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電力技術
電抗器串聯諧振耐壓試驗設備
時間：2022-11-24
中試控股技術研究院魯工為您講解：電抗器串聯諧振耐壓試驗設備
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
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。
南方電網公司2004年發布的企業標準之《電力設備預防性試驗規程》內容中在電纜主絕緣耐壓試驗一項中規定了電纜的交流耐壓試驗標準，其試驗頻率推薦為20～300Hz，35kV及以下電纜試驗電壓為1.6倍的相電壓，110kV電纜試驗電壓為1.36倍的相電壓，220kV及以上電纜試驗電壓為1.12倍的相電壓。
交流耐壓試驗方法的選擇
1，超低頻0.1Hz耐壓試驗
因被試電纜的電容量很大，工頻試驗時所需試驗變壓器的容量也要很大，導致試驗設備笨重而不適于現場使用。采用0.1Hz作為試驗電源，理論上可以將試驗變壓器的容量降低到1/500，試驗變壓器的重量可大大降低，可以較容易地移動到現場進行試驗。目前，此種方法主要應用于中低壓電纜的試驗，由于試驗條件的真實性畢竟不如近工頻交流電壓，電壓等級偏低，還不能用于110kV及以上的高壓電纜試驗。
2，振蕩電壓試驗
振蕩電壓試驗是用直流電源給電纜充電，當達到試驗電壓后使放電間隙擊穿而通過電感線圈放電，對電纜施加一定電壓幅位、頻率為kHz級的衰減振蕩波電壓作為擠包絕緣電纜線路的竣工試驗方法的另一種途徑。此種方法比直流耐壓試驗方法有效，但與工頻電壓試驗相比， 其檢查電纜主絕緣和附件缺陷的效果仍不理想， 一是波的衰減厲害，難以滿足長電纜的需要;二是使局放增大，對電纜有較大傷害。
3，諧振耐壓試驗
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電容諧振，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與潮流，在國內外已經得到廣泛的應用。
變頻諧振試驗系統不但能滿足高壓電纜的耐壓要求，而且具有重量輕、可移動性好的優點，適宜現場試驗。經分析比較，我們采用變頻串聯諧振成套試驗裝置，該裝置采用固定電抗器作為諧振電抗器，以調頻的方式實現諧振，頻率的調節范圍為30～300Hz，符合南方電網公司2004年發布的企業標準之《電力設備預防性試驗規程》內容中推薦使用頻率20～300Hz的諧振耐壓試驗。
3.諧振試驗裝置使用中的注意事項
(1)諧振電源產品大多都是高壓試驗設備，要求由高壓試驗專業人員使用，使用前應仔細閱讀使用說明書， 并經反復操作訓練。
(2)操作人員應不少于2人。使用時應嚴格遵守本單位有關高壓試驗的安全作業規程。
(3)為了保證試驗的安全正確，除必須熟悉本產品說明書外，還必須嚴格按國家有關標準和規程進行試驗操作。
(4)各聯接線不能接錯，特別是接地線不能接錯，否則可導致試驗裝置損壞。
(5)本裝置使用時，輸出的是高電壓或超高電壓，必須可靠接地，注意操作安全距離。
(6)串聯諧振試驗系統是利用諧振電抗器與被試品諧振產生高電壓的，也就是說，能不能產生高電壓主要是看試品與諧振電抗器是否諧振，所以，試驗人員在分析現場不能夠產生所需高電壓時，應該分析什么破壞了諧振條件，回路是否接通等。
(7)串聯諧振試驗系統的激磁變壓器有特定的電壓和電流要求，在選用代替品時，一定要考慮電壓和電流， 不能采用只是容量相同的普通的試驗變壓器。
4.最后
直流耐壓試驗不能模擬高壓交聯電纜的運行工況，試驗效果差，并且有一定的危害性，在現場竣工驗收試驗時，不宜再采用直流耐壓的方法。交流耐壓試驗是現場檢驗交聯電纜的敷設和附件安裝質量最有效的手段。通過電抗器串并聯的方式可以滿足高壓交聯電纜現場交流耐壓的要求。調頻式串聯諧振有哪幾種規格配置：
各種大型電力變壓器、電力電纜復、汽輪及水輪發電機及其它容性設備的交流耐壓試驗都必須嚴格按試驗規程定期進行。變頻串聯諧振交流耐壓制試驗裝置、中試控股變頻諧振、變頻串聯諧振、串聯諧振、調頻串聯諧振、串聯諧振耐壓試驗裝置、串聯諧振試驗設備、電纜耐壓試驗裝置、工頻耐壓試驗裝置、中試控股高壓交聯電纜交流耐壓試驗設備、交流耐壓試驗裝置、調頻諧振 便攜式電纜耐壓試驗裝置。
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