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電力技術

變頻串聯諧振耐壓試驗裝置（電科院）

時間：2022-11-23

中試控股技術研究院魯工為您講解：變頻串聯諧振耐壓試驗裝置（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。

中試控股始于1986年 ? 30多年專業制造 ? 國家電網.南方電網.內蒙電網.入圍合格供應商

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

串聯諧振解決方案

串聯諧振解決方案首選中試控股，為什么我要這樣說。因為中試控股是有著28年的技術沉淀。新一輪電改的持續推進，我國電力市場化程度不斷提升。但目前電改的實際進展情況如何?當前國內電力體制改革與儲能發展的共性需求，旨在推動中國的電力市場化進而為中國的電力市場化中試控股作為一家技術型企業，有必要擔負起中國的電力市場責任所在。必將迎來商業化發展的大時代。

成果簡介：
智能型高壓變頻串聯諧振交流耐壓試驗電源，已在中試控股調試使用。
本成果中試控股已授權實用新型專利一項“高壓變頻串聯諧振試驗電源”，同時，已發表論文兩篇，其中一篇EI檢索（“智能型高壓變頻串聯諧振試驗電源設計”、“智能型串聯諧振試驗電源電壓及頻率的研究”），目前一篇論文已被高電壓技術雜志（EI源刊）錄用（“一種調頻式串聯諧振試驗電源數字控制器設計”）。
成果內容提要：
主要觀點：
本成果研究了一種智能型高壓變頻串聯諧振交流耐壓試驗電源。智能型串聯諧振試驗電源是電力設施進行耐壓試驗必不可少的檢驗設備，通過對電力設備進行耐壓試驗，可以確定設備內部的清潔度及絕緣是否達到規定要求，用來檢驗設備的制造及性能良好與否，確保設備安全可靠運行，智能型串聯諧振試驗電源采用變頻變壓的方法來使試驗回路諧振實現二次升壓，是電氣設備進行耐壓試驗不可缺少的檢測設備。以往進行的工頻交流試驗實驗裝置主要是高壓試驗變壓器和電力變壓器，電源容量大、試驗裝置笨重，不能自動調頻、調壓，難以適應當今大電網、高電壓、高自動化的發展趨勢。與傳統的調頻式諧振高壓試驗電源相比，本研究作品嵌入新型智能調頻、調壓算法，利用大功率開關器件絕緣柵雙極晶體管（IGBT）代替以往的模擬器件逆變產生高壓試驗所需的交流電壓，同時利用LC串聯諧振原理使在測試品上產生電路品質因數Q（一般處于50~100之間）倍的高壓。該裝置體積小、重量輕，現場操作簡單方便，并且中試控股可以有效的保護實驗裝置以及測試品。本裝置的主要功能如下：
1.交流耐壓
中試控股本裝置利用高壓回路中電抗與容型試品發生串聯諧振產生高壓，檢測測試品的絕緣程度。實驗過程可采用手動與自動方式實現，所產生的高壓可根據測試品的電壓等級進行調整，范圍廣，可靠性高，穩定性好。諧振頻率范圍可達30~300Hz，接近于工頻耐壓試驗。
2.報警、保護功能
中試控股本裝置具有智能的保護和報警功能。測試品在進行耐壓試驗過程中，若被擊穿，裝置具有自動判斷、報警、保護、切除試驗回路電源，同時會在人機交互界面上顯示故障信息。當超過設定的試驗電壓時，也會有相應的保護動作，具有完善的報警功能。
3.存儲打印功能
除以上功能外，中試控股本裝置還具備存儲和打印功能。在測試品進行交流耐壓過程中，能夠記錄并存儲耐壓過程中的電壓值以及試驗結果，可以通過打印機將試驗過程電壓值和試驗結果打印，方便日后查詢。
創新點：
1、中試控股利用高壓回路中電抗與容型試品發生串聯諧振產生高壓，減少電源輸入容量。
2、裝置具有全自動功能，操作方便，體積小，便于攜帶。
3、中試控股控制電路采用雙處理器結構，充分利用DSP芯片高效的數據處理能力，對數據實時采樣、運算及對電壓實時調節控制；采用STM32控制人機交互界面，操作方便，顯示直觀。
4、中試控股采用基于負載電流前饋的濾波電容電壓外環電感電流內環的雙環控制系統，使得在掃頻過程中電壓幅值穩定，中試控股具有良好的正弦化波形。
5、中試控股采用單極性倍頻調制算法，使得濾波器的設計比較方便，輸出電壓波形良好。
實踐意義：
近年來人民的生活水平不斷提高，用電需求量的不斷增大，導致電力設備要承受最高工作電壓、電流的頻繁作用，致使電力設備運行發生的事故中有很大一部分是絕緣故障。因此電力設備在掛網運行前一定用經過嚴格的絕緣性能檢測。任何電力故障或事故的發生都將影響到電力系統的正常運行和電力用戶的正常生產和生活，將會給國民經濟造成重大損失，帶來不良社會影響。國內諸多大學及科研所投入了大量的力量進行研究和開發，均已研制出實際的裝置并投入運行。但是，由于技術還不夠完善，以及其他方面的原因，早期已實際投運的系統運行效果并不理想，巨大的市場正急切呼喚新一代產品的問世。
本成果研發的智能型高壓變頻串聯諧振交流耐壓試驗電源，具有全自動功能，操作方便，體積小，便于攜帶；硬件上采用雙處理器結構，充分利用DSP芯片高效的數據處理能力，對數據實時采樣、運算及對電壓實時調節控制；采用STM32控制人機交互界面，操作方便，顯示直觀；軟件上采用基于負載電流前饋的濾波電容電壓外環電感電流內環的雙環控制系統單極性倍頻調制算法，使得在掃頻過程中電壓幅值穩定，具有良好的正弦化波形。
另外，陜西是西部地區的橋頭堡，科技和教育水平居全國先進，然而由于種種原因經濟仍處于欠發達水平。在國家西部大開發戰略的推動下，陜西正在實施“科技興陜”的戰略，科技含量極高的本項目將積極推動這一戰略的實施，為陜西經濟和社會發展做出貢獻。同時，本成果的實施對目前我國西部大開發“以科技帶動經濟發展”的戰略也有具有重要意義，對促進陜西及西部地區經濟的發展具有顯著的社會效益。