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中試控股技術研究院魯工為您講解：電纜變頻串聯諧振交流耐壓試驗裝置（電力院）

ZSBP-540kVA/270kV變頻諧振試驗裝置

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數據查詢功能,根據試驗日期查詢以往的試驗數據。

參考標準：DL/T 849.6-2016，DL/T 474.4-2018

變頻諧振試驗裝置：變頻串聯諧振耐壓試驗裝置采用了調節電源的頻率的方式使得電抗器與被試電容器實現諧振，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和潮流，在國內外已經得到廣泛的應用。
采用了專用的SPWM數字式波形發生芯片，頻率分辨率16位，在20~300Hz時頻率細度可達0.1Hz；采用了正交非同步固定式載波調制方式，確保在整個頻率區間內輸出波形良好；功率部分采用了先進的IPM模塊，在小重量下確保儀器穩定和安全。

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。元器件（純進口）：功率器件：德國英飛凌，模塊：日本富士IGBT，芯片：英特爾等

技術參數及功能描述
1、技術參數
? 輸入電源:
電壓： 380/220V±10%
頻率： 45/65Hz
? 輸出電壓：0-500V；
? 輸出波形：正弦波
? 頻率調節范圍：30-300Hz
? 頻率分辨率：0.01Hz
? 頻率穩定度：0.1%
? 頻率步進值：5Hz,1Hz，0.1Hz，0.01Hz
? 電壓分辨率：0.1kV
? 電壓測量精度：1.5%
? 電壓步進值： 1%，0.5%，0.1%，0.01%
? 運行連續工作時間：60分鐘
串諧計算
為了用戶更好更快的完成試驗，多用計算公式可以節約時間和少帶設備
注意事項及常見問題
1、高壓試驗請注意安全，嚴格按照高壓試驗的規范來操作。檢查/修改試驗接線時，請先關閉本系統，并切斷電源。
2、串聯諧振系統支持的最高電壓為800Kv，實際能夠升到的高壓由激勵變壓器決定，請根據試驗電壓調換合適的激勵變壓器。
3、如果開機后發現變壓器發出非正常聲音，請立即關閉本系統并切斷電源，檢查變壓器接線是否正確。
4、正?！巴C”采用逐步降壓停機的方式，保護停機直接快速停機，遇到緊急情況可以直接斷開空開直接關機。
5、如果自動掃頻失敗，請檢查接線或重設掃頻范圍。
6、本系統試驗電壓為峰值采樣（國標要求），如果系統顯示的高壓跟萬用表顯示的高壓差別大，請檢查“試驗參數”中的“分壓變比”是否正確填寫。
常見故障排除
通用注意事項
1.本試驗設備應由高壓試驗專業人員使用，使用前應仔細閱讀使用說明書，并經反復操作訓練。
2.操作人員應不少于2人。使用時應嚴格遵守本單位有關高壓試驗的安全作業規程。
3.為了保證試驗的安全正確，除必須熟悉本產品說明書外，還必須嚴格按國家有關標準和規程進行試驗操作。
4.各聯接線不能接錯，否則可導致試驗裝置損壞
5.本裝置使用時，輸出的是高電壓或超高電壓，必須可靠接地，注意操作安全。
常見故障原因及排除
1.自動調諧不能完成，找不到諧振點：
現象：
調諧完成后儀器提示高壓異常
原因：
回路接地不好，試驗回路接線錯誤，裝置某一儀器開路，高壓測量線短路或者開路，高壓測量紅黑線頭插反
排除方法：
1）檢查接地裝置可靠，接地連接線是否有斷開點；
2）檢查勵磁變壓器的高低壓線圈的通斷；
3）檢查每一只電抗器的通斷；
4）檢查分壓器的信號線的通斷；
5）檢查分壓器的高低壓電容臂的通斷；
6）裝置自身升壓時沒有諧振點，還需要檢查補償電容器的通斷；
如果所有部件正常，依然沒有諧振點，請和廠家聯系，不可拆卸儀器！
3 不能升壓到試驗電壓
現象：
1）；改換激勵電壓到較高的電壓接頭
2）被試品部分有避雷器沒有打開連線
3）諧振點沒有找準，偏諧；
原因：
1）電抗器與試品電容量不匹配，沒有準確找到諧振點；
2）試品損耗較高，系統Q值太低；
3）勵磁變壓器高壓輸出電壓較低；
4）高壓連接線過長或沒有采用高壓防暈線
排除方法：
1）將補償電容器并接入試驗回路，加大回路電容量；
2）盡可能將多只電抗器串聯，提高回路電感量；
3）提高勵磁變壓器的輸出電壓；
4）干燥處理被試品，提高被試品的絕緣強度，減少回路的有功損耗；
5） 一般在設備較高電壓輸出時，采用高壓防暈線，或將普通高壓輸出線改為較短的連線，一般不超過5米。

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)

為了防止電擊，接地導體必須與地面相連。在與本產品輸入或輸出終端連接前，應確保本產品已正確接地。
注意所有終端的額定值：為了防止火災或電擊危險，請注意本產品的所有額定值和標記。在對本產品進行連接之前，請閱讀本產品使用說明書，以便進一步了解有關額定值的信息。
在有可疑的故障時，請勿操作：如懷疑本產品有損壞，請本公司維修人員進行檢查，切勿繼續操作。
請勿在潮濕環境下操作
請勿在易爆環境中操作
保持產品表面清潔和干燥

由于諧振無功全補償，電源和設備的功率僅為被試品所需容量的1/10以下（1/   Q>10）；同容量的體積小，重量輕，裝置輸出容量大而所需配置的電源容量小，價廉，使用操作便捷而安全； 串聯諧振實際是個電流濾波回路，使通過被試品的電流基本是基波電流，輸出電壓的波形畸變率（THD）極小，優于現有所有類型的交流耐壓設備； 試品閃絡或擊穿后的短路電流僅為短路前試驗電流的1/10以下的（1/Q）能有效防止擊穿后擴大對故障點的損傷； 閃絡后立即自動熄弧，熄弧后恢復諧振狀態電壓建立的過程較長（秒數）是一個穩態的建立過程，既無電壓過沖之慮更無微秒級毫秒級瞬態過程的恢復過電壓的危險。

4.2并聯諧振

并聯諧振電路原理見圖4，向量圖見圖5。

圖4  并聯諧振回路原理圖

     L——可調電抗器的電感量        CX——被試品電容量

     r——可調電抗器的有功損耗及被試品介損等全回路綜合損耗的等效并聯電阻

圖5  r、L、C并聯電路向量圖

并聯諧振是電流補償方式，諧振特性曲線見圖6，圖4中的電流：

當圖4中的L調節至諧振點電感量L0時，XL=XC，IL=IC此時即實現了完全并聯諧振，見圖6，L0與（2）式相同。

并聯諧振時，電源供給的電壓UX-與試驗電壓相同，由于無功電流完全補償抵消，電源僅需提供COSΦ=1的IX=Ir補償諧振回路的綜合有功損耗，便可激發并維持穩定的諧振。                

 圖6  并聯諧振特性曲線

并聯諧振具有串聯諧振同等的無功補償及其相應的優點，但不能充分具有串聯諧振所具的其他三項特點。一般大多采用串聯諧振交流耐壓的方式。

4.3調諧操作優先

為了試驗的安全和順利進行，在進行串聯諧振耐壓試驗時，***是先在給定的很低的起始激勵電壓UJ0下（一般為幾百伏），調節L使其達到全諧振L0，在較小的脫諧度ST范圍內緩緩升壓，至UC達到預定的耐壓值。中試控股詳細講解串聯諧振逆變電源憑借起動容易、易高頻化的優點在高頻逆變領域得到廣泛應用。全橋串聯逆變電路工作工程中如果上下橋臂同時導通，則器件瞬間損壞，為了防止這一事件的發生，而加入一定的死區時間。死區時間如果很大，則占空比就會降低，影響電源的效率，若死區時間設置過小，那么開關器件的損耗增大，所以死區時間的設置在電源設計中至關重要。本文提出死區時間的確切算法，使得電路設置精確，最大限度地提高電源整機的工作效率。

中試控股詳細講解研究表明問串聯諧振逆變器保持零電壓開關是減小器件損耗和保護器件的***選擇而在串聯諧振電路中維持ZVS的條件是諧振網絡工作在感性準諧振狀態，所以電路中要實現定角控制，使得串聯諧振逆變器的電流沸后電壓一定位角，而使逆變器一直保持ZVS模式，***限度地提高其工作頻率和減小器件的降額。

1、主電路框圖

典型的串聯諧振逆變電路如圖1所示。圖中D1、D2、D3、D4功率開關器件Ugl、Ug2、Ug3、Ug4的反并聯快恢復二極管，C1、C2、C3、C4為開關器件的吸收電容(包括開關器件的結電容)，Cd為直流濾波電容，L，C，R為等效串聯諧振負載。

串聯諧振逆變電路.jpg

圖1  串聯諧振逆變電路

2、死區時間設計

在零電壓換流模式下，逆變器的工作頻率略高于諧振負載的固有諧振頻率，即負載電流iH滯后于負載電壓UH，負載電壓UH和負載電流iH簡圖如圖2所示。

開關管換流過程.jpg

圖2  開關管換流過程

中試控股詳細講解在ZVS時串聯諧振逆變器的開關器件的關斷和開通電流值很小，關斷時間比較短，所以為了突出主要問題并簡化分析，先忽略開關器件的開通和關斷時間。如圖2所示，C1、C4在Tdead內充電和放電電荷總量為Qc=2CUd，而iH在Tdead內的抽取電荷為

ZVS換流時有Qh≥Qc，即

公式1.jpg

式中Im——負載電流的幅值， ω—— 負載的諧振角頻率，△t——電流滯后電壓時間差， C——吸收電容電容值， Ud——直流橋電壓。

當Qh=Qc時，說明吸收電容兩端電壓在充放電完畢那一時刻，后一對管子導通，此時既可以***上下管不同時導通，又可以***開關管零電壓開通和關斷，而且此時占空比丟失最小。由以上分析可知，***死區設置應該為Qh=Qc時死區值加上開關管開通和關斷延時時間。

3、控制電路

高頻逆變電源、在工作過程中，隨著負載溫度升高，負載的物理特性會發生一些變化，固有諧振頻率也會相應改變，為了使逆變電源始終工作在功率因數接近或等于1的準諧振或諧振狀態，控制電路***實現頻率的自動跟蹤。

一種通用的CMOS鎖相環集成電路，具有電源電壓范圍寬、輸入阻抗高、動態功耗小等優點。利用這種鎖相環可以簡單有效地實現頻率的自動跟蹤，從而實現逆變電路的零電壓開關。