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電力技術
發電機調頻串聯諧振耐壓裝置
時間：2022-11-21
中試控股技術研究院魯工為您講解：發電機調頻串聯諧振耐壓裝置
ZSBP-500KVA/200KV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置 | 參考標準：DL/T 849.6-2016，DL/T 474.4-2018
簡易讀懂：變頻串聯諧振耐壓試驗裝置可以做什么?
變頻串聯諧振成套耐壓試驗裝置適用于大容量，高電壓的電容性試品的交接和預防性試驗，主要針對電力電纜、變壓器、斷路器/開關、開關柜、避雷器、電壓互感器、電流互感器、套管、支柱絕緣子、電抗器、母線、隔離開關、輸電線路、發電機、電動機、熔斷器、電容器、隔離開關、接觸器、配電箱、絕緣材質、變電站系統的交流耐壓試驗。
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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。適用電壓等級：6kV、10kV、35kV、66kV、110kV、220kV、330kV、500kV、750kV、1000kV，也可以定制不同的電壓等級規格。
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）。
ZSBP-270KVA/270KV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置
一、介紹
1、執行標準：DL/T 849.6-2016，DL/T 474.4-2018《電力設備專用測試儀高壓諧振試驗裝置》
2、作用：對被測試品做承受過電壓預防交流試驗和交接交流試驗
3、可以完成交流被測試品：電力電纜、變壓器、斷路器/開關、開關柜、隔離開關、避雷器、電壓互感器、電流互感器、套管、支柱絕緣子、電抗器、母線、隔離開關、輸電線路、發電機、電動機、熔斷器、電容器、接觸器、配電箱、絕緣材質、變電站系統等各種被試品的預防交流試驗和交接交流耐壓試驗
4、電源：采用220V及380V兩種
5、操作模式：全自動、半自動、手動
6、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
二、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
三、功能
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、裝置具有多種工作模式，方便用戶根據現場情況靈活選擇，提高試驗速度。
3、工作模式為：全自動模式、半自動模式、手動模式、
4、存儲，存入的數據編號是數字，方便的幫助用戶識別和查找。
5、裝置自動掃頻時頻率起點可以在規定范圍內任意設定，同時液晶大屏幕顯示測頻和試驗頻率一致，方便使用者直觀了解是否找到諧振點。
6、采用了ARM平臺技術，可以方便的根據用戶需要增減功能和升級，也使得人機交換界面更為人性化。
7、技術特點歸納：先進的數字、功率技術；功率器件全部采用的德國英飛凌，日本富士的IGBT智能模塊，芯片全部采用英特爾的原裝器件等
8、波形為脈寬電壓調節的方波。
9、內部由ARM控制，操作功能得到優化,操作簡單。
10、自動掃頻，尋找諧振點.頻率范圍30-300Hz,可設置掃頻范圍，掃頻耗時40秒鐘(全頻掃)， 頻率分辨率0.01Hz。
11、自動試驗，用戶可設置試驗程序，試驗程序分為5段，系統自動按設置的程序完成試驗過程。
12、耐壓時自動跟蹤電壓，電壓正常波動時自動調整電壓到目標電壓，異常波動時提示用戶電壓異常波動，由用戶根據試驗情況進行操作。
13、實時顯示試驗狀態，用戶可根據試驗狀態進行相應操作。
14、強大的保護功能：過流保護，過壓保護和閃絡保護，過熱保護，高壓異常保護，軟/硬件同時保護，確保安全。
15、試驗數據保存，可即時打印試驗數據，也可將數據保存以備下次打印。
16、數據查詢功能,根據試驗日期查詢以往的試驗數據。
ZSBP-500KVA/200KV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置：就是做耐壓試驗的設備，它是為了滿足大容量的被試品要求而研發的設備。它是一套組合設備，為了耐壓試驗能順利準確地進行，針對不同被試品，串聯諧振裝置的組件是不同的。所以請務必準確選型，技術部為您量身制定選型方案。
中試控股ZSBP-500KVA/200KV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置產品適用性好，實用可靠，效率高，事半功倍 | 是很多企業以及電力工作者信賴的好伙伴。
中試控股踐行“精細制造，深耕技術”產出ZSBP-500KVA/200KV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置優質產品能夠在市場中贏得用戶信賴,樹立中試控股新形象打下了堅實的根底。
交流耐壓試驗電源主要有以下三種方式產生:
(1) 變壓器式：中試控股帶補償電抗器的傳統試驗變壓器，工頻。
(2) 調感式：可調電感式諧振系統，工頻。
(3) 調頻式：固定電抗器諧振系統，通過變頻器將一可調頻電壓加到試品上，改變頻率以達到諧振。
諧振耐壓試驗方法是通過改變試驗系統的電感量和試驗頻率，使回路處于諧振狀態，這樣試驗回路中試品上的大部分容性電流與電抗器上的感性電流相抵消，電源供給的能量僅為回路中消耗的用功功率，為試品容量的1/Q(Q為系統的諧振倍數);因此試驗電源的容量在降低，重量大大減輕。諧振耐壓試驗系統按調節方式分為調感式和調頻式兩種。
可調電感型諧振試驗系統可以滿足耐壓要求，但由于重量大，可移動性差，主要用于試驗室。變頻串聯諧振耐壓試驗是利用電抗器的電感與被試品電容實現諧振，在被試品上獲得高電壓，是當前高電壓試驗的一種新的方法與潮流，在國內外已經得到廣泛的應用。
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十分之一。發生閃絡擊穿時，因失去諧振條件，除短路電流立即下降外，中試控股高電壓也立即消失，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源，所以適用于高電壓、大容量的電力設備的絕緣耐壓試驗。
二、國內技術發展現狀
目前國內串聯諧振變頻電源主要采用以下三種技術方案：
1.PWM控制技術
在調頻調壓控制技術發展早期多使用PAM方法，因此，變頻電源逆變器輸出交流電壓波形僅僅能是方波，改變方波有效值，僅僅能通過改變方波幅值，即中間直流電壓幅值來完成。隨著全控型開關元件IGBT、IGCT、MOSFET等出現，才逐漸發展為PWM方法。由于調節PWM波占空比就能調節電壓幅值，所對逆變環節可同時完成調壓與調頻任務，整流器無需控制，設備構造更簡單，控制更方便。基于該技術可以在諧振電容(試品)上獲得THD<1%的正弦波。方波變頻電源主電路如下所示。
2.基于高速IC和直接數字頻率合成(DDS)技術
采用該方案頻率分辨率可達到0.01Hz，頻率穩定度高，很容易對信號實現全數字式調制。其控制框圖和實現原理如下圖所示。
由DSP處理器控制正弦波芯片產生頻率在30Hz~300Hz連續可調(幅值也可調)的標準正弦波信號，中試控股經過第一級功率放大后再經過上千只大功率三極管組成的橋式放大電路放大，正弦信號最終達到所需要的設計功率，輸出電壓連續可調。此時正弦波信號經勵磁變壓器升壓供給諧振電路獲取需要的高壓。
該方案輸出的正弦波失真度較小，輸出電壓中高頻信號引起的局部放電干擾小，但由于大功率三極管的溫度特性較差，在較大功率輸出時，溫升較快，三極管的放大倍數增加，會導致輸出電壓漂移，并且電路復雜、不易維護。
3.基于SPWM的控制技術
采用SPWM技術的新型調頻式諧振試驗電源由大功率開關器件IGBT組成的電路來代替傳統的模擬信號源及其功率放大電路直接產生大功率標準正弦波。系統結構圖如下圖所示，主要由三相PWM整流電路(或不控整流電路)、H橋逆變電路、輸出濾波器、檢測單元、DSP控制器及人機接口(鍵盤、液晶)組成。T為中間勵磁升壓變壓器，RL為試驗回路諧振電感的等效內阻，C為試驗回路等效電容，包括被試品電容及試驗回路諧振電容。整個試驗電源輸出電壓的調節通過控制三相PWM整流電路輸出側電容電壓大小來實現;當C3上電壓穩定在設定值以后,系統開始頻率調節,通過控制逆變電路開關器件IGBT的通斷頻率來實現，輸出濾波器濾除系統輸出信號的毛刺從而得到符合要求的正弦波形。
該方案輸出波形較傳統模擬方式稍差，輸出在低電壓下諧波含量較傳統方式大，但電路較為簡單，容易維護，但控制較為復雜。
三、結論
1.可同時用于局放和交流耐壓試驗的串聯諧振電源所采用的技術方案以傳統模擬方式(逐級放大)最好，中試控股該方案可直接輸出正弦波，且失真度較小，輸出電壓中高頻信號引起的局部放電干擾≤5pc，但電路較為復雜、不易維護，成本較高;
2.用于交流耐壓試驗的串聯諧振變頻電源普遍采用SPWM方式，中試控股其輸出波形較傳統方式差，干擾引起的局放較大，只適合于交流耐壓試驗(限于手上資料的限制，沒發現有應用于局放試驗的)，該技術方案控制較為復雜，但其硬件較傳統方式簡單，成本較低，體積和重量較小，易于維護。
3.PWM控制方式可滿足交流耐壓試驗的要求，其輸出為方波電壓，系統輸出為正弦波，但在非諧振狀態時波形較差，實現相對容易，成本也較低。
現場受到設備容量和體積等問題，目前國家尚無高壓電力電纜敷設后在現場進行交流耐壓試驗的相應標準。有相關單位推薦使用工頻及近似工頻(30～300Hz)的交流試驗方法。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十分之一。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源，所以適用于高電壓、大容量的電力設備的絕緣耐壓試驗。
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