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電力技術

串聯諧振裝置（電科院）

時間：2022-11-24

中試控股技術研究院魯工為您講解：串聯諧振裝置（電科院）

ZSBP-405KVA/54KV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-405KVA/54KV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-405KVA/54KV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置
一、適用范圍
1．35kV，300平方毫米交聯電纜3000m，電容量≤0.59μF，試驗頻率30-300Hz，試驗電壓52kV。
2、10kV，300平方毫米交聯電纜6000m，電容量≤2.3μF，試驗頻率30-300Hz，試驗電壓22kV。
3.10kV/1000kVA變壓器的交流耐壓試驗，電容量≤0.01μF，試驗頻率45-65Hz，試驗電壓不超過35kV。
5.10kv,35kv所有被試品
6. 環境溫度：－150C –45 0C;
7. 相對濕度：≤90%RH;
8. 海拔高度: ≤2500米；
二、系統主要性能及參數
1、電源電壓： 380V±10%、50Hz；
2、額定容量： 405KVA；
3、輸出電壓： 54KV，
4、輸出電流： 2.5A. 5A 7.5A
5、輸出電壓波形: 正弦波；
6、輸出電壓波形畸變率: ≤0.5% ；
7、允許連續工作時間：額定輸出電流下持續運行時間為60分鐘；
8、輸出頻率范圍: 30～300Hz ；
9、品質因數: ≥30
10、系統噪聲: ≤60db
11、系統測量精度: 1.0級
12、頻率分辨率: 0.01Hz
13、頻率不穩定度: ≤0.05%
14、環境溫度： -25℃～ +55℃
相對濕度: ≤90%
海拔高度: ≤2000m
15、具備手動試驗/自動調諧/自動試驗模式。
16、具備大屏幕顯示,可指示:輸出電壓(有效值)及輸出頻率等。
17、具備試驗電壓、時間、試驗頻率范圍等試驗參數設置功能。
18 具備過電壓、過電流、過熱保護功能。
19、具備閃絡保護功能,在試品發生閃絡時諧振回路失諧,電源立即停止輸出,屏幕提示“試驗失敗”及相關信息。
20、具備各種數據打印功能。
三、設備制造遵循的國家標準和行業標準
GB7328-87 << 變壓器和電抗器的聲級測量>>
GB1094 <<電力變壓器>>
GB/T16927.1-2-1997 <<高電壓試驗技術>>
ZBK41006-89 <<試驗變壓器>>
GB4208 <<外殼防護等級>>
GB2900 <<電工名詞術語>>
GB5273 <<變壓器、高壓電器和套管的端子>>
GB191 <<包裝儲運標志>>
GB10327 <<電力變壓器絕緣水平和絕緣試驗外絕緣自空氣間隙》
GB10229-88 <<電抗器>>
IEC358(1990) <<耦合電容器和電容分壓器>>
IEC1000 <<電磁兼容性>>
GB4793-1984 電子測量儀器安全要求
四、系統配置及具體參數
1、變頻控制電源20KW 1臺
a) 變頻控制電源采用高壓耐壓試驗專用變頻電源,采用一體化設計,控制電源本體具備調頻、調壓、控制、保護等功能。
b) 額定輸出容量: 20KW
c) 工作電源: 交流220V、50Hz 。
d) 輸出電壓: 0～500V可調。
e) 輸出電壓不穩定度≤0.05%
f) 最大輸出電流: 40A
g) 輸出波形:正弦波, 波形畸變率:≤0.5%
h) 頻率調節范圍: 30～300Hz
頻率調節分辨率: 0.001 Hz
i) 連續運行時間: 大于1小時
j) 噪聲水平:≤ 60dB
k) 變頻電源采用高性能專用微機控制電壓、頻率調節
l) 變頻電源配備專用引線和插頭與其他設備進行連接。
m) 保護：具有過壓、過流、過熱、放電保護功能。
n) 具備手動試驗/自動調諧/自動試驗三種模式,并可任意切換。
具備大屏幕顯示,可指示:輸出電壓(有效值)及輸出頻率、勵磁電流、勵磁電壓、試驗時間等。
具備試驗電壓、時間、試驗頻率范圍等試驗參數設置功能及各種數據打印功能。
O) 重量： 26Kg
2、勵磁變壓器20KVA 1臺
a) 額定容量: 20KVA
b) 輸入電壓: 500V
c) 輸出電壓： 1.5KV; 3KV；5KV
d) 工作頻率范圍： 30～300Hz
e) 連續運行時間: 大于1小時
f) 電壓比測量誤差: 小于1%
g) 結構：采用干式結構,絕緣耐熱等級H級,滿足干式變壓器國家規范要求；
高﹑低壓繞組間和鐵芯設靜電屏蔽,既作為勵磁變,又是隔離變；
內置過電壓保護,防止擊穿反擊。
h) 重量： 50Kg ;
3、高壓電抗器67.5/27 6臺
a) 額定容量： 67.5KVA
b) 額定電壓： 27KV
c) 額定電流： 2.5A
e) 品質因素： Q≥30
f) 結構：干式；
g) 重量： 60Kg/臺
h) 連續運行時間：≥ 1小時
4、電容分壓器 60/0.001 1臺
a) 額定電壓： 60KV
b) 工作頻率： 30～300Hz
c) 分壓比： 1000：1
d) 分壓比誤差： ≤1%,
e) 測量精度：交流有效值1.0級
f) 介質損耗： tgδ≤0.5% ;
g) 重量： 10Kg
h)高﹑低壓臂的電容采用一致的介質結構,溫度系數小,角位移小,在30-300HZ內分壓比不變。
五、供貨清單一覽表
1、變頻電源 20KW 臺 1
2、勵磁變壓器 20KVA 臺 1
3、高壓電抗器 67.5/27(27KV/2.5A) 臺 6
4、電容分壓器 60/0.00（60KV）臺 1
5、附件測試線一套套 1
六、出廠檢驗
本裝置出廠前，對各組成單元設備及成套裝置分別按下列試驗項目進行出廠前試驗，試驗結果完全符合協議及以下標準要求后方可出廠。
1、變頻電源
1）絕緣電阻測試
2）耐壓試驗：2000V，1分鐘
3）負載試驗：在滿負荷下，各器件的溫升不大于45K 。
2、勵磁變壓器
1）直流電阻測量
2）變比測量
3）空載電流及空載損耗
4）短路阻抗和負載損耗
5）絕緣電阻測試
6）溫升試驗：額定容量下運行60min,溫升不大于65K
3、電抗器試驗
1）直流電阻測量
2）電感量測量
3）交流耐壓試驗
溫升試驗：額定容量下運行60min,溫升不大于65K
4、成套裝置試驗
（1）耐壓試驗：1.1額定電壓下，耐壓1min；
（2）短路試驗：電壓為0.5U，0.8U，1.0U的條件下，將高壓輸出突發短路3次，保護裝置可靠動作，各單元完好。
（3）噪音小于60dB；

ZSBP-405KVA/54KV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-405KVA/54KV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-405KVA/54KV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。

ZSBP-405KVA/54KV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置

變頻串聯諧振應用范例

以某變電站220kV GIS導體對外殼耐壓試驗為例，產品出廠試驗電壓導體對地為460kV，現場交接試驗電壓值為出廠試驗的80%，即368kV。試驗設備采用變頻式串聯諧振耐壓試驗裝置，試驗按電氣設備交接試驗標準和規程進行[1，5]。試驗時GIS設備所有氣室均充額定壓力SF6氣體且微水測量合格，架空線、電力變壓器、避雷器和保護間隙與GIS隔離開。導體對外殼耐壓加壓試驗時，220kV GIS試驗電壓由#1主變220kV側套管處施加，每次一相，其他兩相與接地的外殼短接。變頻串聯諧振裝置大電容量的電氣設備(如大型發電機組、電力變壓器、電力電容器、GIS、電力電纜等)在一定頻率范圍內的絕緣耐受與工頻耐壓具有一定的等效性，這樣就為利用變頻試驗裝置的電感與被試品的電容串聯產生諧振電壓來進行交流耐壓試驗提供了可能，且由于試驗裝置的勵磁電壓低、重量輕，非常方便于在施工現場使用。現就變頻串聯諧振試驗裝置的原理、特點和在實際應用中的幾點體會進行闡述。
一、變頻串聯諧振耐壓試驗裝置的原理
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發生串聯諧振的基本原理是：在R-L-C電路中

變頻串聯諧振裝置的原理

由電工知識得到：Uc=I/ωC,UL=I*ωL，UR=I*R，U=Uc+UL+UR，當LRC串聯回路中的感抗與試品容抗相等時，電感中的磁場能量與試品電容中的電場能量相互補償，試品所需的無功功率全部由電抗器供給，電源只提供回路的有功損耗。電源電壓與諧振回路電流同相位，電感上的電壓降與電容上的壓降大小相等，相位相反。由圖1可知，當 ωL=1/ωc，回路的諧振頻率f=1/2π√LC，也就是說，電路發生串聯諧振，電源提供很小的勵磁電壓，試品上就能得到很高的電壓,電源頻率為諧振頻率。

二、變頻串聯諧振耐壓試驗裝置的特點

利用串聯諧振原理在回路中產生高電壓,一般頻率為30~300Hz。串聯諧振中的直流高壓發生器原理如下圖2表示：

當電源頻率(f)、電感(L)及被試設備電容(C)滿足下式時回路處于串聯諧振狀態此時：f=1/2π√LC，回路中電流為I=Ulx/R,被試設備電壓為Ucx=I/ωCx輸出電壓與勵磁電壓之比為試驗回路的品質因數：Q=Ucx/Ulx=(ωL)/R，由于試驗回路中電阻R很小，故試驗回路品質因數很大。一般正常時可達50以上，既輸出電壓是勵磁電壓50倍，因此用較低容量的試驗變壓器就能得到較高的試驗電壓。這樣就解決了在一般的交流耐壓試驗中試驗變壓器容量不能滿足試驗要求的問題。而此時電容量與電感的關系為ωL=1/ωc，因為對某個試品而言，電容量是固有的，試驗用可調電感的價格也非常昂貴，因此解決問題的途徑就引到了改變電源頻率回路的諧振頻率，在初始電壓下調節回路的頻率，觀察Uc的變化達最大值時，增加或減小頻率時諧振電壓都要下降，這時的頻率為諧振頻率，這時的電壓為諧振點電壓，增加勵磁電壓就能升高諧振電壓，從而達到試驗電壓目的。另外，由于試驗回路是處于諧振狀態，回路本身具有良好的濾波作用，電源波形中的諧波分量在設備兩端大為減小，從而輸出良好的正弦波形。當試品放電或擊穿時，即回路中等值電容被短路，諧振條件被破壞，電壓明顯下降，恢復電壓上升緩慢，試品上不發生暫態過電壓，且電源供給的短路電流受到電抗的限制而減少，從而限制被試設備的損壞程度。福建省第二電力建設公司電力試驗所自開展交流耐壓試驗以來,先后多次發現設備在生產及現場安裝中存在的安全隱患。如,500kV泉州大園變220kV SF6電流互感器耐壓擊穿,原因是生產廠家遵照的耐壓標準低于國網公司訂貨標準;220kV寧德樹兜變GIS耐壓擊穿,原因是安裝工藝不到位,其中一個絕緣盆對接處有污漬沒清理干凈;500kV漳州變二期擴建500kV電流互感器耐壓擊穿,原因是內部二次繞組外表油漆脫落導致整體絕緣破壞。這些都證明了開展交流耐壓試驗的必要性。

1串聯諧振原理在傳統工頻條件下,使用交流電壓進行現場試驗,試驗設備需要提供很大的無功功率。由于現場搬運這些設備非常不方便,而且大電流的工作電源在現場也不易取得,因此,一般都采用串聯諧振交流耐壓試驗設備。

串聯諧振的基本電路如圖1所示。當試驗回路發生串聯諧振時,存在下列關系:。串聯電路的品質因數用Q表示,即:,則當發生串聯諧振時,被試品電壓可描述為:。

圖1串聯諧振基本電路由以上公式可知:

(1)串聯諧振電路的諧振頻率f0由電路自身的參數L和C確定,與試驗電源的特征無關;

(2)試驗電源的輸出功率Us為外部回路所消耗的純有功功率;

(3)試品兩端的電壓Uc為輸入電壓的Q倍。由于一般試驗回路的Q值遠大于1,因此串聯諧振電路具有明顯的電壓放大作用;

(4)當電路發生串聯諧振時,試驗系統的電流I為純阻性,試驗電源無需向串聯諧振試驗系統額外提供無功功率,電源利用率較高;

(5)當試驗電源頻率一定時,可以通過調節串聯電路的參數L或C,使電路的固有頻率與試驗電源輸出信號的頻率一致,則試驗系統將會出現諧振現象;

(6)當電路參數固定、調節不便或范圍受限時,通過改變試驗電源輸出信號的頻率,使之與串聯電路的固有頻率一致,也可以產生諧振調節。根據調節手段的不同,串聯諧振試驗裝置可分為調頻式和調感式2種。調頻式串聯諧振試驗裝置(30～300Hz)主要用于電力電纜、GIS(包括HGIS)及SF6電流互感器等設備的耐壓試驗;調感式串聯諧振試驗裝置(50Hz)主要用于變壓器、電機等設備的耐壓試驗。諧振耐壓試驗需要大型的設備、復雜的人員組織。在高電壓條件下工作,如果由于疏忽,人員與帶高電壓設備的距離小于安全距離時,極有可能發生人身傷亡事故;由于錯接試驗回路或錯加更高的試驗電壓,很可能造成試驗儀器或被試電氣設備的損壞。為了有效防止意外事故的發生,應在思想高度重視的基礎上,加強安全技術措施。