振式濾波電路，能改善輸出電壓的波形畸變，獲得很好的正弦波形，有效防止了諧波峰值對試品的誤擊穿。

10、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，而用并聯諧振或者試驗變壓器做耐壓試驗時，擊穿電流立即上升幾十倍，兩者相比，短路電流與擊穿電流相差數百倍。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。

11、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。

如何選擇合適的變頻串聯諧振耐壓試驗裝置？
為了選對規格，請提供以下技術參數
1、電力變壓器：電壓等級，大容量，試驗性質（中性點耐壓或全絕緣耐壓）單相對地電容量；
2、電力電纜：電壓等級，大長度，截面積；
3、發電機、電動機：電壓等級（出口電壓或稱工作電壓），試驗電壓（耐壓值）單相對地電容量范圍（如0.2-0.55uF等）；
4、開關、絕緣子、PT、CT、絕緣工器具、母線：電壓等級（或稱工作電壓）；試驗電壓（耐壓值）；
5、CVT效驗：電壓等級或稱工作電壓，試驗電壓（耐壓值）電容量范圍（如0.005-0.02uF）。

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。

大容量、高電壓 GIS 耐壓試驗通常采用變頻電壓諧振的方法 ，通過調頻變頻使回路中發生電壓諧振，使電壓試驗達到試驗值。瀑布溝電站500KV GIS 室由6 條進線和 6條出線組成,采用串聯諧振裝直進行試驗。諧振頻率f=51.5 Hz ，最高耐受電流I=8.4A。只有GIS 的每一部件均已按選定的完整試驗程序試驗,電壓元擊穿放電，才認為整個 GIS 通過試驗。

GIS 設備是 70 年代初期出現的一種先進的高壓配電裝置，英文名稱為Gas-Insulated Switchgear （氣體絕緣全封閉組合電氣）簡稱GIS。

GIS 是以SF6氣體作為絕緣介質，利用SF6極好的絕緣性能和滅弧性能，把斷路器 、隔離開關、接地開關、TV 、TA 、避雷器 、母線、進出線套管 、電纜終端等元 件密閉組合在一起，所以稱為“氣體絕緣全封閉組合電氣”。與傳統敞開式配電裝置相比，GIS 具有占地面積小、元件全部密封不受環境干擾、運行可靠性高而方便、檢修周期長、維護工作量小、安裝迅速、運行費用低、無電磁干擾等優點 。

在運輸過程中由于機械振動、撞擊等原因可能導致設備的元件或緊固件松動、位移。設備現場安裝時，由于安裝人員的粗心，造成連接電極表面處理不徹底，有劃傷、毛刺或安裝電極不到位；接口法蘭面未按要求處理清潔，有雜質、灰塵或細小顆粒進人內部等情況有可能發生。為了防止這些意外因素造成內部事故，在設備安裝完成后，需在現場對GIS進行絕緣檢查和交流耐壓試驗。

1試驗方法的選擇

交流耐壓試驗通常有三種方法 ：（1）利用工頻高壓 試驗變壓器進行試驗；（2）采用電抗器并聯補償進行試 驗；（3）采用串聯諧振裝置進行試驗 。對于大型 GIS設備，由于前兩種試驗方法需要使用試驗變壓器進行，其容量相當大（50－500 kVA），加之需同等容量的調壓設備，整套設備將相當笨重，不便搬運，不利于現場試驗。所以大容量 、高電壓的GIS耐壓試驗通常采用變頻電壓諧振的方法，通過調節變頻電源輸出頻率使回路中發生電壓諧振，再調節變頻電源輸出電壓使試驗電壓達到試驗值。試驗頻率可在一定范圍內調節，品質因數高，無“試驗死區”，而且試驗設備保護功能完善，可以有效地保護試品。

2串聯變頻諧振試驗

2.1原理     

串聯諧振裝置的工作原理圖

串聯諧振裝置的工作原理圖如圖 1、圖2。

串聯諧振工作原理計算公式

則 UC=qU ，即被試品上獲得的電壓為勵磁電壓的q倍。也就是說，利用額定電壓較低的試驗變壓器，可以得到較高的輸出電壓。

由于輸入功率P=UIcosφ ，諧振時，負荷為純電阻性的，即cos φ＝l，故P=UI，而加在被試品上的容量PS是施加的電壓 UC 和電流I的乘積，即P5=UJ=qUI=qP。由此可見，被試品上得到的容量為試驗電驚容量的q倍。也就是說，用小容量的試驗變壓器可以對大容量的試品進行交流耐壓試驗。變頻串聯諧振裝置使用大功率變頻電源柜調節電源頻率，使回路達到諧振，所用電抗器的電感量是不變的。試驗電源頻率隨被試品電容量不同而改變，但應在 50－300 Hz 之間。

2.2  優點

變頻串聯諧振是諧振式電流濾波電路，能改善電源波形畸變，獲得較好的正弦電壓波形，有效防止諧波 峰值對被試品的誤擊穿。變頻串聯諧振工作在諧振狀態，當被試品的絕緣點被擊穿時，電流立即脫諧，回路電流迅速下降為正常試驗電流的數1/10。發生閃絡擊穿時，因失去諧振條件，除短路電流立即下降外，高電壓也立即消失，電弧即可熄滅。其恢復電壓的再建立過程很長，很容易在再次達到閃絡電壓斷開電驚，所以適用于高電壓、大容量的電力設備的絕緣耐壓試驗。如：GIS 變電所、高壓交聯電力電纜、發電機、大型變壓器、隔離開關、互感器等。

2.3  試驗要求

（1）GIS 試品應完全安裝好，充氣到額定密度，并進行密封性試驗和氣體濕度測量合格。

（2）已完成主回路電阻測量、各元件試驗以及SF6 氣體微水含量和檢漏試驗。

（3）所有電流互感器二次繞組接地 ，電壓互感器二次繞組開路并接地 。

（4）GIS 主回路的每一部分及 GIS 的每一新安裝部位都應進行耐壓試驗 。

2.4   試驗電壓的加壓方法

若試驗設備容量較小，試驗時分相進行，其它非試相與外殼連接接地。從每相進出線套管進行加壓，如果 試驗設備容量允許，也可三相同時加壓。試驗中應使GIS 每個部件都至少施加一次試驗電壓。同時，要盡量減少固體絕緣的重復試驗次數 ，以避免在同一部位多次承受電壓而導致絕緣老化，所以在制定試驗方案時，試驗電壓盡可能從不同部位施加。

2.5  交流耐壓試驗程序

（1）老練試驗

GIS現場交流耐壓試驗的第一階段是“老練凈化”，其目的是清除GIS內部可能存在的導電微粒或非導電微粒。“老練凈化”可使導電微粒移動到低電場區或微粒陷阱中和燒蝕電極表面的毛刺中，使其起不到危害絕緣作用。“老練凈化”電壓值低于額定電壓值，時間可取數分鐘。

（2）耐壓試驗

在“老練凈化”過程結束后進行，一般為出廠試驗耐壓值的80%，時間為1min 。

3  在瀑布溝電站的應用

該電站5OOkVGIS室由6條進線和6條出線組成，含有18組線路開關及刀閘和兩組母聯開關、刀閘以及兩回主母線。GIS 室與主變用500kV電纜連接，單回500kV電纜長度為686m。為考察 GIS和電纜一次元件是否存在絕緣缺陷，絕緣水平是否符合有關標準的規 定和廠家技術條件的要求，我們采用串聯諧振裝置進行試驗 。

3.1 試驗設備

30-300 Hz調頻l000kV/48 A，測量范圍0－ l000kV，不確定度（或準確度）1kV(0.5級）。高壓兆歐表測量范圍0－ 500TΩ；不確定度（或準確度）0.5級。

3.2   試驗參數計算

（1） GIS 耐壓試驗

GIS 電容量Cl為 47000 PF，測量用電容分壓器選取4只3000 PF, 4只標準串聯組成分壓器,則分壓器電容量C2=3000 PF&pide;4=750 PF,分壓器耐壓值為 1000kV,總電容量C為GIS對地電容量與分壓器電容量的總和，即

C = Cl + C2 = 47000PF + 750PF=47750 PF

選用200H/12A ,額定電壓值為1000kV的串聯電抗器。