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中試控股技術研究院魯工為您講解：1kv電纜耐壓試驗裝置

ZSBP-600KVA/400KV變頻串聯諧振技術標準配置

110KV電纜,S=300mm2 500m

220KV電纜,S=500mm2 300m

110KV.220KV開關，變壓器.刀閘試驗。

110KV.220KV開關、主變，GIS試驗。

參考標準：DL/T 849.6-2016，DL/T 474.4-2018

變頻串聯諧振技術標準配置：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-600KVA/400KV變頻串聯諧振技術標準配置

1.變頻串聯諧振試驗裝置以調整輸出頻率激發串聯諧振.

2.變頻串聯諧振耐壓成套裝置包括以下基本部件：

變頻電源、勵磁變壓器、高壓電抗器、電容分壓器及附件等。

中試控股以下環境條件下能夠不影響正常試驗：

溫度范圍：—10～45℃

海拔高度：≤2000m 相對溫度：≤90%

3.3系統技術參數如下：

a、輸出電壓波形：正弦波，波形畸變率≤0.5%

b、輸出分辨率：0.1HZ

c、輸出頻率范圍：30～300 HZ

d、額定負載下連續運行時間：30min,且各部件溫升≤35K

e、品質因數：30～300

f、不穩定度：0.01%

g、系統測量精度：1.0級

h、輸入工作電源：380V、50HZ

i、系統噪聲：≤60分貝

3.4系數使用功能：

a、具備手動試驗/自動調諧/自動試驗三種模式，并可任意切換。

b、具備大屏幕顯示，可指示：輸出電壓(有效值)及輸出頻率等。

c、具備試驗電壓、時間、試驗頻率范圍等試驗參數設置功能。

d、具備過壓、過流保護功能，并可任意整定設置。

e、具備放電保護功能，在高壓發生閃絡時，可自動降電源，同時可以提示“電保護”及相關信息。

f、具備掉電保護功能。

g、具備過熱保護功能。

h、具備零值保護功能，系統和變頻電源只能零啟動、零退出。

i、具備各種數據打印功能。

j、具備系統故障自診斷功能。

三、本裝置特點：

1、主機保護功能齊全，有過流、過壓、閃絡、過熱、零值升壓、掉電保護等功能，出廠前經滿負載試驗合格。

2、勵磁變壓器箱為雙層鋁塑結構，美觀輕巧。高壓側圈為三組線圈，且線圈有原件過壓保護。

3、電抗器可任意組合串聯或并聯。

串聯諧振在電力系統中應用的優點：

1、所需電源容量大大減小。串聯諧振電源是利用諧振電抗器和被試品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，試驗所需的電源功率只有試驗容量的1/Q。

2、設備的重量和體積大大減少。串聯諧振電源中，不但省去了笨重的大功率調壓裝置和普通的大功率工頻試驗變壓器，而且，諧振激磁電源只需試驗容量的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1/10。

3、改善輸出電壓的波形。諧振電源是諧振式濾波電路，能改善輸出電壓的波形畸變，獲得很好的正弦波形，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，短路電流與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。

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。

二、我公司調頻諧振裝置主要功能及其技術特點：

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。

2、整個裝置單件重量很輕，便于現場使用。

3、裝置具有三種工作模式，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、手動模式、自動調諧手動升壓模式.

4、能存儲和異地打印數據，存入的數據編號是數字，方便的幫助用戶識別和查找。

5、裝置自動掃頻時頻率起點可以在規定范圍內任意設定，掃頻方向可以向上、向下選擇，同時液晶大屏幕顯示掃描曲線，方便使用者直觀了解是否找到諧振點。

6、采用了DSP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。

簡易讀懂：變頻串聯諧振耐壓試驗裝置可以做什么?

變頻串聯諧振成套耐壓試驗裝置適用于大容量，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，對被測試品做承受過電壓預防交流試驗和交接交流試驗。

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

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。

如何選擇合適的變頻串聯諧振耐壓試驗裝置？

為了選對規格，請提供以下技術參數

1、電力變壓器：電壓等級，大容量，試驗性質（中性點耐壓或全絕緣耐壓）單相對地電容量；

2、電力電纜：電壓等級，大長度，截面積；

3、發電機、電動機：電壓等級（出口電壓或稱工作電壓），試驗電壓（耐壓值）單相對地電容量范圍（如0.2-0.55uF等）；

4、開關、絕緣子、PT、CT、絕緣工器具、母線：電壓等級（或稱工作電壓）；試驗電壓（耐壓值）；

5、CVT效驗：電壓等級或稱工作電壓，試驗電壓（耐壓值）電容量范圍（如0.005-0.02uF）。

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、正常“停機”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。

變頻電源有如下幾個顯著的特點：

?       波形為脈寬電壓調節的方波。

?       內部由ARM控制，操作功能得到優化,操作簡單。

?       自動掃頻，尋找諧振點.頻率范圍30-300Hz,可設置掃頻范圍，掃頻最大耗時40秒鐘(全頻掃)， 頻率分辨率0.01Hz。

?       自動試驗，用戶可設置試驗程序，試驗程序分為5段，系統自動按設置的程序完成試驗過程。

?       耐壓時自動跟蹤電壓，電壓正常波動時自動調整電壓到目標電壓，異常波動時提示用戶電壓異常波動，由用戶根據試驗情況進行操作。

?       實時顯示試驗狀態，用戶可根據試驗狀態進行相應操作。

?       強大的保護功能：過流保護，過壓保護和閃絡保護，過熱保護，高壓異常保護，軟/硬件同時保護，確保安全。

?       試驗數據保存，可即時打印試驗數據，也可將數據保存以備下次打印。

?       數據查詢功能,根據試驗日期查詢以往的試驗數據。

以某變電站220kV GIS導體對外殼耐壓試驗為例，產品出廠試驗電壓導體對地為460kV，現場交接試驗電壓值為出廠試驗的80%，即368kV。試驗設備采用變頻式串聯諧振耐壓試驗裝置，試驗按電氣設備交接試驗標準和規程進行[1，5]。試驗時GIS設備所有氣室均充額定壓力SF6氣體且微水測量合格，架空線、電力變壓器、避雷器和保護間隙與GIS隔離開。導體對外殼耐壓加壓試驗時，220kV GIS試驗電壓由#1主變220kV側套管處施加，每次一相，其他兩相與接地的外殼短接。變頻串聯諧振裝置大電容量的電氣設備(如大型發電機組、電力變壓器、電力電容器、GIS、電力電纜等)在一定頻率范圍內的絕緣耐受與工頻耐壓具有一定的等效性，這樣就為利用變頻試驗裝置的電感與被試品的電容串聯產生諧振電壓來進行交流耐壓試驗提供了可能，且由于試驗裝置的勵磁電壓低、重量輕，非常方便于在施工現場使用。現就變頻串聯諧振試驗裝置的原理、特點和在實際應用中的幾點體會進行闡述。

一、變頻串聯諧振耐壓試驗裝置的原理

發生串聯諧振的基本原理是：在R-L-C電路中

變頻串聯諧振裝置的原理

由電工知識得到：Uc=I/ωC,UL=I*ωL，UR=I*R，U=Uc+UL+UR，當LRC串聯回路中的感抗與試品容抗相等時，電感中的磁場能量與試品電容中的電場能量相互補償，試品所需的無功功率全部由電抗器供給，電源只提供回路的有功損耗。電源電壓與諧振回路電流同相位，電感上的電壓降與電容上的壓降大小相等，相位相反。由圖1可知，當 ωL=1/ωc，回路的諧振頻率f=1/2π√LC，也就是說，電路發生串聯諧振，電源提供很小的勵磁電壓，試品上就能得到很高的電壓,電源頻率為諧振頻率。

二、變頻串聯諧振耐壓試驗裝置的特點

利用串聯諧振原理在回路中產生高電壓,一般頻率為30~300Hz。串聯諧振中的直流高壓發生器原理如下圖2表示：

當電源頻率(f)、電感(L)及被試設備電容(C)滿足下式時回路處于串聯諧振狀態此時：f=1/2π√LC，回路中電流為I=Ulx/R,被試設備電壓為Ucx=I/ωCx輸出電壓與勵磁電壓之比為試驗回路的品質因數：Q=Ucx/Ulx=(ωL)/R，由于試驗回路中電阻R很小，故試驗回路品質因數很大。一般正常時可達50以上，既輸出電壓是勵磁電壓50倍，因此用較低容量的試驗變壓器就能得到較高的試驗電壓。這樣就解決了在一般的交流耐壓試驗中試驗變壓器容量不能滿足試驗要求的問題。而此時電容量與電感的關系為ωL=1/ωc，因為對某個試品而言，電容量是固有的，試驗用可調電感的價格也非常昂貴，因此解決問題的途徑就引到了改變電源頻率回路的諧振頻率，在初始電壓下調節回路的頻率，觀察Uc的變化達最大值時，增加或減小頻率時諧振電壓都要下降，這時的頻率為諧振頻率，這時的電壓為諧振點電壓，增加勵磁電壓就能升高諧振電壓，從而達到試驗電壓目的。另外，由于試驗回路是處于諧振狀態，回路本身具有良好的濾波作用，電源波形中的諧波分量在設備兩端大為減小，從而輸出良好的正弦波形。當試品放電或擊穿時，即回路中等值電容被短路，諧振條件被破壞，電壓明顯下降，恢復電壓上升緩慢，試品上不發生暫態過電壓，且電源供給的短路電流受到電抗的限制而減少，從而限制被試設備的損壞程度。福建省第二電力建設公司電力試驗所自開展交流耐壓試驗以來,先后多次發現設備在生產及現場安裝中存在的安全隱患。如,500kV泉州大園變220kV SF6電流互感器耐壓擊穿,原因是生產廠家遵照的耐壓標準低于國網公司訂貨標準;220kV寧德樹兜變GIS耐壓擊穿,原因是安裝工藝不到位,其中一個絕緣盆對接處有污漬沒清理干凈;500kV漳州變二期擴建500kV電流互感器耐壓擊穿,原因是內部二次繞組外表油漆脫落導致整體絕緣破壞。這些都證明了開展交流耐壓試驗的必要性。

1串聯諧振原理在傳統工頻條件下,使用交流電壓進行現場試驗,試驗設備需要提供很大的無功功率。由于現場搬運這些設備非常不方便,而且大電流的工作電源在現場也不易取得,因此,一般都采用串聯諧振交流耐壓試驗設備。

串聯諧振的基本電路如圖1所示。當試驗回路發生串聯諧振時,存在下列關系:。串聯電路的品質因數用Q表示,即:,則當發生串聯諧振時,被試品電壓可描述為:。

圖1串聯諧振基本電路由以上公式可知:

(1)串聯諧振電路的諧振頻率f0由電路自身的參數L和C確定,與試驗電源的特征無關;

(2)試驗電源的輸出功率Us為外部回路所消耗的純有功功率;

(3)試品兩端的電壓Uc為輸入電壓的Q倍。由于一般試驗回路的Q值遠大于1,因此串聯諧振電路具有明顯的電壓放大作用;

(4)當電路發生串聯諧振時,試驗系統的電流I為純阻性,試驗電源無需向串聯諧振試驗系統額外提供無功功率,電源利用率較高;

(5)當試驗電源頻率一定時,可以通過調節串聯電路的參數L或C,使電路的固有頻率與試驗電源輸出信號的頻率一致,則試驗系統將會出現諧振現象;

(6)當電路參數固定、調節不便或范圍受限時,通過改變試驗電源輸出信號的頻率,使之與串聯電路的固有頻率一致,也可以產生諧振調節。根據調節手段的不同,串聯諧振試驗裝置可分為調頻式和調感式2種。調頻式串聯諧振試驗裝置(30～300Hz)主要用于電力電纜、GIS(包括HGIS)及SF6電流互感器等設備的耐壓試驗;調感式串聯諧振試驗裝置(50Hz)主要用于變壓器、電機等設備的耐壓試驗。諧振耐壓試驗需要大型的設備、復雜的人員組織。在高電壓條件下工作,如果由于疏忽,人員與帶高電壓設備的距離小于安全距離時,極有可能發生人身傷亡事故;由于錯接試驗回路或錯加更高的試驗電壓,很可能造成試驗儀器或被試電氣設備的損壞。為了有效防止意外事故的發生,應在思想高度重視的基礎上,加強安全技術措施。