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中試控股技術研究院魯工為您講解：高壓電纜耐壓高壓測試儀

參考型號：ZSBP-135kVA/108kV變頻串聯諧振試驗裝置

執行標準：DL/T 849.6-2016，DL/T 474.4-2018

作用：對被測試品做承受過電壓預防交流試驗和交接交流試驗，電源：采用220V及380V兩種，操作模式：全自動、半自動、手動

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。

關于可以打電纜交流耐壓選型：電纜電壓等級（kV）、電纜截面（mm2）、電纜長度（米）

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電纜交流耐壓試驗裝置可以做什么? 

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10KV及以內的電力電纜、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、接觸器、配電箱、絕緣材質、變電站系統的交流耐壓試驗。

ZSBP-135kVA/108kV變頻串聯諧振試驗裝置技術方案

一、   適用范圍

1、35kV/300mm²電纜1km的交流耐壓試驗，電容量≤0.1945uF，試驗頻率30~300Hz，試驗電壓52kV，試驗時間60min。

2、35kV主變的交流耐壓試驗，電容量≤0.015uF，試驗頻率45~65Hz，試驗電壓不超過75kV，試驗時間1min。

3、10kV/300mm²電纜3km的交流耐壓試驗，電容量≤1.1265uF，試驗頻率30~300Hz，試驗電壓22kV，試驗時間5min。

4、35kV開關、互感器的交流耐壓試驗，試驗頻率30~300Hz，試驗電壓不超過100kV，試驗時間1min。

5、10kV主變的交流耐壓試驗，電容量≤0.015uF，試驗頻率45~65Hz，試驗電壓不超過50kV，試驗時間1min。

二、   工作環境

1.  環境溫度：－10℃ –50℃;

2.  相對濕度：≤90%RH;

3.  海拔高度:  ≤3000米；

三、   裝置主要技術參數及功能

1.    額定容量：135kVA；

2.    輸入電源：單相220或三相380V電壓，頻率為50Hz；

3.    額定電壓：27kV； 54kV；108kV；

4.    額定電流： 5A；2.5A； 1.25A；

5.    工作頻率：30~300Hz；

6.    裝置輸出波形：正弦波

7.    波形畸變率：輸出電壓波形畸變率≤1%；

8.    工作時間：額定負載下允許連續60min；過壓1.1倍1分鐘；

9.    溫    升：額定負載下連續運行60min后溫升≤65K；

10.  品質因素：裝置自身Q≥30(f=45Hz)；

11.  保護功能： 對被試品具有過流、過壓及試品閃絡保護(詳見變頻電源部分)；

12.  測量精度：系統有效值1.5級；

四、   設備遵循標準

六、系統配置及其參數

1、激勵變壓器7.5kVA/1.5/3/6kV/0.4kV   1臺

a)額定容量：7.5kVA；

b)輸入電壓：0-400V，單相；

c)輸出電壓：1.5/3/6kV

d)結構：干式；

e)重量：約55kg；

2、變頻電源7.5kW/220/380V   1臺

a)額定輸出容量：7.5kW

b)工作電源：220/380±10%V（單/三相），工頻

c)輸出電壓：0–400V，單相，

d)額定輸入電流：18.75A

e)額定輸出電流：18.75A

f)電壓分辨率：0.01kV

g)電壓測量精度：1.5%

h)頻率調節范圍：30 – 300Hz

i)頻率調節分辨率：≤0.1Hz

j)頻率穩定度：0.1%

k)運行時間：額定容量下連續60min

l)額定容量下連續運行60min元器件最高溫度≤65K;

m)噪聲水平：≤50dB

n)可實現以下功能

1）變頻電源的放置為縱向和橫向，特別適合現場操作及觀察；

2）內外部具備特殊減震橡膠支撐腳和保護鋁箱，可有效減緩運輸中的顛簸震動和吊裝時的沖擊。保證了變頻電源的長期穩定性和可靠性；

3）參數顯示：觸摸或外接鼠標大屏幕液晶界面顯示系統

可顯示諧振電壓(即試驗前設置的目標電壓)、試驗頻率、測量頻率、低壓電壓、低壓電流、耐壓時間、過壓保護、過流保護、閃絡保護、階段升壓及階段計時、操作模式切換、電容，電感，頻率互換計算、參數查詢等, 還可顯示頻率曲線、電壓曲線等可直觀地判斷當次試驗諧振頻率準確及穩定性；

4）參數設置：大屏幕觸摸液晶彩屏和外接鼠標直接完成各種參數的設置，可對起始頻率、終止頻率、起始電壓、階段升壓和計時、測量分壓器變比、激勵變變比、過壓保護、過流保護、閃絡保護、試驗模式、電容電感頻率互換計算、參數設置提示以及幫助等參數進行設置或選擇；

5）試驗模式：觸摸屏和外接鼠標操作，有全自動、半自動、手動三種運行狀態。具備升壓、調諧（含手動、自動）、分段加壓和計時、運行狀態、模式切換、故障提示、電容電感頻率互換計算功能等；

6）保護功能及其信息提示：具備高壓過壓保護、低壓過流、過流保護，以及失諧保護、零位、閃絡保護、緊急停機、欠壓保護等多重保護功能；

7）數據存儲功能：試驗結果保存（手動保存）、打印、上傳、回查等

① 試驗結果：手動或自動試驗完畢后，在試驗結果界面中可顯示出試驗時的詳細參數，當試驗發生中斷時，可提示中斷狀態。可將參數保存在存儲器中，該存儲器為非易失存儲器，可保存50次試驗記錄；

② 數據查詢：可將已保存的試驗結果數據顯示到屏幕上，同時具有USB接口，可將數據輸出打印或利用設備所攜帶打印機打印；（打印機屬客戶自選，若客戶有此需求，須在合同中予以特別寫明）

8）自動穩壓功能：系統根據設定的試驗電壓或手動升壓結果，自動跟蹤并維持穩定的試驗電壓，電壓穩定度可達1.0%；

9）調頻范圍及頻率分辨率均可設定：調頻范圍可設為30～300Hz、45～100Hz、200-300Hz、按需設置，可加快調諧過程；頻率分辨率根據需要，可預設為0.1Hz、0.2Hz、0.5Hz、或1.0Hz，在調諧效率與調諧精準度之間取得優化平衡；

10）頻率調節分為粗調和細調，并可自動尋找試驗諧振點，保證諧振頻率在整個試驗過程中不發生漂移；

P）重量：約12kg；

3、高壓電抗器33.75kVA/27kV      4節

a)額定容量：33.75kVA;

b)額定電壓：27kV；

c)額定電流：1.25A；

d)電 感 量：100H/單節；

e)品質因素：Q≥30 (f=45Hz)；

f)結 構：干式；

g)重量：約40kg；

4、電容分壓器110kV/1000pF     1套

a)額定電壓：110kV；

b)高壓電容量：1000pF；

c)介質損耗：tgσ≤0.5%；

d)分 壓 比：1500：1

e)測量精度：有效值1.5級;

f)重量：約15kg；

ZSBP-135kVA/108kV變頻串聯諧振試驗裝置它是一套組合設備，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。

概述

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。

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35kV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。

我公司調頻諧振裝置主要功能及其技術特點：

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、

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

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。

串聯諧振頻率分析

串聯的諧振RLC電路，只要整個回路的阻抗(Z=R+jX)中的電抗部分(jX)為0，就是諧振。這時其它的公式都可以推導出來。

串聯諧振時，因為總的電抗X為0，必然電感與電容器上的電壓相等，才會出現電抗X上總電壓為0的情況。RLC并聯，通常都是用電納來計算方便。諧振時總電納為0(即阻抗為無窮大)，此時L、C的電流必然相等(相位相反)，總電納中的電流才會是0。

求串聯和的方法

LC串聯時,電路復阻抗

Z = jwL-j(1/wC)

令Im[Z]=0,即：

wL=1/(wC)

w =根號下(1/(LC))

此即為諧振角頻率。

串聯的計算公式是：

w =根號下(1/(LC)),由w = 2 * Pi* f可得頻率f = w/2/Pi

f = 根號下(1/(LC))/2/Pi

串聯諧振頻率計算說明

由電感L和電容C組成的諧振電路，電路阻抗Z=R+i(WL-1/WC)。其中，R為電阻，WL為電感的感抗,1/WC為電容的容抗。當諧振電路外部輸入電壓的正弦頻率達到某一特定頻率（即該電路的諧振頻率）時，諧振電路的感抗與容抗相等，此時Z=R，諧振電路對外呈純電阻性質，此時即為諧振。發生諧振時，諧振電路將輸入放大Q倍，Q為品質因數。假設品質因數Q為28，那么對于電感L和電容C并聯的諧振電路就是電流增大了28倍。對于電感L和電容C串聯的諧振電路，就是電壓增加了28倍。無線電設備常用諧振電路來進行調諧、濾波等。

電路的諧振頻率也稱為電路的固有頻率。由于諧振時電路的感抗與容抗相等，即WL=1/WC，所以諧振角頻率,它只由電路本身固有的參數L和C所決定。

隨著電力電子技術的發展，采用高壓諧振技術對大容量電氣設備進行工頻耐壓試驗已經成為可能，目前已被廣泛用于電纜，電容器、發電機等具有大電容的電力設備的交流試驗。原理是通過調節鐵心磁路的氣隙長度，得到連續變化的電感L，使其與被試品對地電容C發生諧振。

高頻串聯諧振變壓器原理