中试控股技术研究院鲁工为您讲解：10kV电缆预防性试验装置

ZSBP-270kVA/108kV变频串联谐振试验装置

35kV/300mm2电缆2km的交流耐压试验，电容量≤0.389uF，试验频率30-300Hz，试验电压52kV，试验时间60min。
10kV/400mm2电缆5km的交流耐压试验，电容量≤2.1uF，试验频率30-300Hz，试验电压22kV，试验时间5min。
35kV开关柜、互感器、母线母盘的交流耐压试验，试验频率30-300Hz，试验电压95kV，试验时间1min。

参考标准：DL/T 849.6-2016，DL/T 474.4-2018

变频串联谐振试验装置：ZSBP系列变频串联谐振耐压试验装置，中试控股采用调节电源频率的方式，使得电抗器与被试电容器实现谐振，从而在被试品上获得高电压大电流，因其所需电源功率小、设备重量轻体积小在国内外得到了广泛应用，是当前高电压试验的新方法和潮流。

交流耐压试验是电力设备绝缘强度有效和直接的方法，是电力预防性试验的一项重要内容。 此外，由于交流耐压试验电压一般比运行电压高，因此通过试验后，设备有较大的安全裕度，因此交流耐压试验是电力设备安全运行的一种重要手段。一般变频串联谐振试验装置来进行交流耐压试验。  
试验电压的确定交流耐压试验中，关键的问题就是正确选择试验电压的数值，一方面要求能保证绝缘水平，另一方面要考虑因试验电压过高而引起的绝缘劣化。

220KV串联谐振交流耐压装置可以做什么? 
变频串联谐振成套耐压试验装置适用于大容量，高电压的电容性试品的交接和预防性试验；

主要针对220KV及以内的电力电缆、变压器、断路器/开关、开关柜、避雷器、电压互感器、电流互感器、套管、支柱绝缘子、电抗器、母线、隔离开关、输电线路、发电机、电动机、熔断器、电容器、接触器、配电箱、绝缘材质、变电站系统的交流耐压试验。

装置主要技术参数及功能：
1. 额定容量：270kVA；
2. 输入电源：单相220或三相380V电压，频率为50Hz；
3. 额定电压：27kV；54kV；108kV
4. 额定电流：10A；5A；2.5A
5. 工作频率：30-300Hz；
6. 装置输出波形：正弦波
7. 波形畸变率：输出电压波形畸变率≤1%；
8. 工作时间：额定负载下允许连续60min；过压1.1倍1分钟；
9. 温 升：额定负载下连续运行60min后温升≤65K；
10. 品质因素：装置自身Q≥30(f=45Hz)；
11. 保护功能： 对被试品具有过流、过压及试品闪络保护(详见变频电源部分)；
12. 测量精度：系统有效值1.5级；
串联谐振工作环境：
1. 环境温度：－100C –50 0C;
2. 相对湿度：≤90%RH;
3. 海拔高度: ≤1000米；
简易读懂：变频串联谐振耐压试验装置可以做什么?
变频串联谐振成套耐压试验装置适用于大容量，高电压的电容性试品的交接和预防性试验，主要针对电力电缆、变压器、断路器/开关、开关柜、避雷器、电压互感器、电流互感器、套管、支柱绝缘子、电抗器、母线、隔离开关、输电线路、发电机、电动机、熔断器、电容器、接触器、配电箱、绝缘材质、变电站系统的交流耐压试验，对被测试品做承受过电压预防交流试验和交接交流试验。
变频串联谐振耐压试验装置组成部分：变频电源主机、激励变压器、电抗器、电容分压器、补偿电容器、测试附件组成。
元器件（纯进口）：功率器件：德国英飞凌，模块：日本富士IGBT，芯片：英特尔等

结构： 采用干式结构,绝缘耐热等级H级,满足干式变压器国家规范要求；高﹑低压绕组间和铁芯设静电屏蔽,既作为励磁变,又是隔离变；内置过电压保护,防止击穿反击。

采用了调节电源的频率的方式使得电抗器与被试电容器实现谐振，在被试品上获得高电压大电流，是当前高电压试验的一种新的方法和潮流，在国内外已经得到广泛的应用。
采用了专用的SPWM数字式波形发生芯片，频率分辨率16位，在20~300Hz时频率细度可达0.1Hz；采用了正交非同步固定式载波调制方式，确保在整个频率区间内输出波形良好；功率部分采用了先进的IPM模块，在小重量下确保仪器稳定和安全。

1.稳定性、可靠性高。系统采用进口功率元件作为功率变换的核心，电压输出和频率输出稳定，电磁兼容设计合理，保护功能完善，经过多次高压直接对地短路的测试，系统仍然保持完好，同时系统也有很强的过载能力。

2.自动调谐功能强大。系统自动调谐时，从30Hz到300Hz自动扫频，显示扫频曲线，用户能直观地看到系统调谐过程；扫频完成后，系统根据扫频初步找到的谐振频点，在其±5Hz范围内以0.01Hz为分辨率进行频率细扫，最后精确锁定谐振频率。

3.支持多种试验模式。系统支持“自动调谐＋手动调压”，“自动调谐＋自动调压”，“手动调谐＋手动调压”等试验模式，推荐使用“自动调谐＋手动调压”模式，既能快速找到谐振点，又能通过手动调压控制试验过程，安全性更高。

4.系统人机交互界面友好。试验参数设置、试验控制、试验结果等同屏显示，直观清晰，并具有自动计时及操作提示功能。全触摸屏操作及显示，具备试验数据保存和查询功能。

5.保护功能完善。具备零位保护（电压输出控制旋钮不在零位时，禁止系统启动），过压保护，过流保护，闪络保护等功能，保证了系统的可靠性。

产品参数：

◆ 谐振电压波型：正弦波，波形畸变率＜1.0%

◆ 输出频率：30～300Hz

◆ 工作制：满功率输出下，连续工作时间60min

◆ 品质因素：30～80

◆ 输入工作电源：单相380/220V±10%，50Hz

◆ 环境温度：－10℃～+50℃

◆ 相对湿度：＜95%，无凝露状况。

摘要：论述了谐振变压器的原理，设计方法及研制中应注意的几个问题，并通过计算值与实测值对比的方法证明了文中计算公式的精确性和实用性。

1. 前言：随着电力电子技术的发展，采用高压谐振技术对大容量电气设备进行工频耐压试验已经成为可能，目前已被广泛用于电缆，电容器、发电机等具有大电容的电力设备的交流试验。原理是通过调节铁心磁路的气隙长度，得到连续变化的电感L，使其与被试品对地电容C发生谐振。本文以一台150kVA试验装置为模型，阐述高压谐振变压器的原理与有关参数的计算。

2. 谐振变压器原理

2.1 结构特征：谐振变压器的铁心可以做成两种不同的结构：壳式和心式。心式铁心变压器在一系列主要指标方面不如壳式铁心变压器，其重量和外型尺寸较大，调节气隙的传动机构比较复杂。为此，我们研制的试验装置采用壳式结构，谐振变压器绕组套装在可移动的中心柱外面。

2.2 特性曲线：谐振变压器的特性曲线如图2所示。由图2可见，在不同气隙长度δ下，谐振变压器的伏安特性具有良好的线性关系，其电感L与变压器上的电压值无关。因而这种谐振变压器在用于交流谐振试验时，可先在低压条件下进行调谐（通过传动机构改变动铁心与下轭铁心之间的气隙长度），当调谐到谐振时，再升高试验电压，系统调谐非常方便。

2.3 回路电感L与铁心气隙长度δ的关系：气隙可调谐振变压器，无论是串联型还是并联型，都是通过调节铁心气隙长度，改变回路电感量L，使谐振变压器发生谐振。这就是对于具有一定对地电容的被试器，通过改变铁心气隙长度使谐振变压器发生谐振的机理。但是需要注意的是气隙长度不可过大，过大会使已建立的谐振条件遭到破坏。

4.4 150kVA谐振试验变压器的设计

用上述计算公式对一台电源电压U1=0.22kV，输出电压U2=15kV，输出功率P2=150kVA，且能对最大计算电容为2μF的试品进行工频高压试验的谐振变压器进行设计。变压器动铁心柱及套装在外面的一、二次绕组如图5所示，其中主要参数的计算结果如下： D=12cm，动铁心外接园直径 ， D1=13.5cm，一次绕组内径，D2=18cm，二次绕组内径，D3=25.5cm，二次绕组外径， H=37cm，绕组高度，N1=66匝，一次绕组匝数 ，N2=4464匝，二次绕组匝数，谐振变压器调谐电感参数的计算值与实测值如表1所示。

5 结论

（1）由表1可知，计算值与实测值最大误差不超过6％，说明上述计算公式具有较高精度，足以满足工程计算的要求。（2）当试验接近于试品的最大电容计算值时，试品上的电压可能超过按变压比决定的数值，为了降低电压谐振的效应，应使变压器二次线圈的漏抗尽可能小，同时应在输出回路加装防过压装置。（3）因电压与气隙δ无关，因而应先在较低电压下进行调谐，当谐振发生后，再将输出电压升高到试品的试验值。（4）在气隙调节过程中，变压器的铁心和机械传动机构受到很大的电磁力作用，造成较强的振动、噪声，严重时会损坏谐振变压器的部件。因此这种装置的机械结构应特殊设计。