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電纜在耐壓試驗過程中進行局部放電試驗的方法

電纜在耐壓試驗過程中進行局部放電試驗的方法，中試控股交流耐壓試驗電源處理，高壓電纜交流耐壓采用的是變頻諧振裝置產生試驗電源，變頻柜是裝置的核心部件，變頻柜通過晶閘管的整流和逆變獲取試驗所需的頻率，在電源變換過程中引入了大量的高頻脈沖電流成份。

1交流耐壓試驗電源處理

 

高壓電纜交流耐壓采用的是變頻諧振裝置產生試驗電源，變頻柜是裝置的核心部件，變頻柜通過晶閘管的整流和逆變獲取試驗所需的頻率，在電源變換過程中引入了大量的高頻脈沖電流成份。

 

 

變頻諧振系統(tǒng)輸出的電源不能直接作為電纜局放試驗的電源直接施加于被試對象進行局部放電測試，必須采取有效措施對試驗電源進行預處理，通過設置串聯(lián)電抗、防暈導線、均壓環(huán)進行對試驗電源質量進行改善，其電氣原理所下圖所示。

 

2電纜終端局放測試回路

 

電纜終端的局放測試回路如下圖，當被試電纜內部發(fā)生了局部放電時，耦合電容瞬時對電纜終端充電，形成高頻的脈沖充電電流波形，脈沖電流的幅值、發(fā)生的頻度反映了電纜內部局部放電的嚴重程度，通道1、通道2兩個傳感器將局放信號傳送至局放診斷系統(tǒng)進行分析處理。

 

 

在電纜的中間接頭，測試原理如圖所示，一側電纜的鎧裝與電纜導體之間存在電容Ca，另一側電纜的導體與鎧裝之間存在電容Cb，如果在電纜的中間接頭發(fā)生局部放電，那么形成兩個電容C1和C2，此時Ca和Cb就會通過導體向C1和C2充放電，從而形成局放電流回路，在兩側電纜屏蔽層橋接一個高頻低阻的電容臂C0和高頻電流傳感器，就可以檢測到局放的脈沖電流信號。

 

3高壓電纜局放測試的技術難點

 

a) 測試系統(tǒng)靈敏度要求高

 

高壓電纜發(fā)生局放時產生的脈沖信號微弱，要求傳感器及測試系統(tǒng)有相當高的檢出靈敏度。

 

b) 現場干擾因素復雜

 

10kv200KVA變壓器耐壓試驗裝置在現場實施電纜局放試驗時干擾信號會嚴重影響電纜局放的檢測和診斷，主要有臨近試驗現場的運行設備產生的電暈或者局部放電信號、交流耐壓試驗裝置自身的局部放電信號、交流耐壓試驗回路的引線產生的電暈信號三個方面的因素。

 

因此甄別并排除干擾信號、提取有效的信息并根據其特征診斷電纜的絕緣狀態(tài)是一項具有挑戰(zhàn)性的技術難題。

 

c) 對測試人員的要求高

 

高壓電纜局放的信號主要集中在0-30MHz范圍內，信號頻帶較寬，加上現場存在一定的干擾信號，測試人員通過信號抑制、識別、分類、提取、判斷等技術手段，準確的解析復雜的電子信號成份實現電纜的狀態(tài)診斷。這項技術要求測試人員熟練使用示波器、頻譜儀、濾波器等電子設備，并具備高頻電子信號分析判斷能力。u

 

d) 國家標準及行業(yè)標準沒有明確的指引

 

高壓電纜局放測試是目前國內比較新的技術應用課題，國內僅有北京供電局進行過類似嘗試，佛山局在這一技術領域走在了國內前列。

 

4局放診斷判據

 

（1） 中試控股通過大量的試驗室模擬和現場測試結果顯示：局放信號的相位與試驗電源的相位具有180度或360度的相位特征，同時發(fā)生在一定寬度的相位上。

 

（2） 在測試中若發(fā)現存在多種信號源，需運用帶通濾波器分別提取不同頻帶的脈沖信號進行單獨分析；

 

（3） 局放傳感器采集到的高頻脈沖信號的波形和頻譜是否具有典型局放特征（脈沖波形上升沿一般為幾十納秒）；

 

（4） 必要時，將實際測試局放波形與利用模擬局放源對測試回路進行校準時的波形進行反復類比，觀察其信號的相似性；

 

（5） 極性判別法：運用脈沖波形的極性鑒別局放源的位置；

 

5交流耐壓時進行局放測試的優(yōu)點

 

1. 在進行電纜耐壓試驗過程中同時進行局放測試，由于電纜耐壓試驗電源采用異頻電源，工頻信號在試驗電源的相位圖譜上不具有相關性，只有試驗系統(tǒng)內部的局放信號可能在試驗電源的相位圖譜上具有相關性，利用這一點可有效排除運行設備產生的干擾信號。試驗裝置自身的局放信號是晶閘管的開通關閉造成，一般集中在特定相位，這類干擾在一定程度上可通過“開相位窗”予以排除。

 

2. 高電壓狀態(tài)下局放測試的靈敏度高，高壓電纜交流耐壓時所施加的電壓為2U0，利于將電纜內部的缺陷檢。

 

(a)對于在1U0下不產生局放信號的缺陷，在2U0下激發(fā)下產生局放，缺陷才可能被發(fā)現。

 

(b)對于同樣的電纜缺陷，電壓越高，產生的局放信號越大，檢出的靈敏度越高。

 

3. 局放的提前發(fā)現對運行安全、設備檢修的影響。

 

通過局放測試，可以在電纜投運前發(fā)現缺陷，施工人員有足夠的時間和空間查明原因、消除缺陷，避免電纜帶病投入運行后重復停電，影響電網的正常運行。

ZSBP-512kVA/256kV變頻串聯(lián)諧振試驗裝置
一、512kVA/256kV變頻串聯(lián)諧振試驗裝置適用范圍

滿足110kV/300mm2長度≤0.8km電纜的變頻交流耐壓試驗，電容量≤0.12uf,最高試驗電壓128kV。

滿足35kV/300mm2長度≤1.8km電纜的變頻交流耐壓試驗，電容量≤0.342uf,最高試驗電壓52kV。

滿足10kV/300mm2長度≤5km電纜的變頻交流耐壓試驗，中試控股電容量≤1.85uf,最高試驗電壓22kV。

滿足110kVGIS的交流耐壓試驗，試驗頻率30-300Hz,試驗電壓不超過184kV。

滿足35kV/60000kVA變壓器的交流耐壓，電容量≤0.015uf,最高試驗電壓68kV。

滿足110kV/60000kVA變壓器中性點的交流耐壓，電容量≤0.015uf,最高試驗電壓95kV。

滿足35kV PT、CT開關、母線和絕緣子等電氣設備的交流耐壓，最高試驗電壓不超過100kV。

二、512kVA/256kV變頻串聯(lián)諧振試驗裝置特點

1) 自動尋找諧振點，頻率范圍20-300Hz,頻率分辨率0.1Hz;

2) 自動升壓試驗,用戶可設置試驗程序,系統(tǒng)自動按設置的程序完成試驗過程;

3) 自動保存試驗數據,數據查詢功能,根據查詢條件查詢以往的試驗數據;

4) 五種保護功能：具有過壓、過流、斷電、閃絡及全壓輸出保護功能;

n 過電壓保護：可人工設定過電壓保護值;當整套裝置的輸出電壓達到保護整定值時，自動切除整套裝置;

n 過流保護：可人工設定過電流保護值;當整套裝置的輸出電流達到保護整定值時，自動切除整套裝置;

n 擊穿保護：具有放電或閃絡保護功能，當高壓側發(fā)生對地閃絡時，自動切除整套裝置。不會對試驗設備和人身造成傷

害，變頻電源內電子元件不會擊穿;

n 斷電保護：試驗電源斷電后，裝置能快速保護;

n 中試控股全壓輸出保護：在調壓過程中，嚴格保證變頻電源不會全電壓輸出;

5) 中試控股液晶顯示屏可顯示電源電壓和電流;高壓輸出的頻率、電壓、電流;

三、512kVA/256kV變頻串聯(lián)諧振試驗裝置技術參數

1. 額定容量：512kVA;

2. 輸入電源：380V電壓，頻率為50Hz;

3. 輸出電壓：32kV-256kV

4. 輸出電流：16A;8A;4A;2A

5. 工作頻率：30-300Hz;

6. 波形畸變率：輸出電壓波形畸變率≤1%;

7. 工作時間：額定負載下允許連續(xù)60min;過壓1.1倍3分鐘;

8. 溫 升：額定負載下連續(xù)運行60min后溫升≤65K;

9. 品質因素：裝置自身Q≥30(f=45Hz);

10. 保護功能：對被試品具有過流、過壓及試品閃絡保護(詳見變頻電源部分);

11. 測量精度：系統(tǒng)有效值1.5級;

12. 使用環(huán)境：

環(huán)境溫度：-150C–450C;

相對濕度：≤90%RH;

海拔高度: ≤2500米;

四、512kVA/256kV變頻串聯(lián)諧振試驗裝置技術參數

1. 激勵變壓器20kVA-0.4kV 1臺

a) 額定容量：20kVA;

b) 輸入電壓：400V，單相;

c) 輸出電壓：1kV;3kV;5kV;15kV

d) 結 構：干式

e) 重 量：約105kg;

2. 變頻電源20kW/380V 1臺

a) 額定輸出容量：20kW

b) 工作電源：380V，工頻

c) 輸出電壓：0 – 400V，單相，

d) 額定輸入電流：53A

e) 額定輸出電流：53A

f) 輸出波形：正弦波

g) 電壓分辨率：0.01kV

h) 電壓測量精度：0.5%

i) 頻率調節(jié)范圍：30 – 300Hz

j) 頻率調節(jié)分辨率：≤0.1Hz

k) 頻率穩(wěn)定度： 0.1%

l) 運行時間：額定容量下連續(xù)60min

m) 額定容量下連續(xù)運行60min元器件最高溫度≤65K;

n) 噪聲水平：≤50dB

o) 中試控股重量約30kg;

3. 高壓電抗器64kVA/32kV 8節(jié)

a) 額定容量：64kVA;

b) 額定電壓：32kV;

c) 額定電流：2A;

d) 電感量：86H/節(jié)

e) 品質因素：Q≥30 (f=45Hz);

f) 結 構：干式;

g) 重 量：約75kg;

4. 電容分壓器FRC-200kV -1000 pF 1套

a) 額定電壓：200kV;

b) 高壓電容量：1000pF

c) 介質損耗：tgσ≤0.5%;

d) 分壓比：1000：1

e) 測量精度：有效值1.5級;

f) 重 量：約18kg;

 

電容器充電電源發(fā)展概況

  與傳統(tǒng)的高壓直流電源不同的是，在脈沖功率領域，高壓電容需要在充電到預設 值后瞬時放電，產生很大的脈沖功率，然后再充電，重復上述過程，電容電壓變化
  電容器充電技術有多種不同的分類方式，比如，按照工作頻率分，有工頻充電和高頻充電，按照充電方式分，有恒壓充電和恒流充電。目前，主要有以下三種充電方式：帶限流電阻的傳統(tǒng)高壓直流充電，工頻LC諧振式充電電源以及高頻開關變換器充電電源。   
  (1)帶限流電阻的高壓直流充電電源 其充電原理圖如圖 1.2 所示，在充電階段，高壓直流電源經限流電阻對電容器充電 直至電容電壓與電源電壓相等；在放電階段，電容器對負載瞬間放電，發(fā)出脈沖功率， 限流電阻起到隔離高壓直流電源和負載的作用。這種充電方式非常簡單而且可靠，成 本低廉，但是充電效率很低，最高只能到 50%，而且充電過程非線性，前期充電電流 非常大，但是后期卻太慢，只能適用于低重復頻率的場合。
  （2）工頻 LC 諧振式充電電源 其充電原理圖如圖 1.3 所示，基本原理是由 LC 構成的諧振系統(tǒng)，當  w2 LC =1時，充電電源的電流達到一個恒定值，實現對充電電容線性充電，因此充電速度較快。但 是缺點也很明顯，因為是工頻充電，充電精度和充電穩(wěn)定性不可能太高，而且工頻變 壓器體積龐大、笨重，不利于實現小型化、集約化和模塊化。

 
中試控股串聯(lián)諧振直流電源原理分析
 串聯(lián)諧振充電電源原理框圖如圖 2.1 所示，包括全橋逆變諧振升壓、不控整流、采樣反饋和保護控制系統(tǒng)等部分，高頻逆變橋將輸入的直流信號轉化為高頻交流信號經高頻變壓器升壓，輸出電壓經不控整流橋后給大電容充電。為了實現充電可控和幅值可調，增加了采樣反饋系統(tǒng)和保護控制系統(tǒng)。下面將對主電路工作過程進行理論上的分析推導。