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電力技術

電抗器串聯諧振交流耐壓試驗儀

時間：2022-11-24

中試控股技術研究院魯工為您講解：電抗器串聯諧振交流耐壓試驗儀

ZSBP-75KVA/75KV變頻串聯諧振成套試驗裝置

| 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-75KVA/75KV變頻串聯諧振成套試驗裝置組成部分：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）。

第一章產品概述
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。另外還有一種低頻設備，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，能夠很快的發現被試設備本身狀態情況。
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35kV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。
我公司調頻諧振裝置主要功能及其技術特點：
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、
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。
第二章技術參數
（一）ZSBP 指生產廠家代碼
（二）技術指標
1．額定電壓：75KV
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；
72kV---滿足35kV變壓器交流耐壓試驗；
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15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： 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.變頻電源主機1臺：ZSBP-75KVA/75KV
額定功率：10kVA；
輸入電壓： 220V 45～65Hz
輸出電壓：0～250V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：0～40A
重量：16kg
2. 高壓電抗器（共3臺）：ZSDK-25KVA/25KV
額定工作電壓：25kV
額定工作電流：1A
額定電感量：90H
連續工作時間：60min
溫升：小于60度
工作頻率：30-300Hz
重量：35kg
3. 激勵變壓器1臺： ZSJLB-10KVA
額定容量：10kVA
輸入電壓：250V
輸出電壓：2kV， 4kV，
4.電容分壓器一臺：ZSFRC-80KV
高壓電容量：2000pF
分壓比：1000:1
工作頻率：30～300Hz
誤差精度：1.5%
額定電壓:80kV
重量：10kg
第三章　設備應用
（一）交聯乙烯電纜的交流耐壓
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；
（二）發電機的交流耐壓
激勵變壓器接線用法：
用于10kV發電機的耐壓裝置，激勵變高電壓輸出部分和電抗器之間連接，一般接3/4kV；
用于20kV發電機的耐壓裝置，激勵變高電壓輸出部分和電抗器之間連接，一般接電壓較高一點的電壓端，比如4/5kV；
用于27.5kV發電機的耐壓裝置，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6/7kV；
（三）變壓器等其他被試品的交流耐壓
激勵變壓器接線用法：
用于10kV變壓器的耐壓裝置，激勵變高電壓輸出部分和電抗器之間連接，一般接2kV；
用于35kV變壓器的耐壓裝置，激勵變高電壓輸出部分和電抗器之間連接，一般接電壓較高一點的電壓端，比如4kV；
用于110kV變壓器的耐壓裝置，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5kV；
第四章變頻電源主機使用介紹
一、技術參數及功能描述
1、技術參數
? 輸入電源:
電壓： 220V±10%
頻率： 45/65Hz
? 輸出電壓：0-250V；
? 輸出波形：正弦波
? 頻率調節范圍：30-300Hz
? 頻率分辨率：0.01Hz
? 頻率穩定度：0.1%
? 頻率步進值：5Hz,1Hz，0.1Hz，0.01Hz
? 電壓分辨率：0.1kV
? 電壓測量精度：1.5%
? 電壓步進值： 1%，0.5%，0.1%，0.01%
? 運行連續工作時間：60分鐘
2、功能描述
變頻電源有如下幾個顯著的特點：
? 波形為脈寬電壓調節的方波。
? 內部由ARM控制，操作功能得到優化,操作簡單。
? 自動掃頻，尋找諧振點.頻率范圍30-300Hz,可設置掃頻范圍，掃頻最大耗時40秒鐘(全頻掃)，頻率分辨率0.01Hz。
? 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。
? 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。
? 實時顯示試驗狀態，用戶可根據試驗狀態進行相應操作。
? 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。
? 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。
? 數據查詢功能,根據試驗日期查詢以往的試驗數據。

ZSBP-75KVA/75KV變頻串聯諧振成套試驗裝置：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-75KVA/75KV變頻串聯諧振成套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-75KVA/75KV變頻串聯諧振成套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。

ZSBP-75KVA/75KV變頻串聯諧振成套試驗裝置

串聯諧振、串聯諧振電路的原理：

隨著各個地方電纜的交流試驗規程的不斷建立和電力系統大容量試品的增多，串聯諧振電源電源在電力系統中應用越來越廣泛，要求我們對串聯諧振的認識不斷深入，我們將對串聯諧振的原理和串聯諧振電源在現場的應用和大家一起展開討論。
串聯諧振的原理：
先說諧振的產生，諧振是有R、L、C元件組成的電路在一定條件下的一種特殊現象，我們先帶領大家一起來分析R、L、C串聯電路發生諧振的條件和諧振時電路的特征，如圖1所示，R、L、C串聯電路在正弦電壓∪的作用下：其復阻抗為：
變頻串聯諧振由變頻電源、激磁變壓器、電抗器和電容分壓器組成。被試品的電容與電抗器構成串聯諧振連接方式；分壓器并聯在被試品上，用于測量被試品上的諧振電壓，并作過壓保護信號；調頻功率輸出經激勵變壓器耦合給串聯諧振回路，提供串聯諧振的激勵功率。變頻串聯諧振試驗裝置是運用串聯諧振原理，利用勵磁變壓器激發串聯諧振回路，調節變頻控制器的輸出頻率，使回路電感L和試品C串聯諧振，諧振電壓即為加到試品上電壓。變頻諧振試驗裝置廣泛用于電力、冶金、石油、化工等行業，適用于大容量，高電壓的電容性試品的交接和預防性試驗。國內外有關部門為什么廣泛推薦采用交流耐壓取代直流耐壓？隨著國民經濟的發展以及城網供電電壓等級的提高，交聯聚乙烯絕緣電力電纜（XLPE）以其合理的工藝和結構，優良的電氣性能和安全可靠的運行特點，在國內外獲得越來越廣泛的使用。尤其在高壓輸電領域更取得了巨大的進展。與充油電纜相比，交聯電纜敷設安裝方便，運行維護簡單，不存在油的淌流問題。

但是，近年來的運行和研究表明，交聯聚乙烯電纜的絕緣在運行中易產生樹枝化放電，造成絕緣老化破壞，嚴重地影響了交聯聚乙烯絕緣電力電纜的使用壽命。因此，充分認識交聯電纜的絕緣特性，及時有效地發現和預防絕緣中存在的某些缺陷，對保障設備乃至系統的安全運行具有十分重要的意義。

闡述了影響交聯電纜絕緣的主要因素以及電纜的交接試驗原理，認為在現場對交聯電纜實施交流耐壓試驗是必要和可行的。　為了保證電纜安全可靠運行，有關的國際標準對電纜的各種試驗做了明確的規定。

主要試驗項目包括：測量絕緣電阻、直流耐壓和泄漏電流。其中測量絕緣電阻主要是檢驗電纜絕緣是否老化、受潮以及耐壓試驗中暴露的絕緣缺陷。直流耐壓和泄漏電流試驗是同步進行的，其目的是發現絕緣中的缺陷。但是近年來國內外的試驗和運行經驗證明：直流耐壓試驗不能有效地發現交聯電纜中的絕緣缺陷，甚至造成電纜的絕緣隱患。

德國Sechiswag公司在1978～1980年41個回路的10 kV電壓等級的XLPE電纜中，發生故障87次；瑞典的3 kV～24．5 kV電壓等級XLPE電纜投運超出9 000 km，發生故障107次，國內也曾多次發生電纜事故，相當數量的電纜故障是由于經常性的直流耐壓試驗產生的負面效應引起。因此，國內外有關部門廣泛推薦采用交流耐壓取代傳統的直流耐壓。

串聯諧振逆變器的控制方法

2.1 調幅控制（PAM）方法

調幅控制方法是通過調節直流電壓源輸出（逆變器輸入）電壓Ud（可以用移相調壓電路，也可以用斬波調壓電路加電感和電容組成的濾波電路，來實現調節輸出功率的目的。即逆變器的輸出功率通過輸入電壓調節，由鎖相環（PLL）完成電流和電壓之間的相位控制，以保證較大的功率因數輸出。

這種方法的優點是控制簡單易行，缺點是電路結構復雜，體積較大。

2．2 調制(PFM)方法

改變逆變器的工作頻率，從而改變負載輸出阻抗以達到調節輸出功率的目的。

從串聯諧振負載的阻抗特性

編輯

可知，串聯諧振負載的阻抗隨著逆變器的工作頻率（f）的變化而變化。對于一個恒定的輸出電壓，當工作頻率與負載諧振頻率偏差越大時，輸出阻抗就越高，因此輸出功率就越小，反之亦然。

脈沖頻率調制方法的主要缺點是工作頻率在功率調節過程中不斷變化，導致集膚深度也隨之而改變，在某些應用場合如表面淬火等，集膚深度的變化對熱處理效果會產生較大的影響，這在要求嚴格的應用場合中是不允許的。但是由于脈沖頻率調制方法實現起來非常簡單，故在以下情況中可以考慮使用它：

1）如果負載對工作頻率范圍沒有嚴格限制，這時頻率必須跟蹤，但相位差可以存在而不處于諧振工作狀態。

2）如果負載的Q值較高，或者功率調節范圍不是很大，則較小的頻率偏差就可以達到調功的要求。

基波或高頻諧振的處理：有運行電容器時，切除運行電容器;沒有運行電容器時，投入一組電容器;以上措施無法消諧時，切除該母線所有電容器，向調度申請切除部分饋線，最好是先切長線路。分頻諧振的處理：切除該母線所有電容器;諧振仍無法消除時，向調度申請切除該母線上的線路，直至諧振消除;若所有線路全部切除后仍無法消諧，向調度申請切除變低開關，將母線停電;恢復母線及線路送電。

諧振電路中一個非常重要的參數就是品質因數Q,它揭示了諧振電路的各種重要關系,Q值的大小直接影響諧振電路的通頻帶和選擇性等重要指標。然而,在現有的電子教科書中,對諧振電路品質因數的描述大都比較簡單,這不利于學生對這一概念與其內涵的真正理解與把握。特別是對品質因數Q值的求解,學生更是感到無從下手。針對于這問題,本文從品質因數的定義出發進行研究,介紹了一種計算品質因數Q值簡單而又有效的方法。