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電力技術

高壓電纜耐壓試驗裝置（電科院）

時間：2022-11-24

中試控股技術研究院魯工為您講解：高壓電纜耐壓試驗裝置（電科院）

ZSBP-405KVA/270KV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。

中試控股始于1986年 ? 30多年專業制造 ? 國家電網.南方電網.內蒙電網.入圍合格供應商

ZSBP-405KVA/270KV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。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）。

ZSBP-405KVA/270KV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置
一、適用范圍
1．35kV，300平方毫米交聯電纜2000m，電容量≤0.59μF，試驗頻率30-300Hz，試驗電壓52kV。
2、10kV，300平方毫米交聯電纜5000m，電容量≤1.9μF，試驗頻率30-300Hz，試驗電壓22kV。
3.10kV/1000kVA變壓器的交流耐壓試驗，電容量≤0.01μF，試驗頻率45-65Hz，試驗電壓不超過35kV。
4.110kV/1000kVA變壓器的交流耐壓試驗，電容量≤0.01μF，試驗頻率45-65Hz，試驗電壓不超過160kV。
5．110kV，300平方毫米交聯電纜600m，電容量≤0.12μF，試驗頻率30-300Hz，試驗電壓52kV。
6. 環境溫度：－150C –45 0C;
7. 相對濕度：≤90%RH;
8. 海拔高度: ≤2500米；
二、系統主要性能及參數
1、電源電壓： 380V±10%、50Hz；
2、額定容量： 405KVA；
3、輸出電壓： 270KV，
4、輸出電流： 1.5A.3A 4.5A
5、輸出電壓波形: 正弦波；
6、輸出電壓波形畸變率: ≤0.5% ；
7、允許連續工作時間：額定輸出電流下持續運行時間為60分鐘；
8、輸出頻率范圍: 30～300Hz ；
9、品質因數: ≥30
10、系統噪聲: ≤60db
11、系統測量精度: 1.0級
12、頻率分辨率: 0.01Hz
13、頻率不穩定度: ≤0.05%
14、環境溫度： -25℃～ +55℃
相對濕度: ≤90%
海拔高度: ≤2000m
15、具備手動試驗/自動調諧/自動試驗模式。
16、具備大屏幕顯示,可指示:輸出電壓(有效值)及輸出頻率等。
17、具備試驗電壓、時間、試驗頻率范圍等試驗參數設置功能。
18 具備過電壓、過電流、過熱保護功能。
19、具備閃絡保護功能,在試品發生閃絡時諧振回路失諧,電源立即停止輸出,屏幕提示“試驗失敗”及相關信息。
20、具備各種數據打印功能。
三、設備制造遵循的國家標準和行業標準
GB7328-87 << 變壓器和電抗器的聲級測量>>
GB1094 <<電力變壓器>>
GB/T16927.1-2-1997 <<高電壓試驗技術>>
ZBK41006-89 <<試驗變壓器>>
GB4208 <<外殼防護等級>>
GB2900 <<電工名詞術語>>
GB5273 <<變壓器、高壓電器和套管的端子>>
GB191 <<包裝儲運標志>>
GB10327 <<電力變壓器絕緣水平和絕緣試驗外絕緣自空氣間隙》
GB10229-88 <<電抗器>>
IEC358(1990) <<耦合電容器和電容分壓器>>
IEC1000 <<電磁兼容性>>
GB4793-1984 電子測量儀器安全要求
四、系統配置及具體參數
1、變頻控制電源20KW 1臺
a) 變頻控制電源采用高壓耐壓試驗專用變頻電源,采用一體化設計,控制電源本體具備調頻、調壓、控制、保護等功能。
b) 額定輸出容量: 20KW
c) 工作電源: 交流220V、50Hz 。
d) 輸出電壓: 0～500V可調。
e) 輸出電壓不穩定度≤0.05%
f) 最大輸出電流: 40A
g) 輸出波形:正弦波, 波形畸變率:≤0.5%
h) 頻率調節范圍: 30～300Hz
頻率調節分辨率: 0.001 Hz
i) 連續運行時間: 大于1小時
j) 噪聲水平:≤ 60dB
k) 變頻電源采用高性能專用微機控制電壓、頻率調節
l) 變頻電源配備專用引線和插頭與其他設備進行連接。
m) 保護：具有過壓、過流、過熱、放電保護功能。
n) 具備手動試驗/自動調諧/自動試驗三種模式,并可任意切換。
具備大屏幕顯示,可指示:輸出電壓(有效值)及輸出頻率、勵磁電流、勵磁電壓、試驗時間等。
具備試驗電壓、時間、試驗頻率范圍等試驗參數設置功能及各種數據打印功能。
O) 重量： 26Kg
2、勵磁變壓器20KVA 1臺
a) 額定容量: 20KVA
b) 輸入電壓: 500V
c) 輸出電壓： 2KV; 4KV；10KV
d) 工作頻率范圍： 30～300Hz
e) 連續運行時間: 大于1小時
f) 電壓比測量誤差: 小于1%
g) 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。
h) 重量： 70Kg ;
3、高壓電抗器 67.5/45 6臺
a) 額定容量： 67.5KVA
b) 額定電壓： 45KV
c) 額定電流： 5.5A
e) 品質因素： Q≥30
f) 結構：干式；
g) 重量： 60Kg/臺
h) 連續運行時間：≥ 1小時
4、電容分壓器 270/0.001 1臺
a) 額定電壓： 270KV
b) 工作頻率： 30～300Hz
c) 分壓比： 2000：1
d) 分壓比誤差： ≤1%,
e) 測量精度：交流有效值1.0級
f) 介質損耗： tgδ≤0.5% ;
g) 重量： 10Kg
h)高﹑低壓臂的電容采用一致的介質結構,溫度系數小,角位移小,在30-300HZ內分壓比不變。
五、供貨清單一覽表
序號設備名稱型號規格單位數量
1 變頻電源 20KW 臺 1
2 勵磁變壓器 20KVA 臺 1
3 高壓電抗器 67.5/45(45KV/1.5A) 臺 6
4 電容分壓器 270/0.001（270KV）臺 1
5 附件測試線一套套 1
六、出廠檢驗
本裝置出廠前，對各組成單元設備及成套裝置分別按下列試驗項目進行出廠前試驗，試驗結果完全符合協議及以下標準要求后方可出廠。
1、變頻電源
1）絕緣電阻測試
2）耐壓試驗：2000V，1分鐘
3）負載試驗：在滿負荷下，各器件的溫升不大于45K 。
2、勵磁變壓器
1）直流電阻測量
2）變比測量
3）空載電流及空載損耗
4）短路阻抗和負載損耗
5）絕緣電阻測試
6）溫升試驗：額定容量下運行60min,溫升不大于65K
3、電抗器試驗
1）直流電阻測量
2）電感量測量
3）交流耐壓試驗
溫升試驗：額定容量下運行60min,溫升不大于65K
4、成套裝置試驗
（1）耐壓試驗：1.1額定電壓下，耐壓1min；
（2）短路試驗：電壓為0.5U，0.8U，1.0U的條件下，將高壓輸出突發短路3次，保護裝置可靠動作，各單元完好。
（3）噪音小于60dB；

ZSBP-75KVA/75KV變頻串聯諧振成套試驗裝置：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-75KVA/75KV變頻串聯諧振成套試驗裝置產品適用性好，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-405KVA/270KV變頻串聯諧振耐壓試驗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-405KVA/270KV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置

二、國內技術發展現狀

目前國內串聯諧振變頻電源主要采用以下三種技術方案：

1.PWM控制技術

在調頻調壓控制技術發展早期多使用PAM方法，因此，變頻電源逆變器輸出交流電壓波形僅僅能是方波，改變方波有效值，僅僅能通過改變方波幅值，即中間直流電壓幅值來完成。隨著全控型開關元件IGBT、IGCT、MOSFET等出現，才逐漸發展為PWM方法。由于調節PWM波占空比就能調節電壓幅值，所對逆變環節可同時完成調壓與調頻任務，整流器無需控制，設備構造更簡單，控制更方便。基于該技術可以在諧振電容(試品)上獲得THD<1%的正弦波。方波變頻電源主電路如下所示。

2.基于高速IC和直接數字頻率合成(DDS)技術

采用該方案頻率分辨率可達到0.01Hz，頻率穩定度高，很容易對信號實現全數字式調制。其控制框圖和實現原理如下圖所示。

由DSP處理器控制正弦波芯片產生頻率在30Hz~300Hz連續可調(幅值也可調)的標準正弦波信號，中試控股經過第一級功率放大后再經過上千只大功率三極管組成的橋式放大電路放大，正弦信號最終達到所需要的設計功率，輸出電壓連續可調。此時正弦波信號經勵磁變壓器升壓供給諧振電路獲取需要的高壓。

該方案輸出的正弦波失真度較小，輸出電壓中高頻信號引起的局部放電干擾小，但由于大功率三極管的溫度特性較差，在較大功率輸出時，溫升較快，三極管的放大倍數增加，會導致輸出電壓漂移，并且電路復雜、不易維護。

3.基于SPWM的控制技術

采用SPWM技術的新型調頻式諧振試驗電源由大功率開關器件IGBT組成的電路來代替傳統的模擬信號源及其功率放大電路直接產生大功率標準正弦波。系統結構圖如下圖所示，主要由三相PWM整流電路(或不控整流電路)、H橋逆變電路、輸出濾波器、檢測單元、DSP控制器及人機接口(鍵盤、液晶)組成。T為中間勵磁升壓變壓器，RL為試驗回路諧振電感的等效內阻，C為試驗回路等效電容，包括被試品電容及試驗回路諧振電容。整個試驗電源輸出電壓的調節通過控制三相PWM整流電路輸出側電容電壓大小來實現;當C3上電壓穩定在設定值以后,系統開始頻率調節,通過控制逆變電路開關器件IGBT的通斷頻率來實現，輸出濾波器濾除系統輸出信號的毛刺從而得到符合要求的正弦波形。

該方案輸出波形較傳統模擬方式稍差，輸出在低電壓下諧波含量較傳統方式大，但電路較為簡單，容易維護，但控制較為復雜。
三、結論
1.可同時用于局放和交流耐壓試驗的串聯諧振電源所采用的技術方案以傳統模擬方式(逐級放大)最好，中試控股該方案可直接輸出正弦波，且失真度較小，輸出電壓中高頻信號引起的局部放電干擾≤5pc，但電路較為復雜、不易維護，成本較高;

2.用于交流耐壓試驗的串聯諧振變頻電源普遍采用SPWM方式，中試控股其輸出波形較傳統方式差，干擾引起的局放較大，只適合于交流耐壓試驗(限于手上資料的限制，沒發現有應用于局放試驗的)，該技術方案控制較為復雜，但其硬件較傳統方式簡單，成本較低，體積和重量較小，易于維護。

3.PWM控制方式可滿足交流耐壓試驗的要求，其輸出為方波電壓，系統輸出為正弦波，但在非諧振狀態時波形較差，實現相對容易，成本也較低。

現場受到設備容量和體積等問題，目前國家尚無高壓電力電纜敷設后在現場進行交流耐壓試驗的相應標準。有相關單位推薦使用工頻及近似工頻(30～300Hz)的交流試驗方法。變頻串聯諧振是諧振式電流濾波電路，能改善電源波形畸變，獲得較好的正弦電壓波形，有效防止諧波峰值對被試品的誤擊穿。變頻串聯諧振工作在諧振狀態，當被試品的絕緣點被擊穿時，電流立即脫諧，回路電流迅速下降為正常試驗電流的數十分之一。發生閃絡擊穿時，因失去諧振條件，除短路電流立即下降外，高電壓也立即消失，電弧即可熄滅。其恢復電壓的再建立過程很長，很容易在再次達到閃絡電壓斷開電源，所以適用于高電壓、大容量的電力設備的絕緣耐壓試驗。

南方電網公司2004年發布的企業標準之《電力設備預防性試驗規程》內容中在電纜主絕緣耐壓試驗一項中規定了電纜的交流耐壓試驗標準，其試驗頻率推薦為20～300Hz，35kV及以下電纜試驗電壓為1.6倍的相電壓，110kV電纜試驗電壓為1.36倍的相電壓，220kV及以上電纜試驗電壓為1.12倍的相電壓。

交流耐壓試驗方法的選擇

1，超低頻0.1Hz耐壓試驗

因被試電纜的電容量很大，工頻試驗時所需試驗變壓器的容量也要很大，導致試驗設備笨重而不適于現場使用。采用0.1Hz作為試驗電源，理論上可以將試驗變壓器的容量降低到1/500，試驗變壓器的重量可大大降低，可以較容易地移動到現場進行試驗。目前，此種方法主要應用于中低壓電纜的試驗，由于試驗條件的真實性畢竟不如近工頻交流電壓，電壓等級偏低，還不能用于110kV及以上的高壓電纜試驗。

2，振蕩電壓試驗

振蕩電壓試驗是用直流電源給電纜充電，當達到試驗電壓后使放電間隙擊穿而通過電感線圈放電，對電纜施加一定電壓幅位、頻率為kHz級的衰減振蕩波電壓作為擠包絕緣電纜線路的竣工試驗方法的另一種途徑。此種方法比直流耐壓試驗方法有效，但與工頻電壓試驗相比，其檢查電纜主絕緣和附件缺陷的效果仍不理想，一是波的衰減厲害，難以滿足長電纜的需要;二是使局放增大，對電纜有較大傷害。

3，諧振耐壓試驗

諧振耐壓試驗方法是通過改變試驗系統的電感量和試驗頻率，使回路處于諧振狀態，這樣試驗回路中試品上的大部分容性電流與電抗器上的感性電流相抵消，電源供給的能量僅為回路中消耗的用功功率，為試品容量的1/Q(Q為系統的諧振倍數);因此試驗電源的容量在降低，重量大大減輕。諧振耐壓試驗系統按調節方式分為調感式和調頻式兩種。

可調電感型諧振試驗系統可以滿足耐壓要求，但由于重量大，可移動性差，主要用于試驗室。變頻串聯諧振耐壓試驗是利用電抗器的電感與被試品電容實現電容諧振，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與潮流，在國內外已經得到廣泛的應用。

變頻諧振試驗系統不但能滿足高壓電纜的耐壓要求，而且具有重量輕、可移動性好的優點，適宜現場試驗。經分析比較，我們采用變頻串聯諧振成套試驗裝置，該裝置采用固定電抗器作為諧振電抗器，以調頻的方式實現諧振，頻率的調節范圍為30～300Hz，符合南方電網公司2004年發布的企業標準之《電力設備預防性試驗規程》內容中推薦使用頻率20～300Hz的諧振耐壓試驗。