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中試控股技術研究院魯工為您講解：變頻串聯諧振實驗裝置（電科院）

ZSBP-1000KVA/500KV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置
ZSBP-108KVA/108KV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置
ZSBP-135KVA/108KV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置
ZSBP-270KVA/270KV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置
ZSBP-500KVA/200KV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置
ZSBP-675KVA/270KV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置
ZSBP-2600KVA/260KV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置

| 參考標準：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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ZSBP-1000KVA/500KV變頻串聯諧振耐壓試驗成套裝置組成部分：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）。

概述
1、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。國內一些研究機構認為，交聯聚乙烯電纜的直流耐壓試驗中，由于空間電荷效應，絕緣中的實際電場強度可比電纜絕緣的工作電場強度高達11倍。交聯聚乙烯絕緣電纜即使通過了直流試驗不發生擊穿，也會引起絕緣的嚴重損傷。其次，由于施加的直流電壓場強分布與運行的交流電壓場強分布不同。直流試驗也不能真實模擬運行狀態下電纜承受的過電壓，并有效的發現電纜及電纜接頭本身和施工工藝的缺陷。因此，使用非直流的方法對交聯電纜進行耐壓試驗就越來越受到人們的重視。同時，各種大型變壓器的交流耐壓試驗，火力及水力發電機的交流耐壓試驗也定期進行。這些設備的試驗要求的試驗設備容量大，，通常情況下采用諧振的方法進行試驗，但必須是在工頻條件下或等效工頻條件下進行。等效工頻條件一般采用45—65HZ的頻率范圍，但是很多試驗單位要求30-300HZ試驗電源對這類設備進行交流耐壓試驗。另外還有一種設備介于交流和直流之間的，0.1HZ的超低頻設備耐壓儀，他有一個弊端就是電壓很難做到很高，在行業里推廣使用一直沒有得到用戶的大面積認可。串聯諧振裝置的應用很快就得到市場的認可，他是真實模擬運行狀態施加電壓，能夠很快的發現設備本身狀態情況。
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。
2、串聯諧振在電力系統應用中的優點：
1.1、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。
1.2、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.
1.3、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。
1.4、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。
1.5、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。
3、該裝置主要針220kV及以下電纜等所有電氣主設備的交流耐壓試驗設計制造。電抗器采用多只分開設計，既可滿足高電壓、小電流的設備試驗條件要求，又能滿足象6kV電纜這樣的低電壓的交流耐壓試驗要求，具有較寬的適用范圍，是地、市、縣級高壓試驗部門及電力安裝、修試工程單位理想的耐壓設備。
該裝置主要由變頻電源、激勵變壓器、電抗器、電容分壓器組成。

ZSBP-1000KVA/500KV變頻串聯諧振耐壓試驗成套裝置特點
1.1、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。
1.2、整個裝置單件重量很輕，最大不超過60kg，便于現場使用。
1.3、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。
工作模式為：全自動模式、半自動模式、手動模式模式、
1.4、能存儲，存入的數據編號是數字，方便的幫助用戶識別和查找。
1.5、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。
1.6、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。
1.7、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
4、全套系統的配置用法說明：
1.1、變頻電源單獨可靠接地。
1.2、激勵變壓器一般有好幾個高壓端輸出：
用于10kV電纜的耐壓裝置，激勵變高電壓輸出部分和電抗器之間連接，一般接電壓低一些的電壓端，比如2kV；
用于35kV電纜的耐壓裝置，35kV電纜的耐壓，激勵變高電壓輸出部分和電抗器之間連接，一般接電壓較高一點的電壓端，比如3-4kV；
用于110kV電纜的耐壓裝置，110kV電纜的耐壓，激勵變高電壓輸出部分和電抗器之間連接，一般接電壓高端比如5-6kV；（110kV變壓器）
用于110kV互感器，組合電器，開關等的耐壓裝置，激勵變高電壓輸出部分和電抗器之間連接，一般接電壓高端比如10--15kV；
1.3、電抗器和分壓器：本裝置含有自檢功能即不帶任何被試品情況下可以自諧升壓；電抗器必須保證3節以上疊在一起串聯起來和分壓器組成諧振回路產生高壓。被試品的連線一般接在比較重的電抗器頂端，這樣不至于被張力拉倒。電抗器使用時，電抗器底部不要放在鐵板上或者帶鐵的地方，因為電抗器是個開口磁路，試驗時和鐵板會產生渦流長時間會燒壞電抗器。

ZSBP-1000KVA/500KV變頻串聯諧振耐壓試驗成套裝置參數
（一）ZSBP指生產廠家代碼
1000指設備能輸出的最大額定容量，單位為kVA
500指設備能輸出的電壓等級，單位為kV；
（二）1000kVA/500kV變頻諧振試驗裝置技術指標
1．額定電壓：500KV
被試品的：
22kV---滿足10kV電纜交流耐壓試驗；
52kV---滿足35kV電纜交流耐壓試驗；
128kV---滿足110kV電纜交流耐壓試驗；
72kV---滿足35kV變壓器交流耐壓試驗；
95kV---滿足110kV變壓器中性點交流耐壓試驗
184kV---滿足110kV開關等交流耐壓試驗
2．輸出電壓波形畸變率：<1.0％
3.允許連續工作時間：額定條件下一次性工作60分鐘，
4．裝置自身品質因數：Q>50
5．火力發電機試驗時滿負荷下品質因數：Q>10（與負載相關）
6. 水力發電機試驗時滿負荷下品質因數：Q>10（與負載相關）
7．電纜試驗時滿負荷下品質因數：Q>30（與負載相關）
8．主變壓器試驗滿負荷時品質因數：Q>30（與負載相關）
9. GIS，開關等試驗滿負荷時品質因數：Q>50（與負載相關）
10．輸入電源： 380/220V
11．頻率調節范圍：30Hz～300Hz
12．系統測量精度：1.5％±200V
13．裝置具有過壓、過流、零位啟動等保護功能
（三）設備遵循標準     
《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》       GB50150-2006
《水輪發電機組安裝技術規范》                GB/T8564――2003
《高壓諧振試驗裝置》                        DL/T 849.6—2004  
《電抗器》                                     GB10229.88
《電力設備預防性試驗規程》                     DL/T596-1996
《耦合電容器和電容分壓器》                     IEC358(1990)
（四）設備主要配置及技術參數說明：
1.變頻電源一臺：
額定功率：40kVA；
輸入電壓： 380/220V 45～65Hz
輸出電壓：0～500V可調
輸出電壓頻率：30～300Hz  
0.01Hz步進可調 
頻率不穩定度≤0.02%
輸出電流：0～80A
重量：28kg
2.高壓諧振電抗器（共10臺）：100KVA/50KV
額定工作電壓：50kV    
額定工作電流：2A      
額定電感量：95H       
連續工作時間：60min    
溫升：小于60度    
工作頻率：30-300Hz  
重量：65kg          
3.激勵變2臺：                                     
額定容量：20kVA     
輸入電壓：500V
輸出電壓：2/4/8/20Kv
重量：90kg
4.電容分壓器一臺： 500kV純電容式
自身電容量：1000pF
工作頻率：30～300Hz
分壓比：3000:1  
不確定度：1.5%±200V
額定電壓:500kV
重量：30kg

ZSBP-1000KVA/500KV變頻串聯諧振耐壓試驗成套裝置激勵變壓器接線用法：
用于10kV電纜的耐壓裝置，激勵變高電壓輸出部分和電抗器之間連接，一般接電壓低一些的電壓端，比如2kV；
用于35kV電纜的耐壓裝置，35kV電纜的耐壓，激勵變高電壓輸出部分和電抗器之間連接，一般接電壓較高一點的電壓端，比如3-4kV；
用于110kV電纜的耐壓裝置，110kV電纜的耐壓，激勵變高電壓輸出部分和電抗器之間連接，一般接電壓高端比如5-6kV；
1、滿足220KV/300000KVA及以下變壓器（容量不限）的交流耐壓試驗，電容≤0.025uF,試驗頻率45~65Hz,試驗電壓U≤384kV。試驗時間：1分鐘
2、滿足220KV及以下開關，互感器，母線等交流耐壓試驗，電容≤0.008uF,試驗頻率30~300Hz,試驗電壓U≤384kV。試驗時間：1分鐘
3、滿足630mm2,220kV 電纜交流耐壓試驗，長度400m，電容≤0.056uF,試驗頻率30~300Hz,試驗電壓U≤216kV。試驗時間：60分鐘

ZSBP-1000KVA/500KV變頻串聯諧振耐壓試驗成套裝置：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-1000KVA/500KV變頻串聯諧振耐壓試驗成套裝置產品適用性好，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-1000KVA/500KV變頻串聯諧振耐壓試驗成套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。

ZSBP-1000KVA/500KV變頻串聯諧振耐壓試驗成套裝置

諧波諧振的預防和應對措施
 
    ① 少諧波源的產生
    在選用鐵芯設備時盡量選用勵磁特性好、伏安特性高、鐵芯不易飽和的電磁式電壓互感器、變壓器、電抗器。在選用電磁電壓互感器時應注意同時提高三相電壓互感器的勵磁特性和伏安特性曲線的線性度,盡量選用同型號、同批次生產的單相電壓互感器,也可以采用電容式電壓互感器代替電磁式電壓互感器。
    斷路器三相不同時合閘,由于合閘瞬間三相電壓的不同,會引起的三相負載的不對稱,使電源的中性點產生位移,中性點對地電壓與電源電壓疊加會使三相對地電壓同時升高或兩相、單相對地電壓升高,使回路中的電磁式電壓互感器或電抗器線圈很快飽和,激磁電流的波形發生畸變,產生高次諧波。
    ②限制諧波源注入電網的諧波電流在諧波源處裝設交流濾波器是防止諧波源向系統注入諧波電流的有效而通用的措施。
    交流濾波器分為調諧濾波器分為單調濾波器和雙調濾波器和高通濾波器,對產生較低次數如、、次諧波含量較大的大容量的諧波源,可對每次諧波各裝一個單調濾波器,將諧波分別濾除對次數較高的各次諧波如次及以上各次,可通過安裝一個高通濾波器將其諧波部濾除。將有源電力濾波器裝設在諧波源處,用于抑制諧波源產生的絕大部分的諧波電流注入系統。
    ③采取有效措施使系統的參數處于諧振范圍之外改變參數,避開諧振區域控制投入電壓互感器的臺數。改變投入補償電容器的組數,在保證系統功率因數要求的前提下,通過改變系統的容性參數,以避開諧振區域。中性點不接地系統經消弧線圈接地。少油斷路器斷口均壓電容與母線電壓互感器發生串聯諧振時,在斷路器遮斷容量允許的條件下,取消斷路器斷口均壓電容器。投入空載線路,改變系統的感性或容性參數。
    ④從倒閘操作程序上防止諧振的發生在母線充電倒閘操作過程中,若電源斷路器由冷備用轉為熱備用時,發生電壓互感器鐵磁飽和引起的母線諧波諧振,則應立即將斷路器轉入運行,通過接入空載變壓器或空載線路改變電感、電容參數,來避開諧振區域以消除諧振,或先斷開母
    電壓互感器刀閘,再將電源斷路器由冷備用轉為熱備用,等母線充電后再將電壓互感器投入在母線停電倒閘操作過程中,若電源斷路器由運行轉為熱備用時母線產生諧振,則應立即將其返回運行狀態,將母線電壓互感器刀閘斷開后,再操作電源斷路器使母線停電。
    ⑤增加回路損耗
    在電壓互感器的高壓繞組中性點串接阻尼電阻。或非線性電阻消諧器如型消諧器后接地,通過電阻的阻尼作用抑制流過繞組的諧波電流,避免鐵芯飽和產生的諧波引起諧振。在電壓互感器的二次側零序電壓線圈開口三角形繞組中接入低值消諧電阻一。,或采用分頻繼電器,當發生諧振時自動將非線性電阻接入電壓互感器開口三角形回路中。
 
    采用零序電壓互感器。將三臺電壓互感器一次側接成星形,中性點通過一臺零序電壓互感器接地,主電壓互感器二次輔助線圈接成閉口三角形以防止諧振。
    國內外研究現狀
    數十年來,國內外的專家學者對鐵磁諧振進行了大量的研究,包括理論分析、各種試驗以及利用計算機進行數值仿真計算等,從各個小同角度解釋了鐵磁諧振的現象及其變化規律,并提出了一系列抑制鐵磁諧振的措施,研制了相應的裝置,在系統運行中取得了一定的效果。關于鐵磁諧振的理論分析和計算主要表現在以下幾個方面:
    ①在早期的理論分析中,分析鐵磁諧振常用的方法有圖解法、相平而法、多在對鐵磁諧振發生機理進行定性的分析,這些方法簡捷、直觀,是對模擬實驗方法的一個很好的補充。但是,它們的研究對象僅限于單相串聯的非線性諧振電路。
    ②年代后,開始使用各種非線性系統的分析法對諧振電路一一非線性二階電路進行分析。例如,幅頻法、描述函數法、平均法、諧波平衡法等。這些方法都屬于一種近似的解析法,只能對穩態情況進行分析。隨著計算方法和計算技術的發展,人們將數字仿真引入到鐵磁諧振的研究中來。對其暫態特性進行了研究。
    ③年代后期以來,國外學者又把鐵磁諧振與非線性動態系統和混沌分析結合起來,將分叉理論、奇異和非奇異吸引子的概念引入鐵磁諧振的研究領域,利用功率譜密度和龐加萊映射的方法和數字仿真技術對其進行動態分析。將鐵磁諧振電路的響應分為三類周期響應、擬周期響應和混沌響應。并證實在一定的初始條件下,電力系統也會出現混沌現象。
    ④用數字仿真方法對鐵磁諧振進行穩態和暫態計算。隨著計算機和計算技術的發展,近年來出現了用數字仿真分析鐵磁諧振的方法,利用計算機進行數字仿真,我們可以方便的改變系統中的各種參數,使得分析更加全面。