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中試控股技術研究院魯工為您講解：電纜變頻諧振器（電科院）

ZSBP-108KVA/108KV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置

全自動模式、半自動模式、手動模式

實時顯示試驗狀態，用戶可根據試驗狀態進行相應操作。

參考標準：DL/T 849.6-2016，DL/T 474.4-2018

變頻串聯諧振耐壓試驗裝置：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

串聯諧振試驗中控制逆變器的方法有調幅控制和脈沖調頻控制兩種。脈沖頻率調制方法實現起來比較簡單，可以在下面兩種情況下使用。 
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。 
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。 
變頻串聯諧振試驗裝置是用于鑒定電氣設備絕緣強度，它對于判斷電氣設備能否投入運行具有決定性的意義，也是用來保證設備絕緣水平,避免發生絕緣事故的重要手段。因為變頻串聯諧振試驗裝置能充分反映電氣設備在交流電壓下運行的實際情況，能真實有效的發現絕緣缺陷。 

參數
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。
1、輸入:電壓220V或者380V ±10%
2、頻率：45/65Hz
3、輸出電壓：0-250V
4、輸出波形：正弦波
5、頻率調節范圍：30-300Hz
6、頻率分辨率：0.01Hz
7、頻率穩定度：0.1%
8、頻率步進值：5Hz,1Hz，0.1Hz，0.01Hz
9、電壓分辨率：0.1kV
10、電壓測量精度：1.5%
11、電壓步進值： 1%，0.5%，0.1%，0.01%
12、運行連續工作時間：60分鐘

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。
該裝置主要針110kV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：
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。
整個裝置單件重量很輕，最大不超過60kg，便于現場使用。
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、
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。
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。
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。
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，芯片采用英特爾的原裝器件等

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。

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

 為了分析各種因素對測量結果的影響,本文以三節電抗器串聯為例,對試驗的諧振頻率以及測量電壓分別建立了相應的電氣模型,如下圖所示。圖中,為便于分析,將試驗時高壓端電暈電阻與高壓引線及試品電容之間的并聯支路,等效為串聯支路,故試品兩端電壓為等效串聯支路兩端電壓 。其中涉及到的參量包括各電抗器電阻 R L 、各電抗器電抗 L 、電容分壓器電容C m 、電容分壓器測量電壓U m 、試驗諧振角頻率 ω、電抗器級數 n、試驗電壓測量值U 0m ,高壓端電暈等效電阻 R Y 、試品等效電容 C 0 以及試驗電壓真實值U 0 。

 變壓器出口電抗以及試驗回路雜散電容的影響在試驗時,變壓器出口有一個很小的抗性內阻,高壓引線對地之間有雜散電容存在。變壓器的抗性內阻與電抗器串聯在一起,增加了串聯回路的電抗值,使諧振頻率下降,將使測量值比實際值偏大,由于變壓器的內阻抗相對于試驗回路而言,遠遠小于試驗回路的阻抗值,因此其對試驗的影響可以忽略不計。

 高壓引線對地的雜散電容與試品電容并聯在一起 ,相當于增加了試品的電容量,其作用可視作試品電容,因此對測量結果沒影響 。

結論

 通過本文的分析,說明采用測量中間電壓法,在三節電抗器串聯時,測量電壓與實際加在試品兩端的電壓之間的誤差遠小于相關標準要求的 5%,而且測量電壓值大于試品兩端的電壓,不會導致試品因電壓過高,因此在現場采用測量中間電壓法是可行的。

 在含有電容和電感的電路中，如果電容和電感并聯，可能出現在某個很小的時間段內：電容的電壓逐漸升高，而電流卻逐漸減少；與此同時電感的電流卻逐漸增加，電感的電壓卻逐漸降低。而在另一個很小的時間段內：電容的電壓逐漸降低，而電流卻逐漸增加；與此同時電感的電流卻逐漸減少，電感的電壓卻逐漸升高。電壓的增加可以達到一個正的最大值，電壓的降低也可達到一個負的最大值，同樣電流的方向在這個過程中也會發生正負方向的變化，此時我們稱為電路發生電的振蕩。 

 電容和電感串聯，電容器放電,電感開始有有一個逆向的反沖電流，電感充電;當電感的電壓達到最大時，電容放電完畢，之后電感開始放電，電容開始充電，這樣的往復運作，稱為諧振。而在此過程中電感由于不斷的充放電，于是就產生了電磁波。 

 電路振蕩現象可能逐漸消失，也可能持續不變地維持著。當震蕩持續維持時，我們稱之為等幅振蕩，也稱為諧振。 

諧振時間電容或電感兩端電壓變化一個周期的時間稱為諧振周期，諧振周期的倒數稱為諧振頻率。所謂諧振頻率就是這樣定義的。它與電容C和電感L的參數有關，即：f=1/2π√LC(Hz)。

 LC電路的幅頻特性曲線：

 找諧振點的方法是：在調頻界面里通過升、降頻率來看試驗電壓，如果在某一頻率時試驗電壓最大，而在其他頻率時試驗電壓都小，則此點為諧振點。有時出現試驗電壓低于2KV的在某個頻率如f1，則該頻率不是不是真正的諧振點，一般情況下，只有試驗電壓大于2KV，這樣找出來的才是真正的諧振點（如果負載太大，也可能小于2KV）。找出諧振點后在調壓界面升電壓，直到所需值為止。

 串聯諧振試驗裝置是由隔離變壓器、調頻調壓電源、激勵變壓器、電抗器和電容分壓器組成，利用調諧電感與負荷電容使之產生工頻串聯諧振，以獲得工頻試驗電壓的串聯諧振試驗裝置。它適用于各種大型電力變壓器、電力電纜、汽輪及水輪發電機及其它容性設備的交流耐壓試驗。

 利用串聯諧振的方法進行交流耐壓試驗是完全可行的。對于試驗中遇到的問題，采用調整試驗頻率、選擇偏離諧振頻率下進行試驗和調整回路的品質因數的方法也是行之有效的。前面所述僅僅是目前實際操作中發現的問題，今后還會遇到一些其它的技術問題，有待在實踐中發現和解決。目前電力規范中規定35KV及以上電纜試驗必須做交流耐壓，這就要求我們不斷總結經驗，取長補短，逐漸改進，對新工藝、新材料提出更高的要求，用行之有效科學方法去應對日益發展新技術。

隨著消費者安全意識的提高以及生產廠商對產品質量的日益重視，各廠商在產品設計和生產過程中幾乎都會對產品的安全性能進行測試來確保自己產品的質量和安全性，在各種安全性能測試中，耐壓測試是最基本、最常用的測試手段。根據不同電氣產品不同的技術要求，在產品上施加一個高于正常工作的測試電壓并持續一段時間進行測試，如果在規定的時間內，被測零部件泄漏電流保持在規定的安全范圍內，就可以判定這個零部件在正常的條件下運轉是非常安全的，這個過程就是耐壓測試。