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中試控股技術研究院魯工為您講解：110kV電纜串聯諧振/電科院推薦

ZSBP-44kVA/44kV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置

11kV/300mm2電纜1km交流耐壓試驗，電容量≤0.3755uF，試驗頻率30-300Hz，試驗電壓28kV，試驗時間5min。
10kV開關等電氣設備的交流耐壓試驗，試驗頻率30-300Hz，試驗電壓不超過42kV，試驗時間1min。

參考標準：DL/T 849.6-2016，DL/T 474.4-2018

變頻串聯諧振耐壓試驗裝置：ZSBP系列變頻串聯諧振耐壓試驗裝置，中試控股采用調節電源頻率的方式，使得電抗器與被試電容器實現諧振，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外得到了廣泛應用，

是當前高電壓試驗的新方法和潮流。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。

ZSBP-44kVA/44kV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置主要技術參數
1.額定容量：44kVA
2.額定電壓：22kV；44kV
3.額定電流：2A；1A
4.測量精度：系統有效值1.5級
5.工作頻率：30-300Hz
6.裝置輸出波形：正弦波
7.品質因素：裝置自身Q≥30(f=45Hz)
8.波形畸變率：輸出電壓波形畸變率≤1%
9.輸入電源：單相220或三相380V電壓，頻率為50Hz
10.工作時間：額定負載下允許連續60min；過壓1.1倍1分鐘
11.溫    升：額定負載下連續運行60min后溫升≤65K
12.保護功能：過壓、過流、零位啟動、系統失諧（閃絡）等保護功能
13.環境溫度：－20℃-55℃
14.相對濕度：≤90%RH
15.海拔高度:≤3000米

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。
一般應考慮以下幾個因素： 
1、在被試品上可能產生過電壓的數值、持續時間及其次數。如被試品遭受較高過電壓的可能性極小，則可不必采用過高的試驗電壓；如被試品（如直接與架空線連接的發電機）可能遭受到較高的過電壓時，則應適當提高試驗電壓的數值。 
2、電氣設備設計時采用的絕緣水平。
3、設備絕緣的狀況。設備在運行中由于各種條件的影響，使絕緣逐步劣化，絕緣性能下降，故在確定試驗電壓時，應考慮到絕緣損傷的程度和運行年限。例如，運行中設備的試驗電壓應為出廠時的75%~90%。
被試品是否被穿可按下述各種情況進行判斷： 
1、根據試驗時接入的表計進行分析，一般情況下，若電流表突然上升，則表明被試品擊穿（過流繼電器動作，自動跳閘）。但當被試品的容抗XC  與試驗變壓器的漏抗 XL之比不大于2時，雖然被試品擊穿，電流表指示也不會發生明顯的變化，有時還可能出現電流表指示反而下降的情況。 
若出現這種情況，應根據在高壓側的測量電壓裝置高壓側的電壓，被試品若擊穿，其電壓表只是要突然下降，而在低壓側測量的電壓表也要下降，但有時很不明顯。 
2、根據試驗控制回路的狀況進行分析。若過流繼電器整定值適當，則被試品擊穿時過流繼電器動作，電磁開關即跳閘。若整定值過小，可以在升壓過程中因被試品的電容電流過大而使過流繼電器動作而跳閘。 
3、根據被試品狀況進行分析。試驗過程中，如被試品發出響聲、斷續放電響聲、冒煙、產生氣體、有焦臭味、及燃燒等都是不能容許的，應查明原因。如查明這種情況來自被試品絕緣部分，則可以認為被試品存在問題或已確實被。 
什么是串聯諧振？ 
由于電力預防試驗大多是對于大容量和高電壓的電氣設備，建議采用工頻耐壓進行絕緣性能的檢測，也就是剔除了采用直流高壓發生器對于電氣設備絕緣性能檢測的使用要求，雖兩者都屬于破壞性試驗，但經過長期的研究，采用工頻耐壓的方式相對于直流耐壓穩定性，安全性要好，由于電氣設備的容量大，電壓高，往往像油浸式試驗變壓器一類的工頻耐壓設備無法滿足測試要求，在國內，為了達到這一目的，基本通過變頻串聯諧振來實現測量。 
變頻串聯諧振，“變頻”在串聯諧振電路中，通過調整可變的頻率范圍產生諧振條件，“串聯”是指在整個電路中的鏈接方式，串聯時，電壓相加，電流不變，“諧振”是指的諧振電路，組合起來就是我們常說的串聯諧振試驗裝置。
串聯諧振試驗前有什么條件？ 
試驗前條件分析 
當我們拿到試驗之后，我們要分析試驗的主體是什么，比如：電力電纜、變壓器、GIS組合器還是母線等等，針對不同的內容所施加的電壓不一樣，像同樣是變壓器，中性點接地和不接地的電壓等級就不同，而且接線也不同，電壓和容量直接影響串聯諧振試驗裝置的配置方案，所說的配置方案也就是連接方式，串聯方式、怎么串聯以及串聯幾個等等。 
要想達到串聯諧振的條件是當容抗等于感抗時，即可產生諧振的條件。 
串聯諧振試驗中控制逆變器的方法有調幅控制和脈沖調頻控制兩種。脈沖頻率調制方法實現起來比較簡單，可以在下面兩種情況下使用。 
1 )如果負載對工作頻率范圍沒有嚴格限制,這時頻率必須跟蹤,但相位差可以存在而不處于諧振工作狀態。 
2 )如果負載的Q值較高,或者功率調節范圍不是很大,則較小的頻率偏差就可以達到調功的要求。 

變頻串聯諧振采用的是諧振原理，在系統回路中產生一定頻率的電壓與回路中的電容，電抗產生諧振，其電容（試品）兩端產生諧振電壓后，再進行升壓，使電容兩端的電壓達到試驗電壓。

2.1 調幅控制（PAM）方法

  調幅控制方法是通過調節直流電壓源輸出（逆變器輸入）電壓Ud（可以用移相調壓電路，也可以用斬波調壓電路加電感和電容組成的濾波電路，來實現調節輸出功率的目的。即逆變器的輸出功率通過輸入電壓調節，由鎖相環（PLL）完成電流和電壓之間的相位控制，以保證較大的功率因數輸出。

這種方法的優點是控制簡單易行，缺點是電路結構復雜，體積較大。   

2．2 調制(PFM)方法

 改變逆變器的工作頻率，從而改變負載輸出阻抗以達到調節輸出功率的目的。  

  從串聯諧振負載的阻抗特性

  可知，串聯諧振負載的阻抗隨著逆變器的工作頻率（f）的變化而變化。對于一個恒定的輸出電壓，當工作頻率與負載諧振頻率偏差越大時，輸出阻抗就越高，因此輸出功率就越小，反之亦然。

  脈沖頻率調制方法的主要缺點是工作頻率在功率調節過程中不斷變化，導致集膚深度也隨之而改變，在某些應用場合如表面淬火等，集膚深度的變化對熱處理效果會產生較大的影響，這在要求嚴格的應用場合中是不允許的。但是由于脈沖頻率調制方法實現起來非常簡單，故在以下情況中可以考慮使用它：

  1）如果負載對工作頻率范圍沒有嚴格限制，這時頻率必須跟蹤，但相位差可以存在而不處于諧振工作狀態。  

  2）如果負載的Q值較高，或者功率調節范圍不是很大，則較小的頻率偏差就可以達到調功的要求。  

 基波或高頻諧振的處理： 有運行電容器時，切除運行電容器;沒有運行電容器時，投入一組電容器;以上措施無法消諧時，切除該母線所有電容器，向調度申請切除部分饋線，最好是先切長線路。分頻諧振的處理：切除該母線所有電容器;諧振仍無法消除時，向調度申請切除該母線上的線路，直至諧振消除;若所有線路全部切除后仍無法消諧，向調度申請切除變低開關，將母線停電;恢復母線及線路送電。

諧振電路中一個非常重要的參數就是品質因數Q,它揭示了諧振電路的各種重要關系,Q值的大小直接影響諧振電路的通頻帶和選擇性等重要指標。然而,在現有的電子教科書中,對諧振電路品質因數的描述大都比較簡單,這不利于學生對這一概念與其內涵的真正理解與把握。特別是對品質因數Q值的求解,學生更是感到無從下手。針對于這問題,本文從品質因數的定義出發進行研究,介紹了一種計算品質因數Q值簡單而又有效的方法。

1.品質因數的定義

電路的品質因數分為串聯電路的品質因數與并聯電路的品質因數,以及部分電路的品質因數和整體電路的品質因數。品質因數有以下幾種定義方式:

1.1用能量定義品質因數的能量定義清楚地表達了品質因數的物理意義,對于各種電路具有普遍意義,但在電路中利用能量定義來計算品質因數Q值相對比較復雜,有時候甚至難以計算。計算公式如下:

品質因數Q=2π(ω0/ωR0)

式中:0ω———諧振時電路儲存的能量,ωR0———諧振時電路在1周期內消耗的能量。

品質因數Q=2π(ωLOM/P0T0)

式中:ωLOM———諧振時電路中電感能量的最大值,P0———諧振時電路中消耗的有功功率,T0———諧振周期。

1.2用功率定義品質因數的功率定義是從另一個角度對品質因數的能量定義的一種解釋,它也較好地表達了品質因數的物理意義,用它來計算品質因數Q值的方法相對來說比用能量定義的方法來求解要好得多,不會出現計算不出來的情況。但對較為復雜電路,其計算過程較為繁瑣。其計算公式如下:

品質因數Q=Q0/P0

式中:Q0———諧振時的無功功率,P0———諧振時的有功功率。

1.3串聯電路品質因數的定義

1.3.1用參數定義如圖1所示的RLC串聯諧振電路,一般教科書用參數這樣定義串聯電路的品質因數:諧振時回路感抗值(或容抗值)與回路電阻R的比值稱為回路的品質因數,用參數計算公式如下:

品質因數Q=ω0L/R=1/ω0CR=1R?L/R(1)

式中:0ω———電路諧振角頻率,L———電路中的電感,C———電路中的電容,R———電路的電阻。

1.3.2用電壓定義如圖1所示的RLC串聯諧振電路,諧振電路的品質因數是由電路在諧振時L、C元件上的電壓與電壓源電壓之間的關系引出的。其計算公式表達如下:

Q=UL/U=UC/U

式中:UL———諧振時電路中的電感電壓,UC———諧振時電路中的電容電壓,U———諧振時電路中的總電壓。

1.4并聯電路品質因數的定義

1.4.1用參數定義

如圖2(A)(、B)所示的并聯諧振回路,其品質因數定義的方法和串聯諧振定義的方法一樣,用參數計算公式如下:

品質因數Q=0ωL/R=RP/0ωL=RPCω0=RP?C/L

其中:L———電路中的電感,C———電路中的電容,R———串聯在電感之路的損耗電阻,RP———并聯諧振回路的諧振電阻。

1.4.2用電流定義

如圖2所示的RLC并聯諧振電路,諧振電路的品質因數是由電路在諧振時L、C元件上的電流與電流源電流之間的關系引出的。

用公式表達如下:

Q=IL/I=IC/I

式中:IL———諧振時電路中的電感電流,IC———諧振時電路中的電容電流,I———諧振時電路中的總電流。

以上討論從4個不同角度、不同的理解去定義了品質因數,但在實際的電路中,會出現比較復雜的串并聯混合電路,我們往往會感覺到束手無策,不知道如何運用上面所討論的4種定義方法去求解電路的品質因數。許多數字系統在與系統時鐘相關的頻率上遭受過分的電源噪聲，是否可以在電源和接地層之間連接一個如下所示的串聯諧振（也稱為）電路以降低這種噪聲？答案是肯定的。但是，電路必須滿足以下不太可能發生的條件。