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中試控股技術(shù)研究院魯工為您講解：電纜耐受電壓調(diào)試儀（電科院）

ZSBP-108KVA/108KV變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗裝置

全自動模式、半自動模式、手動模式

實時顯示試驗狀態(tài)，用戶可根據(jù)試驗狀態(tài)進行相應操作。

參考標準：DL/T 849.6-2016，DL/T 474.4-2018

變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗裝置：變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗裝置采用了調(diào)節(jié)電源的頻率的方式使得電抗器與被試電容器實現(xiàn)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(nèi)外已經(jīng)得到廣泛的應用。
采用了專用的SPWM數(shù)字式波形發(fā)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(diào)制方式，確保在整個頻率區(qū)間內(nèi)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(wěn)定和安全。

變頻串聯(lián)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

參數(shù)
變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗裝置采用了調(diào)節(jié)電源的頻率的方式使得電抗器與被試電容器實現(xiàn)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(nèi)外已經(jīng)得到廣泛的應用。
采用了專用的SPWM數(shù)字式波形發(fā)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(diào)制方式，確保在整個頻率區(qū)間內(nèi)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(wěn)定和安全。
1、輸入:電壓220V或者380V ±10%
2、頻率：45/65Hz
3、輸出電壓：0-250V
4、輸出波形：正弦波
5、頻率調(diào)節(jié)范圍：30-300Hz
6、頻率分辨率：0.01Hz
7、頻率穩(wěn)定度：0.1%
8、頻率步進值：5Hz,1Hz，0.1Hz，0.01Hz
9、電壓分辨率：0.1kV
10、電壓測量精度：1.5%
11、電壓步進值： 1%，0.5%，0.1%，0.01%
12、運行連續(xù)工作時間：60分鐘
目前在國際和國內(nèi)已有越來越多的XLPE交聯(lián)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(lián)電纜投運前的試驗手段上由于被試容量大和試驗設(shè)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(nèi)的很多研究機構(gòu)的研究成果表明直流試驗對XLPE 交聯(lián)聚乙烯電纜有不同程度的損害。有的研究機構(gòu)觀點認為XLPE 結(jié)構(gòu)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(fā)生擊穿。

我公司系列串聯(lián)諧振裝置主要用于10kV、35kV、66kV、110kV、220kV的交聯(lián)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(fā)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(diào)節(jié)（30-300HZ）串聯(lián)諧振試驗設(shè)備與被試品電容諧振產(chǎn)生交流試驗電壓。

由于電纜的電容量較大，采用傳統(tǒng)的工頻試驗變壓器很笨重、龐大、大電流的工作電源現(xiàn)場不易取得，因此一般都采用串聯(lián)諧振交流耐壓試驗設(shè)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(diào)感式串聯(lián)諧振設(shè)備（50HZ），但存在自動化程度差、噪音大等缺點。

因此現(xiàn)在大多采用變頻諧振，可以得到更高的品質(zhì)因數(shù)（Q值），并具有自動調(diào)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(yōu)點。

串聯(lián)諧振在電力系統(tǒng)應用中的優(yōu)點：
1、所需電源容量大大降低。串聯(lián)諧振電源是利用諧振電抗器和被試品的電容諧振產(chǎn)生高電壓和大電流的，在整個系統(tǒng)中，電源只需要提供系統(tǒng)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。
2、設(shè)備的重量和體積大大的減少。串聯(lián)諧振電源中，不但省去了笨重的大功率調(diào)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(tǒng)重量和體積大大減少，一般為普通試驗裝置的1/5-1/30.
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。
4、防止大的短路電流燒傷故障點。在串聯(lián)諧振狀態(tài)，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(lián)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(shù)百倍。所以串聯(lián)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。

結(jié)構(gòu)： 采用干式結(jié)構(gòu),絕緣耐熱等級H級,滿足干式變壓器國家規(guī)范要求；高﹑低壓繞組間和鐵芯設(shè)靜電屏蔽,既作為勵磁變,又是隔離變；內(nèi)置過電壓保護,防止擊穿反擊。

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

    1.工作原理

    已有不少文獻研究討論串諧式限流器方案，圖1給出了幾種典型拓撲。

    盡管串諧式限流器的拓撲結(jié)構(gòu)不盡相同，但其工作原理相似。以圖l(a)為例，工作原理簡介如下：正常運行時，開關(guān)K斷開，選擇合適的L與C，使其發(fā)生串聯(lián)諧振，限流器的等效阻抗接近于零；線路發(fā)生短路故障時，開關(guān)K導通使c短接，L串入線路限流故障電流(三值決定故障限流水平)。

    串諧式限流器適用范圍串諧式限流器在不同電壓等級系統(tǒng)中應用時，其所需的電容量從而占用空間體積差別很大。表l給出了串諧式限流器應用在35、110、220、500kV系統(tǒng)中，且要求穩(wěn)態(tài)短路限流值分別為10、20、30kA時，其所需的電容、電感值(忽略系統(tǒng)內(nèi)感)。

    串諧式限流器具有原理、拓撲結(jié)構(gòu)簡單，正常運行模式下功耗接近于零、不影響系統(tǒng)運行、能實現(xiàn)串補功能，故障限流模式下能夠?qū)崿F(xiàn)有效限流、便于與繼電保護配合等優(yōu)點。

    本文對串諧式限流器從正常運行模式向故障限流模式過渡過程中的轉(zhuǎn)移電流等進行了仿真研究，得出以下幾點結(jié)論，這些結(jié)論在實際應用中應引起注意。

    1)串諧式限流器從正常運行模式切換到故障限流模式過程中，其諧振電容C與轉(zhuǎn)換開關(guān)K之間會產(chǎn)生高頻振蕩轉(zhuǎn)移電流，并在C兩端引起振蕩過電壓，且振蕩電流幅值與轉(zhuǎn)換開關(guān)的閉合時間成振蕩增幅關(guān)系、振蕩電壓幅值隨著轉(zhuǎn)換開關(guān)閉合時間的延遲成階梯上升關(guān)系。

    2)在諧振電容C支路中串入適當?shù)碾姼雄?/span>c可有效降低上述高頻振蕩的頻率和幅值，但會抬高振蕩回路中的臨界阻尼電阻值，從而延長振蕩衰減時間。

    3)可在轉(zhuǎn)換開關(guān)K支路中串入適當阻尼電阻(如臨界阻尼電阻的1／10)加速振蕩衰減過程，但在短路限流期間阻尼電阻將要流過全部短路電流，因此其功耗極大，選擇時應充分考慮承載容量。

    4)串諧式限流器應采用高速轉(zhuǎn)換開關(guān)，確保線路發(fā)生短路時能夠以最快的速度短接電容器、進入故障限流模式，否則其電容器及轉(zhuǎn)換開關(guān)將工作在極其惡劣的條件下。

    5)在短路限流期間(斷路器未跳閘切斷故障回路之前)串諧式限流器的轉(zhuǎn)換開關(guān)將承受全部系統(tǒng)短路電流與電容高頻振蕩電流，當其采用功率半導體器件構(gòu)成時，應充分考慮能夠承受這種運行工況。

通常逆變器要求功率可調(diào),以滿足不同負載的需求,而串聯(lián)諧振逆變器的調(diào)功方式大體可分為兩大類直流側(cè)調(diào)功和逆變側(cè)調(diào)功。

    直流側(cè)調(diào)功

    直流側(cè)調(diào)功方式是在逆變器的直流側(cè)進行輸出功率調(diào)節(jié)的方式,即通過對逆變環(huán)節(jié)輸入電壓值的調(diào)節(jié)實現(xiàn)對逆變器輸出功率的調(diào)節(jié)。通常有兩類直流側(cè)調(diào)功方式相控整流調(diào)功和直流斬波調(diào)功。

1.相控整流調(diào)功

    整流電路采用全控或半控器件進行可控整流,通過調(diào)節(jié)觸發(fā)角得到不同的整流輸出直流電壓供給逆變環(huán)節(jié),從而改變逆變器輸出功率。相控整流方式很大的不足是由于觸發(fā)角直接影響到網(wǎng)側(cè)功率因數(shù),因此采用相控整流調(diào)功時會使系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)變低,同時也會給電網(wǎng)帶來不同程度的諧波危害。另外,還有采用半控器件時系統(tǒng)調(diào)節(jié)響應快速性差等缺點。

    2.直流斬波調(diào)功

    直流斬波調(diào)功電路拓撲,即在整流與逆變環(huán)節(jié)之間加入DC/DC變換器,通過調(diào)節(jié)DC/D變換器的功率器件導通占空比來改變輸出電壓,從而調(diào)節(jié)感應加熱電源的輸出功率,該模式采用不控整流方式,大大降低了系統(tǒng)對電網(wǎng)的干擾,且提高了網(wǎng)側(cè)功率因素但需在主電路增加一級直流調(diào)壓和濾波電路,大大增加了電源的體積和成本,且斬波主開關(guān)器件工作在硬開關(guān)狀態(tài),開關(guān)損耗大,不易在高頻及大容量系統(tǒng)中應用。