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中試控股技術研究院魯工為您講解：35kV電力電纜試驗裝置（電科院推薦）

ZSBP-54KVA/54KV變頻串聯(lián)諧振成套試驗裝置

10kV/300mm2的電纜，長度1km，電容量≤0.378uF試驗頻率為30-300Hz,試驗電壓22kV。
35kV/300mm2的電纜，長度0.5km，電容量≤0.01uF試驗頻率為30-300Hz,試驗電壓52kV。

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：ZSBP系列變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗裝置，中試控股采用調(diào)節(jié)電源頻率的方式，使得電抗器與被試電容器實現(xiàn)諧振，從而在被試品上獲得高電壓大電流，因其所需電源功率小、設備重量輕體積小在國內(nèi)外得到了廣泛應用，是當前高電壓試驗的新方法和潮流。

交流耐壓試驗是電力設備絕緣強度有效和直接的方法，是電力預防性試驗的一項重要內(nèi)容。 此外，由于交流耐壓試驗電壓一般比運行電壓高，因此通過試驗后，設備有較大的安全裕度，因此交流耐壓試驗是電力設備安全運行的一種重要手段。一般變頻串聯(lián)諧振試驗裝置來進行交流耐壓試驗。  
試驗電壓的確定交流耐壓試驗中，關鍵的問題就是正確選擇試驗電壓的數(shù)值，一方面要求能保證絕緣水平，另一方面要考慮因試驗電壓過高而引起的絕緣劣化。

ZSBP-54KVA/54KV變頻串聯(lián)諧振成套試驗裝置系統(tǒng)配置及具體參數(shù)
1、變頻控制電源6KW                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(diào)頻、調(diào)壓、控制、保護等功能。
b) 額定輸出容量:  6KW
c) 工作電源:      交流220V、50Hz 。
d) 輸出電壓:      0～250V可調(diào)。
e) 輸出電壓不穩(wěn)定度≤0.05%
f) 最大輸出電流:  24A
g) 輸出波形:正弦波,      波形畸變率:≤0.5%
h) 頻率調(diào)節(jié)范圍:  30～300Hz
頻率調(diào)節(jié)分辨率: 0.001 Hz
i) 連續(xù)運行時間: 大于1小時
j) 噪聲水平:≤ 60dB

在通過串聯(lián)諧振試驗找到諧振點并升壓到試驗電壓時，如果出現(xiàn)試品耐壓不合格或者現(xiàn)場環(huán)境沒發(fā)生大的變化等現(xiàn)象，試驗是不會產(chǎn)生過電壓保護或者其他故障。但是由于電網(wǎng)電壓不是恒定的，電源輸入電壓是波動的，那么高壓輸出也是具有一定的波動性，此種情況可能會造成電壓波峰出現(xiàn)過電壓保護。如果出現(xiàn)電源電壓波動，可以調(diào)整儀器的過電壓保護，提高過電壓保護設置，我們一般要求過電壓保護設置到電壓保護的1.1倍，此時設置到1.2倍基本沒有問題。 
以上為較簡單的問題，但是由于電壓波動造成的過電壓在設置好過電壓保護的情況下是很難出現(xiàn)的。一般變頻串聯(lián)諧振試驗裝置的過電壓都會出現(xiàn)在儀器的掃頻階段，也就是找到諧振點的過程中。使用過的人員都知道，變頻串聯(lián)諧振試驗裝置找諧振點的過程中，其電壓與頻率的呈現(xiàn)拋物線一樣。系統(tǒng)默認找到高電壓，也就是拋物線的頂點作為諧振點。由于諧振原理中理論可以將低壓電壓諧振到80倍（由于品質(zhì)因數(shù)等關系一般不超過30倍），變頻串聯(lián)諧振試驗裝置掃頻時需要的電壓一般為20-50V，通過激勵變后的電壓一般為幾百伏。通過以上原理我們發(fā)現(xiàn)，如果我們需要的試品試驗電壓小于系統(tǒng)諧振時諧振點時的電壓，系統(tǒng)可能在自動尋找諧振點時就出現(xiàn)過電壓保護，此時整個變頻串聯(lián)諧振試驗裝置是無法及時耐壓，試驗也是無法完成的。 

檢驗

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、中試控股成套裝置試驗

（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(fā)短路3次，保護裝置可靠動作，各單元完好。

（3）噪音小于60dB；

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(guī)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(nèi)置過電壓保護,防止擊穿反擊。

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）變壓器外觀檢查，如外殼有無明顯凹凸箱體焊縫是否滲漏油，檢查壓力釋放裝置動作情況，氣體繼電器是否動作或發(fā)出信號、是否集有可燃性氣體。對仍在運行的變壓器要注意辨別發(fā)出的聲音是否為連續(xù)、均勻，輕微的“嗡嗡”聲，若聲音不均勻或有特殊聲音，則需要進一步處理。

（2）對變壓器油樣進行油氣相色譜分析，通過對油中溶解氣體成分及含量的分析，根據(jù)不同的成分（如局部放電時會有乙炔、氫氣，較高溫度過熱時總會有乙烯）及含量可判斷變壓器存在的潛伏性故障及性質(zhì)。

（3）進行全面電氣試驗，排除繞組絕緣損壞的可能變壓器繞組的直流電阻三相數(shù)值基本平衡，測量直流電阻可以方便有效地考核繞組縱絕緣和回路的連接情況，能發(fā)現(xiàn)出口短路引起的匝（餅）間短路、繞組斷股等故障，可判斷變壓器是否遭受了嚴重的沖擊破壞，因此直流電阻測量是發(fā)現(xiàn)繞組是否損壞的最有效手段。

（4）進行繞組的介質(zhì)損耗和電容量測量，當變壓器發(fā)生局部機械變形時，其繞組間以及對鐵芯和外殼的相對位置會發(fā)生變化，其電容量也將隨之變化，雖然DL/T5961996《電力設備預防性試驗規(guī)程》從絕緣的角度對介質(zhì)損耗值做了規(guī)定，但嚴重的繞組變形會引起電容量的明顯變化，所以，在檢查承受短路沖擊后的變壓器是否發(fā)生繞組變形時，被測電容值與歷史數(shù)據(jù)比較也非常重要，當變化值超過10％時需要引起注意。

（5）進行變壓器繞組變形試驗測量，以判定電力變壓器繞組是否變形。若試驗時發(fā)現(xiàn)頻響特性曲線的相關系數(shù)小于0.6，應立即退出運行。

（6）低電壓短路阻抗試驗:短路阻抗法是判斷變壓器繞組變形的傳統(tǒng)方法，該試驗方法相對簡單，對試驗設備要求低，有出廠和歷次試驗數(shù)據(jù)相比較，現(xiàn)場實施非常簡便，但其靈敏度低于頻率響應法，適用于變形比較嚴重的繞組。當繞組的三相短路阻抗值差超過3％時，應引起注意。

（7）空載損耗和空載電流試驗:變壓器經(jīng)受出口短路電流沖擊，當出現(xiàn)線圈匝間短路或涉及鐵芯絕緣時，會引起變壓器的勵磁電流增加和空載損耗增大，與歷次試驗數(shù)據(jù)比較，空載損耗增加10％時就應引起注意

（8）繼電保護及自動裝置的動作情況檢查:變壓器經(jīng)受出口短路電流沖擊而跳閘，一般是通過差動保護、過電流保護和氣體保護發(fā)出動作指令，要注意記錄故障電流的大小、故障切除時間，檢查保護裝置的動作行為是否符合整定值要求。

  與傳統(tǒng)的高壓直流電源不同的是，在脈沖功率領域，高壓電容需要在充電到預設 值后瞬時放電，產(chǎn)生很大的脈沖功率，然后再充電，重復上述過程，電容電壓變化

  電容器充電技術有多種不同的分類方式，比如，按照工作頻率分，有工頻充電和高頻充電，按照充電方式分，有恒壓充電和恒流充電。目前，主要有以下三種充電方式：帶限流電阻的傳統(tǒng)高壓直流充電，工頻LC諧振式充電電源以及高頻開關變換器充電電源。   

  (1)帶限流電阻的高壓直流充電電源 其充電原理圖如圖 1.2 所示，在充電階段，高壓直流電源經(jīng)限流電阻對電容器充電 直至電容電壓與電源電壓相等；在放電階段，電容器對負載瞬間放電，發(fā)出脈沖功率， 限流電阻起到隔離高壓直流電源和負載的作用。這種充電方式非常簡單而且可靠，成 本低廉，但是充電效率很低，最高只能到 50%，而且充電過程非線性，前期充電電流 非常大，但是后期卻太慢，只能適用于低重復頻率的場合。

  （2）工頻 LC 諧振式充電電源 其充電原理圖如圖 1.3 所示，基本原理是由 LC 構成的諧振系統(tǒng)，當  w2 LC =1時，充電電源的電流達到一個恒定值，實現(xiàn)對充電電容線性充電，因此充電速度較快。但 是缺點也很明顯，因為是工頻充電，充電精度和充電穩(wěn)定性不可能太高，而且工頻變 壓器體積龐大、笨重，不利于實現(xiàn)小型化、集約化和模塊化。

串聯(lián)諧振直流電源原理分析

 串聯(lián)諧振充電電源原理框圖如圖 2.1 所示，包括全橋逆變諧振升壓、不控整流、采樣反饋和保護控制系統(tǒng)等部分，高頻逆變橋?qū)⑤斎氲闹绷餍盘栟D(zhuǎn)化為高頻交流信號經(jīng)高頻變壓器升壓，輸出電壓經(jīng)不控整流橋后給大電容充電。為了實現(xiàn)充電可控和幅值可調(diào)，增加了采樣反饋系統(tǒng)和保護控制系統(tǒng)。下面將對主電路工作過程進行理論上的分析推導。

高頻變壓器分布參數(shù)的影響研究

  高頻變壓器是工作頻率在中頻（10kHz）以上的電源變壓器，主要應用場合是在高 頻開關電源中進行逆變橋輸出升壓。按工作頻率的大小，可以分為以下幾個檔次： 10kHz 50kHz - 、50kHz 100kHz - 、100kHz 500kHz ～ 、500kHz 1MHz ～ 、1MHz以上。 高頻變壓器與普通變壓器的區(qū)別一般有以下兩種： （1）輸入電壓是交流方波而不是正弦波，變壓器原方繞組中電流波形也是非正弦 波。 （2）由于變壓器的工作頻率較高，最高可能會達到幾十萬赫茲。在確定磁心材料 及進行損耗計算時必須考慮磁芯中高次諧波的影響以及能滿足高頻工作的需要。

  通常，為了簡化分析過程，我們會忽略高頻變壓器的勵磁電感和漏感。事實上， 分布參數(shù)是不能忽略的，而且隨著開關頻率的提高，分布參數(shù)的影響會越來越嚴重。 而其中，對高頻諧振充電電源影響最大的是分布電容，漏感可以作為諧振元件參與諧振過程。

為何變頻串聯(lián)諧振裝置能夠找到絕緣弱點|

在高壓試驗中，變頻串聯(lián)諧振試驗成套裝置是很好的選這是因頻串聯(lián)諧振試驗成套裝置有許多學生優(yōu)點。例如，其分體式結構優(yōu)化設計和小容量變頻電源使串聯(lián)諧振體積更小、更輕，易于在測試通過現(xiàn)場使用移動，并且我們可以同時根據(jù)實際測試的具體工作要求企業(yè)靈活地改變自己測試實驗裝置。更重要的優(yōu)點是變頻串聯(lián)諧振試驗成套裝置是否能夠?qū)崿F(xiàn)快速有效地研究發(fā)現(xiàn)這些設備的絕緣弱點。那么他們?yōu)槭裁创?lián)諧振能有效地提高發(fā)現(xiàn)絕緣薄弱環(huán)節(jié)呢|

這是因為變頻串聯(lián)諧振試驗成套裝置通過諧振電抗器與被測產(chǎn)品的電容串聯(lián)，產(chǎn)生諧振，得到試驗所需的大電流，高壓，再通過變頻電源的輸出頻率使電路串聯(lián)諧振。 此時，正是由于電路的諧振，使得變頻電源中較小的輸出電壓能夠在被測產(chǎn)品上產(chǎn)生較高的測試電壓，并聯(lián)諧振或測試變壓器進行電壓測試。 與兩者相比，短路電流是擊穿電流的數(shù)百倍。

這是因為獨特的串聯(lián)諧振試驗理論和針對性，串聯(lián)諧振的專業(yè)技術設計，能夠快速，有效地檢測出被測產(chǎn)品的絕緣缺陷，以幫助電力職工有效地完成測試壓力測試產(chǎn)品，完善的測試和工作效率。

串聯(lián)諧振分壓器的作用及在諧振時電抗等于多少

第一，能夠發(fā)現(xiàn)社會中危險的部位。因為每一個設備雖然說在使用時有著非常高的效率，但是時間一長或多或少都會有相應的問題，比如說電壓不穩(wěn)定，電阻不穩(wěn)定，這些問題如果沒有得到比較好的解決，長時間之后就會成為一種安全隱患，一旦發(fā)的話就會給工廠給工人帶去非常大的傷害。

但是如果在了解設備的電壓電阻問題時，就可以通過串聯(lián)諧振裝置增壓器，對社會做一個耐壓實驗，能夠從耐壓實驗中了解該設備的電壓如何？該設備所存在的問題集中在哪個方面，也能夠及時的將其解決掉，總比在什么都不清楚的情況下就去選擇一種解決方案，這種做法是非常盲目的，也是非常不可取的，只是浪費時間而已。

第二，串聯(lián)諧振分壓器的實際作用也包括它能夠獲得更多的電壓，因為在無線電工程中，它的電壓是非常低，自然保證不了整個信號的傳輸非常快，但是如果在使用時能夠通過串聯(lián)諧振分壓器對其進行檢測的話，也能夠獲得更大的電壓，能夠保證整個系統(tǒng)效率比較高，而且能夠加強整個信號的傳輸力度。

變頻串聯(lián)諧振主要由變頻電源、勵磁變壓器、電抗器和電容分壓器組成。變頻串聯(lián)諧振試驗裝置采用多級疊加的方式，多臺電抗器可并聯(lián)、串聯(lián)使用，分壓器既用來測量試驗電壓，也可以作為小電容量試品的補償電容，使得諧振頻率可以在30～300Hz范圍內(nèi)完成多種電力設備的交流耐壓試驗。用于測量被試品上的諧振電壓，并作過壓保護信號；調(diào)頻功率輸出經(jīng)激勵變壓器耦合給串聯(lián)諧振回路，提供串聯(lián)諧振的激勵功率。

變頻串聯(lián)諧振試驗裝置是運用串聯(lián)諧振原理，利用勵磁變壓器激發(fā)串聯(lián)諧振回路，調(diào)節(jié)變頻控制器的輸出頻率，使回路電感L和試品C串聯(lián)諧振，諧振電壓回即為加到試品上電壓。