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110kv電纜打耐壓的設備

隨著電力電子技術的廣泛應用與發展，供電系統中增加了大量的非線性負載，如低壓小容量家用電器和高壓大容量的工業用交、 直流變換裝置， 特別是靜止變流器的采用， 中試控股由于它是以開關方式工作的，會引起電網電流、電壓波形發生畸變，從而引起電網的諧波“污染”。 產生電網諧波“污染”的另一個重要原因是電網接有沖擊性、波動性負荷， 如電弧爐、大型軋鋼機、電力機車等，它們在運行中不僅會產生大量的高次諧波，而且會使電壓波動、閃變、三相不平衡日趨嚴重。這不僅會導致供用電設備本身的安全性降低，而且會嚴重削弱和干擾電網的經濟運行，形成了對電網的“公害”。

電能質量的綜合治理應遵循誰污染誰治理，多層治理、分級協調的原則。在地區的配電和變電系統中，選擇主要電能質量污染源和對電能質量敏感的負荷中心設立電能質量控制樞紐點，在這些點進行在線電能質量監測、采取相應的電能質量改善措施顯得格外重要。在并聯電容器裝置接入母線處的諧波“污染”暫未得到根本整治之前，如果不采取必要的措施，將會產生一定的諧波放大。在并聯電容器的回路中串聯電抗器是非常有效 [1] 和可行的方法。串聯電抗器的主要作用是抑制高次諧波和限制合閘涌流，防止諧波對電容器造成危害，避免電容器裝置的接入對電網諧波的過度放大和諧振發生。但是串聯電抗器絕不能與電容器組任意組合，更不能不考慮電容器組接入母線處的諧波背景。 

文章著重就串聯電抗器抑制諧波的作用展開分析，并提出電抗率的選擇方法。

2 電抗器選擇不當的后果

2.1 110kv電纜打耐壓的設備基本情況介紹  

其中3次諧波的畸變率達到3.77%，超過公用電[2]網諧波電壓（相電壓）3.2%的限值。經過仔細了解和分析，發現該 110kV 變電所的 10kV 系統存在大量的非線性負載。 即使在電容器組不投入運行的情況下，10kV母線的電壓總畸變率也高達4.01%，其中3次諧波的畸變率高達 3.48%。在如此諧波背景下，2400kvar 電容器組配置電抗率為 6% 的串聯電抗器是否適合？現計算分析如下。 

 2.2 電抗率的選擇分析  

（1）電容器裝置側有諧波源時的電路模型及參數  

串聯諧振原理

在回路頻率f=1/2π√LC時，回路產生諧振，此時試品上的電壓是勵磁變高壓端輸出電壓的Q倍。Q為系統品質因素，即電壓諧振倍數，一般為幾十到一百以上。先通過調節變頻電源的輸出頻率使回路發生串聯諧振，再在回路諧振的條件下調節變頻電源輸出電壓使試品電壓達到試驗值。由于回路的諧振，變頻電源較小的輸出電壓就可在試品CX上產生較高的試驗電壓。

諧振電抗器是運用串聯諧振的原理，通過調節變頻控制器的輸出頻率，使得回路中的電抗器的電感L和試品電容C發生串聯諧振，諧振電壓即為試品上所加電壓。

串聯諧振電抗器特點

1、大屏幕顯示試驗數據、試驗狀態并有實時操作步驟指示作用。

2、能靈活整定試驗電壓、調頻范圍、加壓時間。

3、中試控股試驗結果能計算出被試品電容值并可打印。

4、110kv電纜打耐壓的設備體積小、重量輕、操作方便。

5、分辨率高、頻率分辨率為0.01Hz，電壓分辨率為0.01V。

6、安全可靠性高，系統具有過電壓、過電流及放電保護作用，確保人身及設備安全。

7、可升級操作軟件。

串聯諧振電抗器原理

電抗器L和被試品電容C組成的串聯諧振都有一個固定的諧振頻率F=1/（2π√L?C）當試驗頻率等于這個頻率時，該電路發生諧振。

中試控股通過這個原理，由調頻電源提供電源送給勵磁變壓器，經過勵磁變壓器變壓成中壓加上L和被試品電容C上。通過改變調頻電源輸出頻率，使回路處于串聯諧振狀態，再調節調頻電源輸出電壓，使試品上電壓達到所需要的電壓值。

串聯諧振電抗器參數

1、環境溫度：-10——45℃

2、工作濕度：≤90%

3、海拔：≤2000M

4、電源輸入：220V±l0%單相 輸出0——220V（≤10KW）

5、額定試驗容量：0——8000KVA

6、諧振電壓：0——1000KV

7、頻率調節范圍：0.1——300Hz

在同一條母線上有非線性負荷形成的諧波電流源時（略去電阻），并聯電容器裝置 [3] 的簡化模型如圖 1 所示 。諧波電流和并聯諧波阻抗為 式中 n 為諧波次數；為諧波源的第 n 次諧波電流；XS 為系統等值基波短路電抗；XC 為電容器組基波容抗；XL 為串聯電抗器基波電抗。由于諧波源為電流源，諧波電壓放大率與諧波電流放大率相等，故由式⑴整理 推導可得諧波電壓放大率 n當式(2)諧波阻抗的分子的數值等于零時，即從諧波源看入的阻抗為零，表示電容器裝置與電網在第 n 次諧波發生串聯諧振，可得電容支路的串聯諧振點當式(2)諧波阻抗的分母的數值等于零時，即從諧波源看入的阻抗為∞，表示電容 [4] 器裝置與電網在第 n 次諧波發生并聯諧振，并可推導出電容器裝置的諧振容量 QCX 為 系統及元件的參數如表 1 所示。

（2）避免諧振分析  

計算電抗率選擇 6%時，發生 3 次、5 次諧波諧振的電容器容量，將有關參數代入式 (5)，得 3 次、5 次諧波諧振 電容器容量分別為 由此可見， 2400 kvar 的電容器組配置電抗率為 6%的串聯電抗器不會發生 3 次、5次諧波并聯諧振或接近于諧振。 

（3）110kv電纜打耐壓的設備限制涌流分析 

在電阻、電感及電容所組成的串聯電路內，當容抗XC與感抗XL相等時，即XC=XL，電路中的電壓U與電流I的相位相同，電路呈現純電阻性，這種現象叫串聯諧振。當電路發生串聯諧振時電路的阻抗Z=√R^2 +(XC-XL)^2=R，電路中總阻抗最小，電流將達到最大值。

中試控股串聯諧振分為調頻式和調感式。一般是由變頻電源、勵磁變壓器、電抗器和電容分壓器組成。被試品的電容與電抗器構成串聯諧振連接方式；分壓器并聯在被試品上，用于測量被試品上的諧振電壓，并作過壓保護信號。

ZSBP-600KVA/400KV變頻串聯諧振技術標準配置

1.變頻串聯諧振試驗裝置以調整輸出頻率激發串聯諧振.

2.變頻串聯諧振耐壓成套裝置包括以下基本部件：

變頻電源、勵磁變壓器、高壓電抗器、電容分壓器及附件等。

3.600/400變頻串聯諧振耐壓裝置中試控股系統功能滿足以下試驗要求：

110KV電纜,S=300mm2 500m

220KV電纜,S=500mm2 300m

110KV.220KV開關，變壓器.刀閘試驗。

110KV.220KV開關、主變，GIS試驗。

中試控股以下環境條件下能夠不影響正常試驗：

溫度范圍：—10～45℃

海拔高度：≤2000m 相對溫度：≤90%

3.3系統技術參數如下：

a、輸出電壓波形：正弦波，波形畸變率≤0.5%

b、輸出分辨率：0.1HZ

c、輸出頻率范圍：30～300 HZ

d、額定負載下連續運行時間：30min,且各部件溫升≤35K

e、品質因數：30～300

f、不穩定度：0.01%

g、系統測量精度：1.0級

h、輸入工作電源：380V、50HZ

i、系統噪聲：≤60分貝

3.4系數使用功能：

a、具備手動試驗/自動調諧/自動試驗三種模式，并可任意切換。

b、具備大屏幕顯示，可指示：輸出電壓(有效值)及輸出頻率等。

c、具備試驗電壓、時間、試驗頻率范圍等試驗參數設置功能。

d、具備過壓、過流保護功能，并可任意整定設置。

e、具備放電保護功能，在高壓發生閃絡時，可自動降電源，同時可以提示“電保護”及相關信息。

f、具備掉電保護功能。

g、具備過熱保護功能。

h、具備零值保護功能，系統和變頻電源只能零啟動、零退出。

i、具備各種數據打印功能。

j、具備系統故障自診斷功能。

三、110kv電纜打耐壓的設備本裝置特點：

1、主機保護功能齊全，有過流、過壓、閃絡、過熱、零值升壓、掉電保護等功能，出廠前經滿負載試驗合格。

2、勵磁變壓器箱為雙層鋁塑結構，美觀輕巧。高壓側圈為三組線圈，且線圈有原件過壓保護。

3、電抗器可任意組合串聯或并聯。

  電力工業是關系國計民生的基礎產業，近年來人民的生活水平不斷提高，用電需求量的不斷增大，導致電力設備要承受高工作電壓、電流的頻繁作用，致使電力設備運行發生的事故中有很大一部分為絕緣故障。任何電力故障或事故的發生都將影響到電力系統的正常運行和電力用戶的正常生產和生活，將會給國民經濟造成重大損失，帶來不良社會影響。

電力系統中任一電壓等級的電力變壓器、氣體絕緣開關、GIS、XLPE 交聯電力電纜、互感器及套管等電力設備的安全運行，都是電力系統安全可靠運行的重要保障。因此任何高壓電氣設備在投入電力線路運行之前必須進行耐壓試驗，為了確保高電壓電力設備安全、穩定的運行，對其進行絕緣耐壓性能檢測是必不可少的步驟。這樣不僅可進一步提高我國電力電網供電的可靠性，避免或減少隱形絕緣故障停電事故的發生，而且將會提高我國電力設備的絕緣狀況檢測和故障診斷水平，具有重大的科學意義和現實意義。

  傳統的交流耐壓試驗電源采用模擬器件產生幅值、頻率可調的正弦信號，由大功率三極管組成的多級放大電路得到大功率交流信號，這種電路設計復雜，不易維護，不能適應大范圍應用。由于電力電子技術的不斷發展，數字控制芯片和大功率開關器件廣泛應用逐漸取代了傳統方法。本文研究的調頻式串聯諧振交流試驗裝置是電力設施進行耐壓試驗必不可少的檢驗設備。

中試控股通過對電力設備進行耐壓試驗，可以確定設備內部的絕緣耐壓性能及清潔度是否達到規定要求，設備的制造及性能良好與否。該試驗裝置具有測試范圍大、電源容量小、試驗裝置重量輕體積小、被測試品輸出電壓波形良好及試品擊穿后能快速失諧保護等特點。因此調頻式串聯諧振交流試驗裝置能夠廣泛應用于電力設備耐壓值檢測，有效地檢驗電氣設備絕緣耐壓性能，保證了電力設備安全穩定可靠運行。

  交流耐壓試驗方法國內外發展現狀

  根據電力設備的耐壓等級檢測方法，絕緣耐壓試驗分為直流耐壓試驗和交流耐壓試驗兩種。直流耐壓試驗把高壓直流電源作為試驗電源，輸出預定的高電壓等級來對一定長度電力電纜進行試驗，在以前的電力電纜的耐壓值檢測都是采用這種方法。

  隨著近幾年國內外反復試驗發現存在這樣一個現象：在直流耐壓試驗中檢測出來的絕緣擊穿點往往在交流運行條件下不易擊穿，而在交流情況下容易發生絕緣擊穿點在直流耐壓試驗中卻常常檢測不出來。這樣在直流耐壓試驗中往往表現良好的電纜在正常運行過程中也可能發生絕緣擊穿事故。除此之外經常對電纜做直流耐壓試驗對電纜本身也會產生影響，德國

Sechiswag 公司在 1978～1980 年 41 個回路的 10 k V 電壓等級的 XLPE 電纜中，發生故障 87 次；瑞典對投運的超出 9000 km 的 3 k V～24.5 k V電壓等級XLPE 電纜做過統計，發生故障 107 次，國內也曾多次發生電纜事故。而其中的很大一部分是由于對電纜進行直流耐壓試驗產生的負面效應引起。據此，國內外權威機構針對電力電纜的直流耐壓方法提出質疑，推薦采用交流耐壓試驗方法取代直流耐壓試驗方法來對電力設備進行耐壓試驗。

  交流耐壓試驗方法

  國內外 XLPE 電力電纜進行耐壓試驗的研究和大量試驗數據表明：在采用工頻或者工頻附近頻率范圍內的正弦交流信號對電纜進行試驗得到的電壓波形與實際運行電壓波形等同。根據 1997 年的國際大電網會議 CIGRE  (International  Conference  on Large High-Voltage Electric Systems)工作組的報告，推薦交流試驗電源輸出頻率范圍取 30Hz ~ 300Hz 之間作為XLPE 電纜的現場交接預防性試驗使用。

110kv電纜打耐壓的設備中試控股然而對于可以等效為電容性的電力設備如高電壓電容器、交聯聚乙烯電力電纜 XLPE 及大容量發電機，往往需要很大的電源容量，這樣就給試驗帶來困難。而利用串聯諧振原理，在試驗回路中串聯電抗器，調節試驗電源輸出電壓的頻率，使之和試驗回路的諧振頻率相等時，被測試品的等效電容和電感上產生大小相等、極性相反的無功諧振電壓，這樣很大程度上減少了試驗系統輸入的電源容量和試驗裝置的體積。由諧振實現方法的不同，可以分為調感式和調頻式兩種方式使試驗回路發生諧振以此對電力設備進行交流耐壓試驗。