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電力技術

變頻串聯諧振耐壓儀（電科院）

時間：2022-11-23

中試控股技術研究院魯工為您講解：變頻串聯諧振耐壓儀（電科院）

ZSBP-1000KVA/500KV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置
ZSBP-108KVA/108KV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置
ZSBP-135KVA/108KV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置
ZSBP-270KVA/270KV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置
ZSBP-500KVA/200KV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置
ZSBP-675KVA/270KV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置
ZSBP-2600KVA/260KV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置

| 參考標準：DL/T 474.4-2018

簡易讀懂：變頻串聯諧振耐壓試驗裝置可以做什么?
變頻串聯諧振成套耐壓試驗裝置適用于大容量，高電壓的電容性試品的交接和預防性試驗，主要針對電力電纜、變壓器、斷路器/開關、開關柜、避雷器、電壓互感器、電流互感器、套管、支柱絕緣子、電抗器、母線、隔離開關、輸電線路、發電機、電動機、熔斷器、電容器、隔離開關、接觸器、配電箱、絕緣材質、變電站系統的交流耐壓試驗。

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ZSBP-1000KVA/500KV變頻串聯諧振耐壓試驗成套裝置組成部分：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。適用電壓等級：6kV、10kV、35kV、66kV、110kV、220kV、330kV、500kV、750kV、1000kV，也可以定制不同的電壓等級規格。

如何選擇合適的變頻串聯諧振耐壓試驗裝置？
為了選對規格，請提供以下技術參數
1、電力變壓器：電壓等級，大容量，試驗性質（中性點耐壓或全絕緣耐壓）單相對地電容量；
2、電力電纜：電壓等級，大長度，截面積；
3、發電機、電動機：電壓等級（出口電壓或稱工作電壓），試驗電壓（耐壓值）單相對地電容量范圍（如0.2-0.55uF等）；
4、開關、絕緣子、PT、CT、絕緣工器具、母線：電壓等級（或稱工作電壓）；試驗電壓（耐壓值）；
5、CVT效驗：電壓等級或稱工作電壓，試驗電壓（耐壓值）電容量范圍（如0.005-0.02uF）。

概述
1、目前在國際和國內已有越來越多的XLPE交聯聚乙烯絕緣的電力電纜替代原來的充油油紙絕緣的電力電纜。但在交聯電纜投運前的試驗手段上由于被試容量大和試驗設備的原因，仍沿襲使用直流耐壓的試驗方法。近年來國際、國內的很多研究機構的研究成果表明直流試驗對XLPE 交聯聚乙烯電纜有不同程度的損害。有的研究機構觀點認為XLPE 結構具有承儲積累單極性殘余電荷的能力，當在直流試驗后，如不能有效的釋放直流殘余電荷，投運后在直流殘余電荷加上交流電壓峰值將可能致使電纜發生擊穿。國內一些研究機構認為，交聯聚乙烯電纜的直流耐壓試驗中，由于空間電荷效應，絕緣中的實際電場強度可比電纜絕緣的工作電場強度高達11倍。交聯聚乙烯絕緣電纜即使通過了直流試驗不發生擊穿，也會引起絕緣的嚴重損傷。其次，由于施加的直流電壓場強分布與運行的交流電壓場強分布不同。直流試驗也不能真實模擬運行狀態下電纜承受的過電壓，并有效的發現電纜及電纜接頭本身和施工工藝的缺陷。因此，使用非直流的方法對交聯電纜進行耐壓試驗就越來越受到人們的重視。同時，各種大型變壓器的交流耐壓試驗，火力及水力發電機的交流耐壓試驗也定期進行。這些設備的試驗要求的試驗設備容量大，，通常情況下采用諧振的方法進行試驗，但必須是在工頻條件下或等效工頻條件下進行。等效工頻條件一般采用45—65HZ的頻率范圍，但是很多試驗單位要求30-300HZ試驗電源對這類設備進行交流耐壓試驗。另外還有一種設備介于交流和直流之間的，0.1HZ的超低頻設備耐壓儀，他有一個弊端就是電壓很難做到很高，在行業里推廣使用一直沒有得到用戶的大面積認可。串聯諧振裝置的應用很快就得到市場的認可，他是真實模擬運行狀態施加電壓，能夠很快的發現設備本身狀態情況。
我公司系列串聯諧振裝置主要用于10kV、35kV、66kV、110kV、220kV的交聯橡塑電力電纜，66kV、110kV、220kV的組合電器（GIS）的變頻交流耐壓試驗，水力和火力發電機或電力變壓器等的工頻交流耐壓試驗。其基本原理是采用可調節（30-300HZ）串聯諧振試驗設備與被試品電容諧振產生交流試驗電壓。由于電纜的電容量較大，采用傳統的工頻試驗變壓器很笨重、龐大、大電流的工作電源現場不易取得，因此一般都采用串聯諧振交流耐壓試驗設備。其輸入電源的容量顯著降低，重量減輕，便于使用和運輸。初期都采用調感式串聯諧振設備（50HZ），但存在自動化程度差、噪音大等缺點。因此現在大多采用變頻諧振，可以得到更高的品質因數（Q值），并具有自動調諧、多重保護、以及降低噪音、靈活的組合方式、單件重量輕等優點。
2、串聯諧振在電力系統應用中的優點：
1.1、所需電源容量大大降低。串聯諧振電源是利用諧振電抗器和被試品的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，試驗所需要的電源功率只有試驗容量的1/Q。
1.2、設備的重量和體積大大的減少。串聯諧振電源中，不但省去了笨重的大功率調壓裝置和大功率試驗變壓器，而且，諧振激磁電源只需要試驗容量的1/Q，使得系統重量和體積大大減少，一般為普通試驗裝置的1/5-1/30.
1.3、改善輸出電壓的波形。諧振電源是諧振式濾波電容，能改善輸出電壓的波形畸變，有效的防止了諧波峰值對試品的誤擊穿。
1.4、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。而并聯諧振或者試驗變壓器方式做耐壓試驗時，擊穿電流立即上升幾十倍，兩者相比，短路電流，擊穿電流相差數百倍。所以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。
1.5、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。
3、該裝置主要針220kV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。

ZSBP-1000KVA/500KV變頻串聯諧振耐壓試驗成套裝置特點
1.1、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。
1.2、整個裝置單件重量很輕，最大不超過60kg，便于現場使用。
1.3、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、手動模式模式、
1.4、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。
1.5、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。
1.6、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。
1.7、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，芯片全部采用英特爾的原裝器件等
4、全套系統的配置用法說明：
1.1、變頻電源單獨可靠接地。
1.2、激勵變壓器一般有好幾個高壓端輸出：
用于10kV電纜的耐壓裝置，激勵變高電壓輸出部分和電抗器之間連接，一般接電壓低一些的電壓端，比如2kV；
用于35kV電纜的耐壓裝置，35kV電纜的耐壓，激勵變高電壓輸出部分和電抗器之間連接，一般接電壓較高一點的電壓端，比如3-4kV；
用于110kV電纜的耐壓裝置，110kV電纜的耐壓，激勵變高電壓輸出部分和電抗器之間連接，一般接電壓高端比如5-6kV；（110kV變壓器）
用于110kV互感器，組合電器，開關等的耐壓裝置，激勵變高電壓輸出部分和電抗器之間連接，一般接電壓高端比如10--15kV；
1.3、電抗器和分壓器：本裝置含有自檢功能即不帶任何被試品情況下可以自諧升壓；電抗器必須保證3節以上疊在一起串聯起來和分壓器組成諧振回路產生高壓。被試品的連線一般接在比較重的電抗器頂端，這樣不至于被張力拉倒。電抗器使用時，電抗器底部不要放在鐵板上或者帶鐵的地方，因為電抗器是個開口磁路，試驗時和鐵板會產生渦流長時間會燒壞電抗器。

ZSBP-1000KVA/500KV變頻串聯諧振耐壓試驗成套裝置參數
（一）ZSBP指生產廠家代碼
1000指設備能輸出的最大額定容量，單位為kVA
500指設備能輸出的電壓等級，單位為kV；
（二）1000kVA/500kV變頻諧振試驗裝置技術指標
1．額定電壓：500KV
被試品的：
22kV---滿足10kV電纜交流耐壓試驗；
52kV---滿足35kV電纜交流耐壓試驗；
128kV---滿足110kV電纜交流耐壓試驗；
72kV---滿足35kV變壓器交流耐壓試驗；
95kV---滿足110kV變壓器中性點交流耐壓試驗
184kV---滿足110kV開關等交流耐壓試驗
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％±200V
13．裝置具有過壓、過流、零位啟動等保護功能
（三）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)
（四）設備主要配置及技術參數說明：
1.變頻電源一臺：
額定功率：40kVA；
輸入電壓： 380/220V 45～65Hz
輸出電壓：0～500V可調
輸出電壓頻率：30～300Hz
0.01Hz步進可調
頻率不穩定度≤0.02%
輸出電流：0～80A
重量：28kg
2.高壓諧振電抗器（共10臺）：100KVA/50KV
額定工作電壓：50kV
額定工作電流：2A
額定電感量：95H
連續工作時間：60min
溫升：小于60度
工作頻率：30-300Hz
重量：65kg
3.激勵變2臺：
額定容量：20kVA
輸入電壓：500V
輸出電壓：2/4/8/20Kv
重量：90kg
4.電容分壓器一臺： 500kV純電容式
自身電容量：1000pF
工作頻率：30～300Hz
分壓比：3000:1
不確定度：1.5%±200V
額定電壓:500kV
重量：30kg

ZSBP-1000KVA/500KV變頻串聯諧振耐壓試驗成套裝置激勵變壓器接線用法：
用于10kV電纜的耐壓裝置，激勵變高電壓輸出部分和電抗器之間連接，一般接電壓低一些的電壓端，比如2kV；
用于35kV電纜的耐壓裝置，35kV電纜的耐壓，激勵變高電壓輸出部分和電抗器之間連接，一般接電壓較高一點的電壓端，比如3-4kV；
用于110kV電纜的耐壓裝置，110kV電纜的耐壓，激勵變高電壓輸出部分和電抗器之間連接，一般接電壓高端比如5-6kV；
1、滿足220KV/300000KVA及以下變壓器（容量不限）的交流耐壓試驗，電容≤0.025uF,試驗頻率45~65Hz,試驗電壓U≤384kV。試驗時間：1分鐘
2、滿足220KV及以下開關，互感器，母線等交流耐壓試驗，電容≤0.008uF,試驗頻率30~300Hz,試驗電壓U≤384kV。試驗時間：1分鐘
3、滿足630mm2,220kV 電纜交流耐壓試驗，長度400m，電容≤0.056uF,試驗頻率30~300Hz,試驗電壓U≤216kV。試驗時間：60分鐘

ZSBP-1000KVA/500KV變頻串聯諧振耐壓試驗成套裝置：就是做耐壓試驗的設備，它是為了滿足大容量的被試品要求而研發的設備。它是一套組合設備，為了耐壓試驗能順利準確地進行，針對不同被試品，串聯諧振裝置的組件是不同的。所以請務必準確選型，技術部為您量身制定選型方案。

中試控股ZSBP-1000KVA/500KV變頻串聯諧振耐壓試驗成套裝置產品適用性好，實用可靠，效率高，事半功倍 | 是很多企業以及電力工作者信賴的好伙伴。

中試控股踐行“精細制造，深耕技術”產出ZSBP-1000KVA/500KV變頻串聯諧振耐壓試驗成套裝置優質產品能夠在市場中贏得用戶信賴,樹立中試控股新形象打下了堅實的根底。

ZSBP-1000KVA/500KV變頻串聯諧振耐壓試驗成套裝置

串聯諧振的電路特點

1.總阻抗值最小；

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2.電源電壓一定時，電流最大；

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3. 電路呈電阻性，電容或電感上的電壓可能高于電源電壓。

并聯諧振電路的特點

1.電壓一定時，諧振時電流最小；

2.總阻抗最大；

3.電路呈電阻性，支路電流可能會大于總電流。

串聯諧振與并聯諧振的區別

1. 從負載諧振方式劃分，可以為并聯諧振和串聯諧振兩大類型，下面列出串聯諧振和并聯諧振的主要技術特點及其比較：

串聯諧振和并聯諧振的差別，源于它們所用的振蕩電路不同，前者是用L、R和C串聯，后者是L、R和C并聯。

（1）串聯諧振的負載電路對電源呈現低阻抗，要求由電壓源供電。因此，經整流和濾波的直流電源末端，必須并接大的濾波電容器。當逆變失敗時，浪涌電流大，保護困難。

并聯諧振的負載電路對電源呈現高阻抗，要求由電流源供電，需在直流電源末端串接大電抗器。但在逆變失敗時，由于電流受大電抗限制，沖擊不大，較易保護。

串聯諧振和并聯諧振區別2

（2）串聯諧振的輸入電壓恒定，輸出電壓為矩形波，輸出電流近似正弦波，換流是在晶閘管上電流過零以后進行，因而電流總是超前電壓一φ角。并聯諧振的輸入電流恒定，輸出電壓近似正弦波，輸出電流為矩形波，換流是在諧振電容器上電壓過零以前進行，負載電流也總是越前于電壓一φ角。這就是說，兩者都是工作在容性負載狀態。

（3）串聯諧振是恒壓源供電，為避免逆變器的上、下橋臂晶閘管同時導通，造成電源短路，換流時，必須保證先關斷，后開通。即應有一段時間(t )使所有晶閘管（其它電力電子器件）都處于關斷狀態。此時的雜散電感，即從直流端到器件的引線電感上產生的感生電勢，可能使器件損壞，因而需要選擇合適的器件的浪涌電壓吸收電路。此外，在晶閘管關斷期間，為確保負載電流連續，使晶閘管免受換流電容器上高電壓的影響，必須在晶閘管兩端反并聯快速二極管。并聯諧振是恒流源供電，為避免濾波電抗Ld上產生大的感生電勢，電流必須連續。也就是說，必須保證逆變器上、下橋臂晶閘管在換流時，是先開通后關斷，也即在換流期間(tγ)內所有晶閘管都處于導通狀態。這時，雖然逆變橋臂直通，由于Ld足夠大，也不會造成直流電源短路，但換流時間長，會使系統效率降低，因而需縮短tγ，即減小Lk值。

（4）串聯諧振的工作頻率必須低于負載電路的固有振蕩頻率，即應確保有合適的t 時間，否則會因逆變器上、下橋臂直通而導致換流的失敗。

并聯諧振的工作頻率必須略高于負載電路的固有振蕩頻率，以確保有合適的反壓時間t ，否則會導致晶閘管間換流失敗；但若高得太多，則在換流時晶閘管承受的反向電壓會太高，這是不允許的。

（5）串聯諧振的功率調節方式有二：改變直流電源電壓Ud或改變晶閘管的觸發頻率，即改變負載功率因數cosφ。

并聯諧振的功率調節方式，一般只能是改變直流電源電壓Ud。改變cosφ雖然也能使逆變輸出電壓升高和功率增大，但所允許調節范圍小。

（6）串聯諧振在換流時，晶閘管是自然關斷的，關斷前其電流已逐漸減小到零，因而關斷時間短，損耗小。在換流時，關斷的晶閘管受反壓的時間(t +tγ)較長。并聯諧振在換流時，晶閘管是在全電流運行中被強迫關斷的，電流被迫降至零以后還需加一段反壓時間，因而關斷時間較長。相比之下，串聯諧振更適宜于在工作頻率較高的感應加熱裝置中使用。

（7）串聯諧振的晶閘管所需承受的電壓較低，用380V電網供電時，采用1200V的晶閘管就行，但負載電路的全部電流，包括有功和無功分量，都需流過晶閘管。逆變晶閘管丟失脈沖，只會使振蕩停止，不會造成逆變顛覆。

并聯諧振的晶閘管所需承受的電壓高，其值隨功率因數角φ增大，而迅速增加。但負載本身構成振蕩電流回路，只有有功電流流過逆變晶閘管，而且逆變晶閘管偶而丟失觸發脈沖時，仍可維持振蕩，工作比較穩定。

（8）串聯諧振可以自激工作，也可以他激工作。他激工作時，只需改變逆變觸發脈沖頻率，即可調節輸出功率；而并聯諧振一般只能工作在自激狀態。

（9）在串聯諧振中，晶閘管的觸發脈沖不對稱，不會引入直流成分電流而影響正常運行；而在并聯諧振中，逆變晶閘管的觸發脈沖不對稱，則會引入直流成分電流而引起故障。

（10）串聯諧振起動容易，適用于頻繁起動工作的場合；而并聯諧振需附加起動電路，起動較為困難。

（11）串聯諧振中的晶閘管由于承受矩形波電壓，故du /dt值較大，吸收電路起著關鍵作用，而對其di/dt要求則較低。

在并聯諧振中，流過逆變晶閘管的電流是矩形波，因而要求大的di/dt，而對du/dt的要求則低一些。

（12）串聯諧振的感應加熱線圈與逆變電源(包括槽路電容器)的距離遠時，對輸出功率的影響較小。如果采用同軸電纜或將來回線盡量靠近(扭絞在一起更好)敷設，則幾乎沒有影響。而對并聯諧振來說，感應加熱線圈應盡量靠近電源(特別是槽路電容器)，否則功率輸出和效率都會大幅度降低。

（13）串聯諧振感應線圈上的電壓和槽路電容器上的電壓，都為諧振輸出電壓的Q倍，流過感應線圈上的電流，等于逆變器的輸出電流。并聯諧振逆變器的感應線圈和槽路電容器上的電壓，都等于逆變器的輸出電壓，而流過它們的電流，則都是逆變器輸出電流的Q倍。