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中試控股技術研究院魯工為您講解：電纜耐壓試驗標準裝置

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。

串聯諧振裝置

1、電流選擇根據電氣設備所需的電流IC選擇串聯諧振試驗裝置的額定輸出電流IN，使其大于所需的電流IC，即IN＞IC而所需的電流IC可按下式進行估算，試驗變壓器的額定輸出電流取IN＝770A。2、電壓選擇根據試驗電壓的要求，選擇具有合適電壓的串聯諧振試驗裝置，使試驗變壓器的高壓側的額定電壓UN大于試驗電壓UC，即UN＞UC；其次檢查試驗變壓器所需的低壓側電壓，是否能和現場的電源電壓、調壓器相匹配。串聯諧振試驗裝置的電壓值既要能滿足發現被試品的絕緣缺陷，考核其絕緣的抗電強度，又要盡可能避免在試驗過程中對絕緣造成較大的損傷，所以確定恰當的試驗電壓值意義重大。所以，串聯諧振試驗裝置的額定電壓設為UN＝330kV。3、串聯諧振試驗裝置容量的選擇選擇串聯諧振試驗裝置的容量應盡可能大于計算結果，因為試驗線路、試驗設備，本身對地存在雜散電容，使得估算的試驗電流小于實際值的緣故。用50Hz電壓進行試驗，由于電纜線路的電容較大，做試驗就需要大容量的試驗變壓器、調壓器以及電源等串聯諧振試驗裝置設備。4、串聯諧振試驗裝置對絕緣缺陷的檢測絕緣缺陷的檢測是最嚴格、最有效和最直接的試驗方法，它對判斷電氣設備能否繼續參加運行具有決定性的意義，也是保證設備絕緣水平，避免發生絕緣事故的重要手段。絕緣缺陷的檢測是在接近運行條件的情況下，檢驗設備助絕緣水平。對設備來說，是一種破壞性試驗。可能會對絕緣造成新的損傷或者加劇絕緣原有的損傷，但這些損傷在加壓的時間內并未擊穿顯現出來，由于造成的絕緣損傷是不可恢復，永久性的，如果串聯諧振試驗裝置繼續投入使用，將會受到極大的危害。串聯諧振在工作中的五大特點是什么?

特點一：電穩定性、可靠性高。系統采用進口功率元件作為功率變換的核心，電壓輸出和頻率輸出穩定，電磁兼容設計合理，保護功能完善，經過多次高壓直接對地短路的測試，系統仍然保持完好，同時系統也有很強的過載能力。

特點二： 自動調諧功能強大。系統自動調諧時，從30Hz到300Hz自動掃頻，顯示掃頻曲線，用戶能直觀地看到系統調諧過程;掃頻完成后，系統根據掃頻初步找到的諧振頻點，在其±5Hz范圍內以0.01Hz為分辨率進行頻率細掃，最后精確鎖定諧振頻率

特點三：支持多種試驗模式。系統支持"自動調諧+手動調壓"，"自動調諧+自動調壓"，"手動調諧+手動調壓"等試驗模式，推薦使用"自動調諧+手動調壓"模式，既能快速找到諧振點，又能通過手動調壓控制試驗過程，安全性更高。

特點四：系統人機交互界面友好。試驗參數設置、試驗控制、試驗結果等同屏顯示，直觀清晰，并具有自動計時及操作提示功能。全觸摸屏操作及顯示，具備試驗數據保存和查詢功能

特點五：保護功能完善。具備零位保護(電壓輸出控制旋鈕不在零位時，禁止系統啟動)，過壓保護，過流保護，閃絡保護等功能，保證了系統的可靠性。

串聯諧振技術難點有哪些?

先說下串聯諧振的歷史，串聯全諧振變換器曾經是上世紀60-70年代最流行的變換器,只要給出合適的死區時間,即可實現很好的軟開關變換. 現代的數控技術給這一經典的變換電路增添了不少活力。串聯諧振在技術難點主要有以下三項： ZCS 頻率追蹤控制、 ZVS 死區追蹤控制、 ZCS_ZVS 交替追蹤控制。那么面對這些串聯諧振的技術難點又有哪些好的解決方案呢?什么樣的串聯諧振交頻耐壓諧振試驗裝置算是一個好的設備呢？可以通過以下幾點說明：

1、利用高壓回路中電抗與容型試品發生串聯諧振產生高壓，減少電源輸入容量。

2、裝置具有全自動功能，操作方便，體積小，便于攜帶。

3、控制電路采用雙處理器結構，充分利用DSP芯片高效的數據處理能力，對數據實時采樣、運算及對電壓實時調節控制；采用STM32控制人機交互界面，操作方便，顯示直觀。

4、采用基于負載電流前饋的濾波電容電壓外環電感電流內環的雙環控制系統，使得在掃頻過程中電壓幅值穩定，具有良好的正弦化波形。

5、采用單極性倍頻調制算法，使得濾波器的設計比較方便，輸出電壓波形良好。

工頻交流耐壓試驗裝置（又稱串聯諧振，變頻串聯諧振，串聯諧振裝置，串聯諧振耐壓試驗設備，交流耐壓試驗裝置）用于容性試品交流耐壓試驗的設備，那么主要使用范圍

1、6kV-500kV高壓交聯電纜的交流耐壓試驗。

2、發電機的交流耐壓試驗。

3、GIS和SF6開關的交流耐壓試驗。

4、6kV-500kV變壓器的工頻耐壓試驗。

5、其它電力高壓設備如母線、套管、互感器的交流耐壓試驗。

使用的環境以及電壓的要求不同，對選擇的高壓試驗操作臺要求不同，那么價格也不同，聯系供應商于之商談也是很重要的。

對于電力系統的安全運行，串聯諧振試驗運用于電纜，電容器、發電機等具有大電容的電力設備的交流試驗，采用高壓諧振技術對大容量電氣設備進行工頻耐壓試驗已成電力市場主流。怎么判斷和選擇高壓變頻串聯諧振交流耐壓裝置也是電力人都在思考的問題。

串聯諧振交頻耐壓諧振試驗裝置是利用高壓回路中電抗與容型試品發生串聯諧振產生高壓，檢測測試品的絕緣程度。實驗過程可采用手動與自動方式實現，所產生的高壓可根據測試品的電壓等級進行調整，范圍廣，可靠性高，穩定性好。諧振頻率范圍可達30~300Hz，接近于工頻耐壓試驗。一、變頻串聯諧振有什么用處分析

在電阻、電感及電容所組成的串聯電路中，當容抗與感抗相等時，電路中的電壓與電流相位相同，電路呈現純電阻性，此即為串聯諧振。當電路發生串聯諧振時，電路的阻抗Z=R，此時回路總阻抗值最小，回路電流最大值。圖1（a）所示為電感和電容元件串聯組成的一端口網絡，其等效阻抗，當發生諧振時，其端口電壓與電流同相位，即，由此可推得諧振角頻率和諧振頻率分別為，。定義諧振時的感抗或容抗 為特性阻抗ρ，則特性阻抗ρ與電阻R的比值即為品質因數Q。

電路諧振時阻抗值最小，當端口電壓一定時，電路電流將達到最大值，如圖1（b）所示，且該值的大小僅與電阻的阻值有關而與電感和電容無關。諧振時電感電壓與電容電壓數值相等、相位相反，為總電壓的Q倍[4]，即。RLC串聯電路的電流是電源頻率的函數，即在電路的電感L、電容C和電源電壓US不變的情況下，不同的R值得到不同的Q值，圖2（a）所示為不同Q值時的電流幅頻特性曲線。

為了研究電路參數對諧振特性的影響，通常采用通用諧振曲線，圖2（b）所示為串聯諧振電路的通用諧振曲線。通用諧振曲線的形狀只與Q值有關，且曲線形狀越尖銳，電路的選頻性能越好。幅值大于峰值的0.707倍所對應的頻率范圍為通帶寬，理論推導可得，由該式可知通帶寬與品質因數成反比。

二、變頻串聯諧振應用分析

變頻串聯諧振其諧振頻率，其中L為電抗器的電感值，如有幾個電抗器串并聯使用應考慮互感的影響；C為被試品及分壓電容器的和，現場可以用電橋或介損儀進行實際測量獲得。高壓電流I=2πfCU，由被試品的電氣參數和出廠耐壓試驗值，可確定現場的耐壓試驗電壓U；有功功率P=1.2（P0+PK），其中P0為勵磁變空載損耗，PK為電抗器額定有功損耗。

變頻串聯諧振試驗過程中，勵磁變的容量應大于有功功率P，并在勵磁變最低輸出電壓滿足試驗要求的前提下盡量降低勵磁變的變比，從而相應減小勵磁變原邊的輸入電流。試驗電源容量S=P+P1，其中P1為變頻電源本身的損耗，由電源端輸入電壓為380V可得電源電流I1=。試驗中電抗器的額定電壓和電流也應大于試驗電壓和高壓電流，當電抗器采取串并聯以滿足試驗要求時，必須計算每個電抗器上所承受的電壓和電流不超限值。

在現場試驗中，通常采用16mm2以上的裸銅線接地，裸銅線其寄生電感在μH數量級，約0.1-1μH/m，直流電阻約0.1mΩ，如果接地線有彎曲環繞現象，電感量可增加到10-1000μH/m。試品絕緣通常在交流電壓的正峰值或負峰值被擊穿，試品被擊穿瞬間試品上的電壓最高，擊穿后試品上的電壓跌落到零的時間一般在0.1-10μs之間，具體情況與擊穿點的實際情況有關。從放電能量上看，即使放電時，試品的最小電容量只有0.002μF，實際試驗時試品電容量遠大于該值。如以放電時頻率為100kHz、地線寄生電感為1μH、放電電流為1000A計算，地線的寄生感抗XL==0.628Ω，地線可能產生的過電壓Ud=If XL=1000×0.628=628V。如果地線連接不規范，寄生電感就會增大很多，產生的過電壓可能更大，可危及變頻電源及人身安全。所以高壓試驗系統必須一點可靠接地，分壓器的接地點與大地的連接線應盡量短，接地線應粗、直、短，從而保證試驗安全。