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電纜串聯諧振耐壓試驗儀（電科院）

時間：2022-11-24

中試控股技術研究院魯工為您講解：電纜串聯諧振耐壓試驗儀（電科院）

ZSBP-405kVA/108kV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/108kV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/108kV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置

適用范圍
1、滿足100MVA/35kV以下變壓器交流耐壓試驗，電容≤0.025uF,試驗頻率45~65Hz,試驗電壓U≤72kV。試驗時間：1分鐘
2、滿足35kV/300橫截電纜3000米的交流耐壓試驗，電容≤0.6Uf,試驗頻率30~300Hz,試驗電壓U≤52kV。試驗時間：1小時

系統技術規范及性能
4.1 系統技術參數
4.1.1 額定輸出電壓： 0～108kV
4.1.2 諧振電壓波型：正弦波，波形畸變率＜1.0%
4.1.3 最大被試品電流； 2.5A 7.5A
4.1.4 最大試驗容量： 405kVA
4.1.5 輸出頻率： 30～300Hz
4.1.6 工作時間：滿功率輸出下，連續工作時間60min
4.1.7 品質因素： 30～90
4.1.8 輸入工作電源：三相380V±5%，50Hz
4.1.9 環境溫度：－15℃～+40℃
4.1.10 相對濕度：＜90RH%，無凝露狀況
4.1.11 海拔高度：＜5000m
4.2 系統的性能特點
4.2.1 充分利用我公司在電子測量技術和電磁兼容方面的優勢，完全自主開發設計和生產該套設備所有組成部分包括：變頻電源、激勵變壓器、澆注式高壓電抗器和高精度電容分壓器。
4.2.2 具備手動/自動模式、大屏幕顯示、試驗參數設置，并具有自動計時及操作提示功能。
4.2.3 具備多項保護功能，如：過壓、過流保護、放電保護、失諧保護等。

裝置容量確定
設備裝置容量設計為405KVA/108kV，分6節電抗器，電抗器單節為27KV/2.5A/52H組合使用能滿足上述被試品的試驗要求。
六、主要部件的技術規范及性能
1、變頻控制電源25KW 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: 25KW
c) 工作電源: 交流220V/380V、50Hz 。兩種電源都可使用
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: 50A
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/自動試驗兩種模式。
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： 25Kg
2、勵磁變壓器25KVA 1臺
a) 額定容量: 25KVA
b) 輸入電壓: 500V
c) 輸出電壓： 2KV ；4KV；
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： 90Kg ;
3、高壓電抗器 67.5/27 6臺
a) 額定容量： 67.5KVA
b) 額定電壓： 27KV
c) 額定電流： 2.5A
e) 品質因素： Q≥30
f) 結構：干式；
g) 重量： 70Kg/臺
h) 連續運行時間：≥ 1小時
4、電容分壓器 110/0.001 UF 1臺
a) 額定電壓： 110KV
b) 工作頻率： 30～300Hz
c) 分壓比： 1000：1
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： 30Kg
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。

基本配置
1、變頻電源 25KW 臺 1
2、勵磁變壓器 25KVA 臺 1
3、高壓電抗器 67.5/27(27KV/2.5A) 臺 6
4、電容分壓器 110/0.001UF(110KV) 臺 1
5、附件箱含測試線一套套 1

ZSBP-405kVA/108kV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置：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-405kVA/108kV變頻串聯諧振耐壓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/108kV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/108kV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置

第二個因素是電壓降值。電壓降值主要是指電壓達到50Hz時電抗儀器線圈兩側的實際電壓降值。電壓降值通常選自4伏至8伏之間。

第三個因素是相應的固定電流電感值。變頻串聯諧振電抗器的額定電感是一個非常重要的參數。中試控股如果電感值不合適，則會直接影響固定電流下的電壓降值，從而產生嚴重的故障。電感的大小主要取決于電抗器芯的橫截面積和線圈的匝數?？梢酝ㄟ^簡單的氣孔間隙來調節電感值，以確定實際的電感值。“串聯諧振“高壓設備供應商而努力。變頻串聯諧振試驗設備，具有體積小、重量輕、安全可靠、等效性好、操作簡便和適合于現場使用等優點。整套試驗設備主要有：變頻諧振電源、勵磁變壓器、試驗電抗器和電容分壓器等組成，具有如下技術特點：

◆ 輕巧靈活

由于變頻諧振電源集調壓、調頻、控制及保護功能為一體，中試控股電抗器的Q值較高并且可多級或疊級式、串并聯使用，大大減輕系統容量，使得整個系統顯得格外輕便靈活，特別適合于現場使用。

◆ 安全可靠

過電壓保護：保護值可設定；

雙重過電流和過熱保護：大功率器件的自身保護和軟件保護相結合；

放電保護：當試品擊穿、短路或試品放電時，放電保護動作，變頻諧振電源自動切斷輸出，系統提示發生放電保護；

零位保護：零電壓啟動、零電壓退出；

◆ 操作簡便

具有手動試驗、自動調諧、自動升壓和自動試驗等多種試驗模式；大屏幕LCD可方便觀察實時數據；打印機可方便打印試驗結果；

工作原理

變頻串聯諧振試驗的工作原理如圖1所示。

變頻電源輸出30～300Hz頻率可調的試驗電壓，由勵磁變壓器升壓后，經諧振電抗器L和試品Cx形成高壓諧振回路，在試品上得到正弦波。

諧振電抗器可串、并聯使用，以保證諧振回路在適當的頻率下發生諧振。

通過調節變頻電源的輸出頻率，使回路處于串聯諧振狀態；調節變頻電源的輸出電壓幅值，使試品上的高電壓達到試驗電壓的要求。

電容分壓器是純電容式的，用來測量試驗電壓。

中試控股編輯

當變頻電源通過頻率和電壓的調節，使試驗回路達到諧振狀態即f=1/(LC

2).此時試品Cx上的試驗電壓為電源電壓的Q倍，中試控股品質因素Q一般大于30。因此可以看出：

【1】試驗電源容量可降低到試品所需容量的1/Q倍，即品質因素Q越高，所需試驗電源容量越小。

【2】當試品擊穿時,諧振回路失去諧振條件,高壓電路和低壓電路的電流會快速減小，對試品破壞小。

【3】由于諧振電抗器L和試品Cx形成高壓諧振回路是一個良好的濾波電路，故試品Cx上的電壓波形為良好的正弦波。

目的及要求：

（1）設計電路（包括參數的選擇）

（2）不斷改變函數信號發生器的頻率，測量三個元件兩端的電壓，以驗證幅頻特性

（3）不斷改變函數信號發生器的頻率，利用示波器觀察端口電壓與電流相位,以驗證發生諧振時的頻率與電路參數的關系

（4）用波特圖示儀觀察幅頻特性

（5）得出結論進行分析并寫出仿真體會。

二階動態電路的響應（RLC串聯）

可用二階微分方程描述的電路成為二階電路。此電路在輸入為零值時的響應稱為零輸入相應，在零值初始條件下的響應稱為零狀態響應。

在電路參數不變的情況下，可調整信號源的頻率使電路產生串聯諧振；在信號源頻率不變的情況下，改變L或C使電路產生串聯諧振是。電路的頻率特性，電路的電流與外加電壓角頻率的關系稱為電流的幅頻特性。

串聯諧振電路總阻抗Z=R，其值最小，如電源電壓不變，回路電流I=U/R，其值最大；改變信號源的頻率時，可得出電流與頻率的關系曲線；

三.設計原理：

一個優質電容器可以認為是無損耗的（即不計其漏電阻），而一個實際線圈通常具有不可忽略的電阻。把頻率可變的正弦交流電壓加至電容器和線圈相串聯的電路上。

若R、L、C和U的大小不變，阻抗角和電流將隨著信號電壓頻率的改變而改變，這種關系稱之為頻率特性。當信號頻率為

f=f0

現象，且電路具有以下特性：

（1）電路呈純電阻性，所以電路阻抗具有最小值。

（2）I=I。=U/R

即電路中的電流最大，因而電路消耗的功率最大。同時線圈磁場和電容電時，即出現諧振廠之間具有最大的能量互換。工程上把諧振時線圈的感抗壓降與電源電壓之比稱之為線圈的品質因數Q。

四.RLC串聯諧振電路的設計電路圖：

自選元器件及設定參數，通過仿真軟件觀察并確定RLC串聯諧振的頻率，通過改變信號發生器的頻率，當電阻上的電壓達到最大值時的頻率就是諧振頻率。設計RLC串聯電路圖如下圖：

RLC串聯諧振電路

中試控股編輯

根據諧振條件公式。其中，可以得出，當該電路發生諧振時，頻率f0|70KHz。RLC串聯電路諧振時，電路的阻抗最小，電流最大；電源電壓與電流同相；諧振時電感兩端電壓與電容兩端電壓大小相等，相位相反。

五.用調節頻率法測量RLC串聯諧振電路的諧振頻率f0

在用Multisim仿真軟件連接的RLC串聯諧振電路，電容選用C1=2.2nF,電感選用L1=1mH,電阻選用R1=510Ω。電源電壓us處接低頻正弦函數信號發生器，電阻電壓uR處接交流毫伏表。

保持低頻正弦函數信號發生器輸出電壓us不變，改變信號發生器的頻率（由小逐漸變大），觀察交流毫伏表的電壓值。當電阻電壓uR的讀數達到最大值（即電流達到最大值）時所對應的頻率值即為諧振頻率。將此時的諧振頻率記錄下來。

國內外有關部門為什么廣泛推薦采用交流耐壓取代直流耐壓？

隨著國民經濟的發展以及城網供電電壓等級的提高，交聯聚乙烯絕緣電力電纜（XLPE）以其合理的工藝和結構，優良的電氣性能和安全可靠的運行特點，在國內外獲得越來越廣泛的使用。尤其在高壓輸電領域更取得了巨大的進展。與充油電纜相比，交聯電纜敷設安裝方便，運行維護簡單，不存在油的淌流問題。但是，交聯聚乙烯電纜的絕緣在運行中易產生樹枝化放電，造成絕緣老化破壞，嚴重地影響了交聯聚乙烯絕緣電力電纜的使用壽命。因此，充分認識交聯電纜的絕緣特性，及時有效地發現和預防絕緣中存在的某些缺陷，對保障設備乃至系統的安全運行具有十分重要的意義。闡述了影響交聯電纜絕緣的主要因素以及電纜的交接試驗原理，認為在現場對交聯電纜實施交流耐壓試驗是必要和可行的。

為了保證電纜安全可靠運行，有關的國際標準對電纜的各種試驗做了明確的規定。主要試驗項目包括：測量絕緣電阻、直流耐壓和泄漏電流。其中測量絕緣電阻主要是檢驗電纜絕緣是否老化、受潮以及耐壓試驗中暴露的絕緣缺陷。直流耐壓和泄漏電流試驗是同步進行的，其目的是發現絕緣中的缺陷，甚至造成電纜的絕緣隱患。德國Sechiswag公司在1978～1980年41個回路的10 kV電壓等級的XLPE電纜中，發生故障87次；瑞典的3 kV～24．5 kV電壓等級XLPE電纜投運超出9 000 km，發生故障107次，國內也曾多次發生電纜事故，相當數量的電纜故障是由于經常性的直流耐壓試驗產生的負面效應引起。因此，國內外有關部門廣泛推薦采用交流耐壓取代傳統的直流耐壓。