110kv电缆打耐压的设备

随着电力电子技术的广泛应用与发展，供电系统中增加了大量的非线性负载，如低压小容量家用电器和高压大容量的工业用交、 直流变换装置， 特别是静止变流器的采用， 中试控股由于它是以开关方式工作的，会引起电网电流、电压波形发生畸变，从而引起电网的谐波“污染”。 产生电网谐波“污染”的另一个重要原因是电网接有冲击性、波动性负荷， 如电弧炉、大型轧钢机、电力机车等，它们在运行中不仅会产生大量的高次谐波，而且会使电压波动、闪变、三相不平衡日趋严重。这不仅会导致供用电设备本身的安全性降低，而且会严重削弱和干扰电网的经济运行，形成了对电网的“公害”。

电能质量的综合治理应遵循谁污染谁治理，多层治理、分级协调的原则。在地区的配电和变电系统中，选择主要电能质量污染源和对电能质量敏感的负荷中心设立电能质量控制枢纽点，在这些点进行在线电能质量监测、采取相应的电能质量改善措施显得格外重要。在并联电容器装置接入母线处的谐波“污染”暂未得到根本整治之前，如果不采取必要的措施，将会产生一定的谐波放大。在并联电容器的回路中串联电抗器是非常有效 [1] 和可行的方法。串联电抗器的主要作用是抑制高次谐波和限制合闸涌流，防止谐波对电容器造成危害，避免电容器装置的接入对电网谐波的过度放大和谐振发生。但是串联电抗器绝不能与电容器组任意组合，更不能不考虑电容器组接入母线处的谐波背景。 

文章着重就串联电抗器抑制谐波的作用展开分析，并提出电抗率的选择方法。

2 电抗器选择不当的后果

2.1 110kv电缆打耐压的设备基本情况介绍  

其中3次谐波的畸变率达到3.77%，超过公用电[2]网谐波电压（相电压）3.2%的限值。经过仔细了解和分析，发现该 110kV 变电所的 10kV 系统存在大量的非线性负载。 即使在电容器组不投入运行的情况下，10kV母线的电压总畸变率也高达4.01%，其中3次谐波的畸变率高达 3.48%。在如此谐波背景下，2400kvar 电容器组配置电抗率为 6% 的串联电抗器是否适合？现计算分析如下。 

 2.2 电抗率的选择分析  

（1）电容器装置侧有谐波源时的电路模型及参数  

串联谐振原理

在回路频率f=1/2π√LC时，回路产生谐振，此时试品上的电压是励磁变高压端输出电压的Q倍。Q为系统品质因素，即电压谐振倍数，一般为几十到一百以上。先通过调节变频电源的输出频率使回路发生串联谐振，再在回路谐振的条件下调节变频电源输出电压使试品电压达到试验值。由于回路的谐振，变频电源较小的输出电压就可在试品CX上产生较高的试验电压。

谐振电抗器是运用串联谐振的原理，通过调节变频控制器的输出频率，使得回路中的电抗器的电感L和试品电容C发生串联谐振，谐振电压即为试品上所加电压。

串联谐振电抗器特点

1、大屏幕显示试验数据、试验状态并有实时操作步骤指示作用。

2、能灵活整定试验电压、调频范围、加压时间。

3、中试控股试验结果能计算出被试品电容值并可打印。

4、110kv电缆打耐压的设备体积小、重量轻、操作方便。

5、分辨率高、频率分辨率为0.01Hz，电压分辨率为0.01V。

6、安全可靠性高，系统具有过电压、过电流及放电保护作用，确保人身及设备安全。

7、可升级操作软件。

串联谐振电抗器原理

电抗器L和被试品电容C组成的串联谐振都有一个固定的谐振频率F=1/（2π√L・C）当试验频率等于这个频率时，该电路发生谐振。

中试控股通过这个原理，由调频电源提供电源送给励磁变压器，经过励磁变压器变压成中压加上L和被试品电容C上。通过改变调频电源输出频率，使回路处于串联谐振状态，再调节调频电源输出电压，使试品上电压达到所需要的电压值。

串联谐振电抗器参数

1、环境温度：-10——45℃

2、工作湿度：≤90%

3、海拔：≤2000M

4、电源输入：220V±l0%单相 输出0——220V（≤10KW）

5、额定试验容量：0——8000KVA

6、谐振电压：0——1000KV

7、频率调节范围：0.1——300Hz

在同一条母线上有非线性负荷形成的谐波电流源时（略去电阻），并联电容器装置 [3] 的简化模型如图 1 所示 。谐波电流和并联谐波阻抗为 式中 n 为谐波次数；为谐波源的第 n 次谐波电流；XS 为系统等值基波短路电抗；XC 为电容器组基波容抗；XL 为串联电抗器基波电抗。由于谐波源为电流源，谐波电压放大率与谐波电流放大率相等，故由式⑴整理 推导可得谐波电压放大率 n当式(2)谐波阻抗的分子的数值等于零时，即从谐波源看入的阻抗为零，表示电容器装置与电网在第 n 次谐波发生串联谐振，可得电容支路的串联谐振点当式(2)谐波阻抗的分母的数值等于零时，即从谐波源看入的阻抗为∞，表示电容 [4] 器装置与电网在第 n 次谐波发生并联谐振，并可推导出电容器装置的谐振容量 QCX 为 系统及元件的参数如表 1 所示。

（2）避免谐振分析  

计算电抗率选择 6%时，发生 3 次、5 次谐波谐振的电容器容量，将有关参数代入式 (5)，得 3 次、5 次谐波谐振 电容器容量分别为 由此可见， 2400 kvar 的电容器组配置电抗率为 6%的串联电抗器不会发生 3 次、5次谐波并联谐振或接近于谐振。 

（3）110kv电缆打耐压的设备限制涌流分析 

在电阻、电感及电容所组成的串联电路内，当容抗XC与感抗XL相等时，即XC=XL，电路中的电压U与电流I的相位相同，电路呈现纯电阻性，这种现象叫串联谐振。当电路发生串联谐振时电路的阻抗Z=√R^2 +(XC-XL)^2=R，电路中总阻抗最小，电流将达到最大值。

中试控股串联谐振分为调频式和调感式。一般是由变频电源、励磁变压器、电抗器和电容分压器组成。被试品的电容与电抗器构成串联谐振连接方式；分压器并联在被试品上，用于测量被试品上的谐振电压，并作过压保护信号。

ZSBP-600KVA/400KV变频串联谐振技术标准配置

1.变频串联谐振试验装置以调整输出频率激发串联谐振.

2.变频串联谐振耐压成套装置包括以下基本部件：

变频电源、励磁变压器、高压电抗器、电容分压器及附件等。

3.600/400变频串联谐振耐压装置中试控股系统功能满足以下试验要求：

110KV电缆,S=300mm2 500m

220KV电缆,S=500mm2 300m

110KV.220KV开关，变压器.刀闸试验。

110KV.220KV开关、主变，GIS试验。

中试控股以下环境条件下能够不影响正常试验：

温度范围：—10～45℃

海拔高度：≤2000m 相对温度：≤90%

3.3系统技术参数如下：

a、输出电压波形：正弦波，波形畸变率≤0.5%

b、输出分辨率：0.1HZ

c、输出频率范围：30～300 HZ

d、额定负载下连续运行时间：30min,且各部件温升≤35K

e、品质因数：30～300

f、不稳定度：0.01%

g、系统测量精度：1.0级

h、输入工作电源：380V、50HZ

i、系统噪声：≤60分贝

3.4系数使用功能：

a、具备手动试验/自动调谐/自动试验三种模式，并可任意切换。

b、具备大屏幕显示，可指示：输出电压(有效值)及输出频率等。

c、具备试验电压、时间、试验频率范围等试验参数设置功能。

d、具备过压、过流保护功能，并可任意整定设置。

e、具备放电保护功能，在高压发生闪络时，可自动降电源，同时可以提示“电保护”及相关信息。

f、具备掉电保护功能。

g、具备过热保护功能。

h、具备零值保护功能，系统和变频电源只能零启动、零退出。

i、具备各种数据打印功能。

j、具备系统故障自诊断功能。

三、110kv电缆打耐压的设备本装置特点：

1、主机保护功能齐全，有过流、过压、闪络、过热、零值升压、掉电保护等功能，出厂前经满负载试验合格。

2、励磁变压器箱为双层铝塑结构，美观轻巧。高压侧圈为三组线圈，且线圈有原件过压保护。

3、电抗器可任意组合串联或并联。

  电力工业是关系国计民生的基础产业，近年来人民的生活水平不断提高，用电需求量的不断增大，导致电力设备要承受高工作电压、电流的频繁作用，致使电力设备运行发生的事故中有很大一部分为绝缘故障。任何电力故障或事故的发生都将影响到电力系统的正常运行和电力用户的正常生产和生活，将会给国民经济造成重大损失，带来不良社会影响。

电力系统中任一电压等级的电力变压器、气体绝缘开关、GIS、XLPE 交联电力电缆、互感器及套管等电力设备的安全运行，都是电力系统安全可靠运行的重要保障。因此任何高压电气设备在投入电力线路运行之前必须进行耐压试验，为了确保高电压电力设备安全、稳定的运行，对其进行绝缘耐压性能检测是必不可少的步骤。这样不仅可进一步提高我国电力电网供电的可靠性，避免或减少隐形绝缘故障停电事故的发生，而且将会提高我国电力设备的绝缘状况检测和故障诊断水平，具有重大的科学意义和现实意义。

  传统的交流耐压试验电源采用模拟器件产生幅值、频率可调的正弦信号，由大功率三极管组成的多级放大电路得到大功率交流信号，这种电路设计复杂，不易维护，不能适应大范围应用。由于电力电子技术的不断发展，数字控制芯片和大功率开关器件广泛应用逐渐取代了传统方法。本文研究的调频式串联谐振交流试验装置是电力设施进行耐压试验必不可少的检验设备。

中试控股通过对电力设备进行耐压试验，可以确定设备内部的绝缘耐压性能及清洁度是否达到规定要求，设备的制造及性能良好与否。该试验装置具有测试范围大、电源容量小、试验装置重量轻体积小、被测试品输出电压波形良好及试品击穿后能快速失谐保护等特点。因此调频式串联谐振交流试验装置能够广泛应用于电力设备耐压值检测，有效地检验电气设备绝缘耐压性能，保证了电力设备安全稳定可靠运行。

  交流耐压试验方法国内外发展现状

  根据电力设备的耐压等级检测方法，绝缘耐压试验分为直流耐压试验和交流耐压试验两种。直流耐压试验把高压直流电源作为试验电源，输出预定的高电压等级来对一定长度电力电缆进行试验，在以前的电力电缆的耐压值检测都是采用这种方法。

  随着近几年国内外反复试验发现存在这样一个现象：在直流耐压试验中检测出来的绝缘击穿点往往在交流运行条件下不易击穿，而在交流情况下容易发生绝缘击穿点在直流耐压试验中却常常检测不出来。这样在直流耐压试验中往往表现良好的电缆在正常运行过程中也可能发生绝缘击穿事故。除此之外经常对电缆做直流耐压试验对电缆本身也会产生影响，德国

Sechiswag 公司在 1978～1980 年 41 个回路的 10 k V 电压等级的 XLPE 电缆中，发生故障 87 次；瑞典对投运的超出 9000 km 的 3 k V～24.5 k V电压等级XLPE 电缆做过统计，发生故障 107 次，国内也曾多次发生电缆事故。而其中的很大一部分是由于对电缆进行直流耐压试验产生的负面效应引起。据此，国内外权威机构针对电力电缆的直流耐压方法提出质疑，推荐采用交流耐压试验方法取代直流耐压试验方法来对电力设备进行耐压试验。

  交流耐压试验方法

  国内外 XLPE 电力电缆进行耐压试验的研究和大量试验数据表明：在采用工频或者工频附近频率范围内的正弦交流信号对电缆进行试验得到的电压波形与实际运行电压波形等同。根据 1997 年的国际大电网会议 CIGRE  (International  Conference  on Large High-Voltage Electric Systems)工作组的报告，推荐交流试验电源输出频率范围取 30Hz ~ 300Hz 之间作为XLPE 电缆的现场交接预防性试验使用。

110kv电缆打耐压的设备中试控股然而对于可以等效为电容性的电力设备如高电压电容器、交联聚乙烯电力电缆 XLPE 及大容量发电机，往往需要很大的电源容量，这样就给试验带来困难。而利用串联谐振原理，在试验回路中串联电抗器，调节试验电源输出电压的频率，使之和试验回路的谐振频率相等时，被测试品的等效电容和电感上产生大小相等、极性相反的无功谐振电压，这样很大程度上减少了试验系统输入的电源容量和试验装置的体积。由谐振实现方法的不同，可以分为调感式和调频式两种方式使试验回路发生谐振以此对电力设备进行交流耐压试验。