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中試控股技術研究院魯工為您講解：電纜變頻串聯(lián)諧振交流耐壓試驗裝置（電力院）

ZSBP-540kVA/270kV變頻諧振試驗裝置

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參考標準：DL/T 849.6-2016，DL/T 474.4-2018

變頻諧振試驗裝置：變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗裝置采用了調節(jié)電源的頻率的方式使得電抗器與被試電容器實現(xiàn)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和潮流，在國內外已經得到廣泛的應用。
采用了專用的SPWM數(shù)字式波形發(fā)生芯片，頻率分辨率16位，在20~300Hz時頻率細度可達0.1Hz；采用了正交非同步固定式載波調制方式，確保在整個頻率區(qū)間內輸出波形良好；功率部分采用了先進的IPM模塊，在小重量下確保儀器穩(wěn)定和安全。

變頻串聯(lián)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。元器件（純進口）：功率器件：德國英飛凌，模塊：日本富士IGBT，芯片：英特爾等

技術參數(shù)及功能描述
1、技術參數(shù)
? 輸入電源:
電壓： 380/220V±10%
頻率： 45/65Hz
? 輸出電壓：0-500V；
? 輸出波形：正弦波
? 頻率調節(jié)范圍：30-300Hz
? 頻率分辨率：0.01Hz
? 頻率穩(wěn)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(xù)工作時間：60分鐘
串諧計算
為了用戶更好更快的完成試驗，多用計算公式可以節(jié)約時間和少帶設備
注意事項及常見問題
1、高壓試驗請注意安全，嚴格按照高壓試驗的規(guī)范來操作。檢查/修改試驗接線時，請先關閉本系統(tǒng)，并切斷電源。
2、串聯(lián)諧振系統(tǒng)支持的最高電壓為800Kv，實際能夠升到的高壓由激勵變壓器決定，請根據(jù)試驗電壓調換合適的激勵變壓器。
3、如果開機后發(fā)現(xiàn)變壓器發(fā)出非正常聲音，請立即關閉本系統(tǒng)并切斷電源，檢查變壓器接線是否正確。
4、正常“停機”采用逐步降壓停機的方式，保護停機直接快速停機，遇到緊急情況可以直接斷開空開直接關機。
5、如果自動掃頻失敗，請檢查接線或重設掃頻范圍。
6、本系統(tǒng)試驗電壓為峰值采樣（國標要求），如果系統(tǒng)顯示的高壓跟萬用表顯示的高壓差別大，請檢查“試驗參數(shù)”中的“分壓變比”是否正確填寫。
常見故障排除
通用注意事項
1.本試驗設備應由高壓試驗專業(yè)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(yè)規(guī)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(guī)程進行試驗操作。
4.各聯(lián)接線不能接錯，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。
常見故障原因及排除
1.自動調諧不能完成，找不到諧振點：
現(xiàn)象：
調諧完成后儀器提示高壓異常
原因：
回路接地不好，試驗回路接線錯誤，裝置某一儀器開路，高壓測量線短路或者開路，高壓測量紅黑線頭插反
排除方法：
1）檢查接地裝置可靠，接地連接線是否有斷開點；
2）檢查勵磁變壓器的高低壓線圈的通斷；
3）檢查每一只電抗器的通斷；
4）檢查分壓器的信號線的通斷；
5）檢查分壓器的高低壓電容臂的通斷；
6）裝置自身升壓時沒有諧振點，還需要檢查補償電容器的通斷；
如果所有部件正常，依然沒有諧振點，請和廠家聯(lián)系，不可拆卸儀器！
3 不能升壓到試驗電壓
現(xiàn)象：
1）；改換激勵電壓到較高的電壓接頭
2）被試品部分有避雷器沒有打開連線
3）諧振點沒有找準，偏諧；
原因：
1）電抗器與試品電容量不匹配，沒有準確找到諧振點；
2）試品損耗較高，系統(tǒng)Q值太低；
3）勵磁變壓器高壓輸出電壓較低；
4）高壓連接線過長或沒有采用高壓防暈線
排除方法：
1）將補償電容器并接入試驗回路，加大回路電容量；
2）盡可能將多只電抗器串聯(lián)，提高回路電感量；
3）提高勵磁變壓器的輸出電壓；
4）干燥處理被試品，提高被試品的絕緣強度，減少回路的有功損耗；
5） 一般在設備較高電壓輸出時，采用高壓防暈線，或將普通高壓輸出線改為較短的連線，一般不超過5米。

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(fā)電機組安裝技術規(guī)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(guī)程》                  DL/T596-1996
《耦合電容器和電容分壓器》                  IEC358(1990)

為了防止電擊，接地導體必須與地面相連。在與本產品輸入或輸出終端連接前，應確保本產品已正確接地。
注意所有終端的額定值：為了防止火災或電擊危險，請注意本產品的所有額定值和標記。在對本產品進行連接之前，請閱讀本產品使用說明書，以便進一步了解有關額定值的信息。
在有可疑的故障時，請勿操作：如懷疑本產品有損壞，請本公司維修人員進行檢查，切勿繼續(xù)操作。
請勿在潮濕環(huán)境下操作
請勿在易爆環(huán)境中操作
保持產品表面清潔和干燥

中試控股詳細講解綜述串聯(lián)諧振耐壓電路的主要特點是：

由于諧振無功全補償，電源和設備的功率僅為被試品所需容量的1/10以下（1/   Q>10）；同容量的體積小，重量輕，裝置輸出容量大而所需配置的電源容量小，價廉，使用操作便捷而安全； 串聯(lián)諧振實際是個電流濾波回路，使通過被試品的電流基本是基波電流，輸出電壓的波形畸變率（THD）極小，優(yōu)于現(xiàn)有所有類型的交流耐壓設備； 試品閃絡或擊穿后的短路電流僅為短路前試驗電流的1/10以下的（1/Q）能有效防止擊穿后擴大對故障點的損傷； 閃絡后立即自動熄弧，熄弧后恢復諧振狀態(tài)電壓建立的過程較長（秒數(shù)）是一個穩(wěn)態(tài)的建立過程，既無電壓過沖之慮更無微秒級毫秒級瞬態(tài)過程的恢復過電壓的危險。

4.2并聯(lián)諧振

并聯(lián)諧振電路原理見圖4，向量圖見圖5。

圖4  并聯(lián)諧振回路原理圖

     L——可調電抗器的電感量        CX——被試品電容量

     r——可調電抗器的有功損耗及被試品介損等全回路綜合損耗的等效并聯(lián)電阻

圖5  r、L、C并聯(lián)電路向量圖

并聯(lián)諧振是電流補償方式，諧振特性曲線見圖6，圖4中的電流：

當圖4中的L調節(jié)至諧振點電感量L0時，XL=XC，IL=IC此時即實現(xiàn)了完全并聯(lián)諧振，見圖6，L0與（2）式相同。

并聯(lián)諧振時，電源供給的電壓UX-與試驗電壓相同，由于無功電流完全補償?shù)窒娫磧H需提供COSΦ=1的IX=Ir補償諧振回路的綜合有功損耗，便可激發(fā)并維持穩(wěn)定的諧振。                

 圖6  并聯(lián)諧振特性曲線

并聯(lián)諧振具有串聯(lián)諧振同等的無功補償及其相應的優(yōu)點，但不能充分具有串聯(lián)諧振所具的其他三項特點。一般大多采用串聯(lián)諧振交流耐壓的方式。

4.3調諧操作優(yōu)先

為了試驗的安全和順利進行，在進行串聯(lián)諧振耐壓試驗時，***是先在給定的很低的起始激勵電壓UJ0下（一般為幾百伏），調節(jié)L使其達到全諧振L0，在較小的脫諧度ST范圍內緩緩升壓，至UC達到預定的耐壓值。中試控股詳細講解串聯(lián)諧振逆變電源憑借起動容易、易高頻化的優(yōu)點在高頻逆變領域得到廣泛應用。全橋串聯(lián)逆變電路工作工程中如果上下橋臂同時導通，則器件瞬間損壞，為了防止這一事件的發(fā)生，而加入一定的死區(qū)時間。死區(qū)時間如果很大，則占空比就會降低，影響電源的效率，若死區(qū)時間設置過小，那么開關器件的損耗增大，所以死區(qū)時間的設置在電源設計中至關重要。本文提出死區(qū)時間的確切算法，使得電路設置精確，最大限度地提高電源整機的工作效率。

中試控股詳細講解研究表明問串聯(lián)諧振逆變器保持零電壓開關是減小器件損耗和保護器件的***選擇而在串聯(lián)諧振電路中維持ZVS的條件是諧振網絡工作在感性準諧振狀態(tài)，所以電路中要實現(xiàn)定角控制，使得串聯(lián)諧振逆變器的電流沸后電壓一定位角，而使逆變器一直保持ZVS模式，***限度地提高其工作頻率和減小器件的降額。

1、主電路框圖

典型的串聯(lián)諧振逆變電路如圖1所示。圖中D1、D2、D3、D4功率開關器件Ugl、Ug2、Ug3、Ug4的反并聯(lián)快恢復二極管，C1、C2、C3、C4為開關器件的吸收電容(包括開關器件的結電容)，Cd為直流濾波電容，L，C，R為等效串聯(lián)諧振負載。

串聯(lián)諧振逆變電路.jpg

圖1  串聯(lián)諧振逆變電路

2、死區(qū)時間設計

在零電壓換流模式下，逆變器的工作頻率略高于諧振負載的固有諧振頻率，即負載電流iH滯后于負載電壓UH，負載電壓UH和負載電流iH簡圖如圖2所示。

開關管換流過程.jpg

圖2  開關管換流過程

中試控股詳細講解在ZVS時串聯(lián)諧振逆變器的開關器件的關斷和開通電流值很小，關斷時間比較短，所以為了突出主要問題并簡化分析，先忽略開關器件的開通和關斷時間。如圖2所示，C1、C4在Tdead內充電和放電電荷總量為Qc=2CUd，而iH在Tdead內的抽取電荷為

ZVS換流時有Qh≥Qc，即

公式1.jpg

式中Im——負載電流的幅值， ω—— 負載的諧振角頻率，△t——電流滯后電壓時間差， C——吸收電容電容值， Ud——直流橋電壓。

當Qh=Qc時，說明吸收電容兩端電壓在充放電完畢那一時刻，后一對管子導通，此時既可以***上下管不同時導通，又可以***開關管零電壓開通和關斷，而且此時占空比丟失最小。由以上分析可知，***死區(qū)設置應該為Qh=Qc時死區(qū)值加上開關管開通和關斷延時時間。

3、控制電路

高頻逆變電源、在工作過程中，隨著負載溫度升高，負載的物理特性會發(fā)生一些變化，固有諧振頻率也會相應改變，為了使逆變電源始終工作在功率因數(shù)接近或等于1的準諧振或諧振狀態(tài)，控制電路***實現(xiàn)頻率的自動跟蹤。

一種通用的CMOS鎖相環(huán)集成電路，具有電源電壓范圍寬、輸入阻抗高、動態(tài)功耗小等優(yōu)點。利用這種鎖相環(huán)可以簡單有效地實現(xiàn)頻率的自動跟蹤，從而實現(xiàn)逆變電路的零電壓開關。