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高壓電纜耐壓打壓試驗設備

1并聯電抗器的感應電壓試驗簡介

由于并聯電抗器在試驗回路中以感性負載呈現，中試控股因此需要在試驗回路中增加大量的容性負載來補償無功，根據感應電壓試驗要求，試驗的電壓要達到1.8Ur／√3，由于并聯電抗器在設計中間隙鐵芯的伏安特性在鐵磁材料飽和與非飽和狀態下存在拐點，根據法拉第電磁感應原理，感應電動勢為：

E=4.44fNφ

ZSBP-44kVA/44kV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置式中．E——感應電動勢

f——頻率

N一繞組匝數

φ一磁通量

中試控股從上式可以看出，當感應電動勢增加時，欲保持磁通密度不變，在匝數一定的情況下，就必須相應提高試驗頻率，因此并聯電抗器感應電壓試驗時，試驗電源的頻率一般為150Hz~200Hz為宜。

ZSBP-44kVA/44kV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置、高壓電纜耐壓打壓試驗設備中試控股并聯電抗器的感應電壓試驗在高電壓下需要很大的無功功率，必須要有額定容量足夠的電源，根據GB1094.3-2018《電力變壓器第3部分：絕緣水平、絕緣試驗和外絕緣空氣間隙》中關于帶有局部放電測量的感應電壓試驗(IVPD)的規定，試驗電壓施加于電抗器繞組兩端，在不大于0.4×UI／√3的電壓下接通電源，升高電壓至0.4×UI／√3，進行背景局放量的測量，再升至1.2×UI／√3，保持至少1分鐘以進行穩定的局放測量，然后升至測量電壓1.58Ur／√3，保持至少5min以進行穩定的局放測量，再升至增強電壓1.8 Ur／√3，保持時間按下述：

(1)當試驗頻率等于或小于2倍額定頻率：Imin。

(2)當試驗頻率超過兩倍額定電壓頻率時：120×額定頻率/試驗頻率（s），不少于15s。

增強電壓保持之后立刻不間斷地將電壓降至測量電壓保持1h并進行局放量測量，完畢后，降低電壓至1.2× UI／√3，保持1min并進行穩定的局放測量，然后降至0.4×UI／√3，再次進行背景局放量的測量，最后，將電壓降至0.4×UI／√3的電壓下，切斷電源。

ZSBP-44kVA/44kV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置、高壓電纜耐壓打壓試驗設備試驗持續時間如圖1所示。

圖1并聯電抗器ACLD試驗加壓順序

在施加試驗電壓的1h期間，每隔5min監測并記錄放電量，高壓側放電量的連續水平不大于100pC，且過程中局放水平的增量不大于50pC。

2試驗方案的確定與參數計算

中試控股根據前述的串聯諧振原理和并聯電抗器感應電壓試驗要求，以一臺500kV并聯電抗器為例，其參數見表1。

設計一種新的并聯電抗器感應電壓試驗回路，該方法采用一臺特高壓中間變壓器，參數見表2，其低壓端連接電容器組作為容抗補償，試品作為感抗，供電電源使用變頻電源，其通過勵磁變一端連接中間變壓器高壓端中性點，另一端連接試品中性點，整個回路呈一個串聯諧振回路，如圖2所示。

圖2：試驗接線原理圖

試驗前，為保證諧振條件，必須確定并聯電抗器的感抗和補償電容器組的容抗，然后根據確定的試品感抗和補償容抗來調節變頻電源的頻率，以達到諧振狀態：由于局放頻率較高，一般試品及中間變的入口電容都需考慮，進行補償計算時，試品及中間變的感性無功功率、容性無功功率及有功功率都應當考慮在內，進而對合成后的參數進行精確計算。

ZSBP-44kVA/44kV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置、高壓電纜耐壓打壓試驗設備通過能量積分法計算得中間變入口電容3 501pF(高壓側)，試品入口電容1 250pF，試品套管電容量544pF，中間變套管電容量，試品電感5.4505H，進而計算中間變及試品的有功損耗為300kW。

3試驗方案計算

局放試驗擬選定頻率為200Hz，中間變變比K=6.5，勵磁變變比K=11.11；中間變與試品在1.8倍額定電壓下的有功損耗為300kW，具體計算過程見表3。

4試驗過程與結果

按照圖2接線方式試驗，利用多通道感應電壓檢測儀檢測高壓首端感應電壓型號，加壓順序按圖1要求，每隔5min記錄一次試驗結果，試驗過程中變頻電源輸出電壓、電流穩定，補償電容組工作正常，試驗結果如表4所示，滿足技術協議感應電壓量小于100pC的要求，表明該并聯電抗器試驗刻個，同時也驗證了新的并聯電抗器感應電壓試驗方法的可靠性。

ZSBP-44kVA/44kV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置
一、滿足試品范圍
1、11kV/300mm2電纜1km交流耐壓試驗，電容量≤0.3755uF，試驗頻率30-300Hz，試驗電壓28kV，試驗時間5min。
2、10kV開關等電氣設備的交流耐壓試驗，試驗頻率30-300Hz，試驗電壓不超過42kV，試驗時間1min。
二、中試控股裝置主要組成
1、變頻電源 ZSBP-4kW
2、激勵變壓器 ZSJL-3kVA
3、高壓電抗器 ZSDK-22kVA/22kV
4、電容分壓器 ZSFY-3000pF/50kV
三、ZSBP-44kVA/44kV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置、高壓電纜耐壓打壓試驗設備主要功能及特征
    中試控股ZSBP系列變頻串聯諧振耐壓試驗裝置，中試控股采用調節電源頻率的方式，使得電抗器與被試電容器實現諧振，從而在被試品上獲得高電壓大電流，因其所需電源功率小、設備重量輕體積小，在國內外得到了廣泛應用，是當前高電壓試驗的新方法和潮流。
特點：
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。
2、整個裝置單件重量很輕，便于現場使用。
3、裝置具有三種工作模式：全自動模式、手動模式、自動調諧手動升壓模式；方便用戶根據現場情況靈活選擇，提高試驗速度。
4、能存儲和異地打印數據，存入的數據編號是數字，方便識別和查找。
5、中試控股裝置自動掃頻時頻率起點可以在規定范圍內任意設定，掃頻方向可以向上、向下選擇，同時液晶大屏幕顯示掃描曲線，方便使用者直觀了解是否找到諧振點。
6、ZSBP-44kVA/44kV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置采用DSP平臺技術，中試控股可根據用戶需要增減功能和升級，人機交換界面更為人性化。
7、所需電源容量大大減小。串聯諧振電源是利用諧振電抗器和被試品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，因此試驗所需的電源功率只有試驗容量的1/Q。
8、設備的重量和體積大大減少。串聯諧振裝置中，省去了笨重的大功率調壓裝置和普通的大功率工頻試驗變壓器，而且，諧振激磁電源只需試驗容量的1/Q，中試控股使得系統重量和體積大大減少，一般為普通試驗裝置的1/10-1/30。
9、有效改善輸出電壓波形。諧振電源是諧振式濾波電路，能改善輸出電壓的波形畸變，獲得很好的正弦波形，有效防止了諧波峰值對試品的誤擊穿。
10、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，而用并聯諧振或者試驗變壓器做耐壓試驗時，擊穿電流立即上升幾十倍，兩者相比，短路電流與擊穿電流相差數百倍。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。
11、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。
四、主要技術參數
1.中試控股額定容量：44kVA
2.額定電壓：22kV；44kV
3.額定電流：2A；1A
4.測量精度：系統有效值1.5級
5.工作頻率：30-300Hz
6.裝置輸出波形：正弦波
7.品質因素：裝置自身Q≥30(f=45Hz)
8.波形畸變率：輸出電壓波形畸變率≤1%
9.輸入電源：單相220或三相380V電壓，頻率為50Hz
10.工作時間：額定負載下允許連續60min；過壓1.1倍1分鐘
11.溫    升：額定負載下連續運行60min后溫升≤65K
12.保護功能：過壓、過流、零位啟動、系統失諧（閃絡）等保護功能
13.環境溫度：－20℃-55℃
14.相對濕度：≤90%RH
15.海拔高度:≤3000米
五、中試控股ZSBP-44kVA/44kV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置容量驗證
裝置容量定為44kVA，分兩節電抗器，電抗器單節為22kVA1A
六、試驗時設備組合方式
組合方式
被試品對象 電抗器選擇
（22kVA/22kV兩節） 激勵變壓器
輸出端選擇 試驗電壓(kV)
10kV/300mm2電纜1km 使用電抗器兩節并聯 1.5kV ≤22kV
10kV開關等電氣設備 使用電抗器兩節串聯 3kV ≤42kV

七、中試控股系統配置參數
(一)ZSBP-44kVA/44kV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置、高壓電纜耐壓打壓試驗設備變頻電源ZSXZ-4kW                                      1臺
1)額定輸出容量：4kW
2)工作電源：220/380±10%V（單/三相），工頻
3)輸出電壓：0–400V
4)額定輸入電流：10A
5)額定輸出電流：10A
6)電壓分辨率：0.01kV
7)電壓測量精度：1.5%
8)頻率調節范圍：30–300Hz
9)頻率調節分辨率：≤0.1Hz
10)頻率穩定度：0.1%
11)運 行 時 間：額定容量下連續60min
(二)激勵變壓器ZSJL-3kVA
1)額定容量：3kVA
2)輸入電壓：0-400V
3)輸出電壓：1.5/3kV
4)結    構：干式
6)重    量：約35kg
(三)高壓電抗器ZSDK-22kVA/22kV
1)額定容量：22kVA;
2)額定電壓：22kV
3)額定電流：1A
4)電 感 量：110H/單節
5)品質因素：Q≥30 (f=45Hz)
6)結    構：干式
(四)電容分壓器ZSFY-3000pF/50kV
1)額定電壓：50kV
2)高壓電容量：3000pF
3)介質損耗：tgσ≤0.5%
4)分 壓 比：1000：1
5)測量精度：有效值1.5級
6)重    量：約8kg
(五)中試控股ZSBP-44kVA/44kV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置補償電容器ZSBC-20000pF/40kV
1)額定電壓：40kV；
2)高壓電容量20000pF；
3)重量：8kg；

ZSBP-44kVA/44kV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置、高壓電纜耐壓打壓試驗設備在電阻、電感、電容串聯電路中，電路的端電壓和總電流處于同一相位，稱為串聯諧振。串聯諧振的特點是電路為純電阻電路，端電壓和總電流同相。此時，阻抗最小，電流最大。它可以產生比電源電壓高很多倍的電感和電容。在電力工程中，由于過電壓和大電流會損壞電氣設備，應避免串聯諧振。

中試控股串聯諧振的五個特征是什么？

特征1：電氣穩定性高，可靠性高。采用進口元件作為功率轉換的核心，電壓輸出和頻率輸出穩定，保護功能完善，經過多次高壓直接短路接地試驗，系統仍處于良好狀態，系統具有較強的過載能力。

特征2：自調諧功能強。當系統自動調諧時，從30 Hz到300 Hz，顯示掃描曲線，用戶可以直觀地看到系統的調諧過程。掃描完成后，系統在±5Hz范圍內進行0.01Hz分辨率的頻率精細掃描，最終準確鎖定諧振頻率。

特征3：支持多種測試模式。該系統支持“自動調諧手動調壓”、“自動調諧自動調壓”和“手動調壓”等測試模式。建議采用“自動調諧手動調壓”模式，既能快速找到諧振點，又能通過手動調壓控制測試過程。

特征4，系統具有友好的人機界面。測試參數設置，測試控制和測試結果顯示在同一屏幕上，直觀清晰，具有自動定時和操作提示功能。全觸屏操作和顯示，具有測試數據存儲和查詢功能。

特征5：保護功能強。具有零保護、過電壓保護、過電流保護、閃絡保護等功能，保證了系統的可靠性。