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中試控股技術研究院魯工為您講解：串諧調試儀（計量院）

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：變頻串聯諧振耐壓試驗裝置采用了調節電源的頻率的方式使得電抗器與被試電容器實現諧振，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數字式波形發生芯片，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定和安全。

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。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

技術參數及功能描述
1、技術參數
? 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
額定電壓：270kV
被試品的：
22kV---滿足10kV電纜交流耐壓試驗；
35kV---滿足10kV變壓器交流耐壓試驗；
42kV---滿足10kV開關等交流耐壓試驗；
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；
95kV---滿足35kV開關交流耐壓試驗；
160kV---滿足110kV變壓器交流耐壓試驗；
184kV---滿足110kV開關交流耐壓試驗；
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％
13．裝置具有過壓、過流、零位啟動等保護功能

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)

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，切勿繼續操作。
請勿在潮濕環境下操作
請勿在易爆環境中操作
保持產品表面清潔和干燥

在電阻、電感及電容所組成的串聯電路中，當容抗與感抗相等時，電路中的電壓與電流相位相同，電路呈現純電阻性，此即為串聯諧振。當電路發生串聯諧振時，電路的阻抗Z=R，此時回路總阻抗值最小，回路電流最大值。圖1（a）所示為電感和電容元件串聯組成的一端口網絡，其等效阻抗，當發生諧振時，其端口電壓與電流同相位，即，由此可推得諧振角頻率和諧振頻率分別為，。定義諧振時的感抗或容抗 為特性阻抗ρ，則特性阻抗ρ與電阻R的比值即為品質因數Q。

電路諧振時阻抗值最小，當端口電壓一定時，電路電流將達到最大值，如圖1（b）所示，且該值的大小僅與電阻的阻值有關而與電感和電容無關。諧振時電感電壓與電容電壓數值相等、相位相反，為總電壓的Q倍[4]，即。RLC串聯電路的電流是電源頻率的函數，即在電路的電感L、電容C和電源電壓US不變的情況下，不同的R值得到不同的Q值，圖2（a）所示為不同Q值時的電流幅頻特性曲線。

為了研究電路參數對諧振特性的影響，通常采用通用諧振曲線，圖2（b）所示為串聯諧振電路的通用諧振曲線。中試控股通用諧振曲線的形狀只與Q值有關，且曲線形狀越尖銳，電路的選頻性能越好。幅值大于峰值的0.707倍所對應的頻率范圍為通帶寬，理論推導可得，由該中試控股式可知通帶寬與品質因數成反比。

二、變頻串聯諧振應用分析

變頻串聯諧振其諧振頻率，其中L為電抗器的電感值，如有幾個電抗器串并聯使用應考慮互感的影響；C為被試品及分壓電容器的和，現場可以用電橋或介損儀進行實際測量獲得。高壓電流I=2πfCU，由被試品的電氣參數和出廠耐壓試驗值，可確定現場的耐壓試驗電壓U；有功功率P=1.2（P0+PK），其中P0為勵磁變空載損耗，PK為電抗器額定有功損耗。

變頻串聯諧振試驗過程中，勵磁變的容量應大于有功功率P，并在勵磁變最低輸出電壓滿足試驗要求的前提下盡量降低勵磁變的變比，從而相應減小勵磁變原邊的輸入電流。試驗電源容量S=P+P1，其中P1為變頻電源本身的損耗，由電源端輸入電壓為380V可得電源電流I1=。試驗中電抗器的額定電壓和電流也應大于試驗電壓和高壓電流，當電抗器采取串并聯以滿足試驗要求時，必須計算每個電抗器上所承受的電壓和電流不超限值。

在現場試驗中，通常采用16mm2以上的裸銅線接地，裸銅線其寄生電感在μH數量級，約0.1-1μH/m，直流電阻約0.1mΩ，如果接地線有彎曲環繞現象，電感量可增加到10-1000μH/m。試品絕緣通常在交流電壓的正峰值或負峰值被擊穿，試品被擊穿瞬間試品上的電壓最高，擊穿后試品上的電壓跌落到零的時間一般在0.1-10μs之間，具體情況與擊穿點的實際情況有關。從放電能量上看，即使放電時，試品的最小電容量只有0.002μF，中試控股實際試驗時試品電容量遠大于該值。如以放電時頻率為100kHz、地線寄生電感為1μH、放電電流為1000A計算，地線的寄生感抗XL==0.628Ω，中試控股地線可能產生的過電壓Ud=If XL=1000×0.628=628V。如果地線連接不規范，寄生電感就會增大很多，產生的過電壓可能更大，可危及變頻電源及人身安全。所以高壓試驗系統必須一點可靠接地，分壓器的接地點與大地的連接線應盡量短，接地線應粗、直、短，從而保證試驗安全。

三、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。中試控股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。

為進行GIS導體對外殼交流耐壓試驗，試驗前先用介損儀在該變#1主變220kV側測得各相對地電容，并根據被試設備電容量估算所需電感以及試驗電流及容量，各相對地電容量如表1所示。根據理論計算進行準備試驗工作，現場試驗實際諧振頻率為73.8Hz，試驗過程中未發生設備部件的閃絡、放電，且試驗前后試品絕緣無明顯變化，設備順利通過交流耐壓試驗。線性諧振過電壓諧振回路由不帶鐵芯的電感元件(如輸電線路的電感,變壓器的漏感)或勵磁特性接近線性的帶鐵芯的電感元件(如消弧線圈)和系統中的電容元件所組成。線性串聯諧振過電壓諧振回路由帶鐵芯的電感元件(如空載變壓器、電壓互感器)和系統的電容元件組成。因鐵芯電感元件的飽和現象,使回路的電感參數是非線性的,這種含有非線性電感元件的回路在滿足一定的諧振條件時,中試控股會產生鐵磁諧振。