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电力技术
架空线路串联谐振耐压测试仪
时间:2022-11-21

中试控股技术研究院鲁工为您讲解:架空线路串联谐振耐压测试仪

ZSBP-108KVA/108KV变频串联谐振耐压试验装置
ZSBP-135KVA/108KV变频串联谐振耐压试验装置
ZSBP-270KVA/270KV变频串联谐振耐压试验装置
ZSBP-500KVA/200KV变频串联谐振耐压试验装置
ZSBP-2600KVA/260KV变频串联谐振耐压试验装置

参考标准:DL/T 474.4-2018

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、隔离开关、接触器、配电箱、绝缘材质、变电站系统的交流耐压试验。

中试控股始于1986年 ▪ 30多年专业制造 ▪ 国家电网.南方电网.内蒙电网.入围合格供应商



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。适用电压等级:6kV10kV、35kV、66kV、110kV、220kV、330kV、500kV、750kV、1000kV,也可以定制不同的电压等级规格。

如何选择合适的变频串联谐振耐压试验装置?
为了选对规格,请提供以下技术参数
1、电力变压器:电压等级,大容量,试验性质(中性点耐压或全绝缘耐压)单相对地电容量;
2、电力电缆:电压等级,大长度,截面积;
3、发电机、电动机:电压等级(出口电压或称工作电压),试验电压(耐压值)单相对地电容量范围(如0.2-0.55uF等);
4、开关、绝缘子、PT、CT、绝缘工器具、母线:电压等级(或称工作电压);试验电压(耐压值);
5、CVT效验:电压等级或称工作电压,试验电压(耐压值)电容量范围(如0.005-0.02uF)。

概述

1、目前在国际和国内已有越来越多的XLPE交联聚乙烯绝缘的电力电缆替代原来的充油油纸绝缘的电力电缆。但在交联电缆投运前的试验手段上由于被试容量大和试验设备的原因,仍沿袭使用直流耐压的试验方法。近年来国际、国内的很多研究机构的研究成果表明直流试验对XLPE 交联聚乙烯电缆有不同程度的损害。有的研究机构观点认为XLPE 结构具有承储积累单极性残余电荷的能力,当在直流试验后,如不能有效的释放直流残余电荷,投运后在直流残余电荷加上交流电压峰值将可能致使电缆发生击穿。国内一些研究机构认为,交联聚乙烯电缆的直流耐压试验中,由于空间电荷效应,绝缘中的实际电场强度可比电缆绝缘的工作电场强度高达11倍。交联聚乙烯绝缘电缆即使通过了直流试验不发生击穿,也会引起绝缘的严重损伤。其次,由于施加的直流电压场强分布与运行的交流电压场强分布不同。直流试验也不能真实模拟运行状态下电缆承受的过电压,并有效的发现电缆及电缆接头本身和施工工艺的缺陷。因此,使用非直流的方法对交联电缆进行耐压试验就越来越受到人们的重视。同时,各种大型变压器的交流耐压试验,火力及水力发电机的交流耐压试验也定期进行。这些设备的试验要求的试验设备容量大,,通常情况下采用谐振的方法进行试验,但必须是在工频条件下或等效工频条件下进行。等效工频条件一般采用45—65HZ的频率范围,但是很多试验单位要求30-300HZ试验电源对这类设备进行交流耐压试验。另外还有一种低频设备,0.1HZ的超低频设备耐压仪,他有一个弊端就是电压很难做到很高,在行业里推广使用一直没有得到用户的大面积认可。串联谐振装置的应用很快就得到市场的认可,他是真实模拟运行状态施加电压,能够很快的发现被试设备本身状态情况。
我公司系列串联谐振装置主要用于10kV、35kV、66kV、110kV、220kV的交联橡塑电力电缆,66kV、110kV、220kV的组合电器(GIS)的变频交流耐压试验,水力和火力发电机或电力变压器等的工频交流耐压试验。其基本原理是采用可调节(30-300HZ)串联谐振试验设备与被试品电容谐振产生交流试验电压。由于电缆的电容量较大,采用传统的工频试验变压器很笨重、庞大、大电流的工作电源现场不易取得,因此一般都采用串联谐振交流耐压试验设备。其输入电源的容量显著降低,重量减轻,便于使用和运输。初期都采用调感式串联谐振设备(50HZ),但存在自动化程度差、噪音大等缺点。因此现在大多采用变频谐振,可以得到更高的品质因数(Q值),并具有自动调谐、多重保护、以及降低噪音、灵活的组合方式、单件重量轻等优点。
2、串联谐振在电力系统应用中的优点:
1.1、所需电源容量大大降低。串联谐振电源是利用谐振电抗器和被试品的电容谐振产生高电压和大电流的,在整个系统中,电源只需要提供系统中有功消耗的部分,因此,试验所需要的电源功率只有试验容量的1/Q。
1.2、设备的重量和体积大大的减少。串联谐振电源中,不但省去了笨重的大功率调压装置和大功率试验变压器,而且,谐振激磁电源只需要试验容量的1/Q,使得系统重量和体积大大减少,一般为普通试验装置的1/5-1/30.
1.3、改善输出电压的波形。谐振电源是谐振式滤波电容,能改善输出电压的波形畸变,有效的防止了谐波峰值对试品的误击穿。
1.4、防止大的短路电流烧伤故障点。在串联谐振状态,当试品的绝缘弱点被击穿时,电路立即脱谐,回路电流迅速下降为正常试验电流的1/Q。而并联谐振或者试验变压器方式做耐压试验时,击穿电流立即上升几十倍,两者相比,短路电流,击穿电流相差数百倍。所以串联谐振能有效的找到绝缘弱点,又不存在大的短路电流烧伤故障点的忧患。
1.5、不会出现任何恢复过电压。试品发生击穿时,因失去谐振条件,高电压也立即消失,电弧即刻熄灭,且恢复电压的再建立过程很长,很容易在再次达到闪络电压前断开电源,这种电压的恢复过程是一种能量积累的间歇振荡过程,其过程长,而且,不会出现任何恢复过电压。
3、该装置主要针110kV及以下电缆等所有电气主设备的交流耐压试验设计制造。电抗器采用多只分开设计,既可满足高电压、小电流的设备试验条件要求,又能满足象6kV电缆这样的低电压的交流耐压试验要求,具有较宽的适用范围,是地、市、县级高压试验部门及电力安装、修试工程单位理想的耐压设备。
该装置主要由变频电源、激励变压器、电抗器、电容分压器组成。
我公司调频谐振装置主要功能及其技术特点:
1.1、装置具有过压、过流、零位启动、系统失谐(闪络)等保护功能,过压过流保护值可以根据用户需要整定,试品闪络时闪络保护动作并能记下闪络电压值,以供试验分析。
1.2、整个装置单件重量很轻,最大不超过60kg,便于现场使用。
1.3、装置具有多种工作模式,方便用户根据现场情况灵活选择,提高试验速度。
工作模式为:全自动模式、半自动模式、手动模式、
1.4、能存储,存入的数据编号是数字,方便的帮助用户识别和查找。
1.5、装置自动扫频时频率起点可以在规定范围内任意设定,同时液晶大屏幕显示测频和试验频率一致,方便使用者直观了解是否找到谐振点。
1.6、采用了ARM平台技术,可以方便的根据用户需要增减功能和升级,也使得人机交换界面更为人性化。
1.7、技术特点归纳:先进的数字、功率技术;功率器件全部采用的德国英飞凌,日本富士的IGBT智能模块,芯片采用英特尔的原装器件等
4、全套系统的配置用法说明:
1.1、变频电源单独可靠接地。
1.2、激励变压器一般有好几个高压端输出:
用于10kV电缆的耐压装置,激励变高电压输出部分和电抗器之间连接,一般接电压低一些的电压端,比如2kV;
用于35kV电缆的耐压装置,35kV电缆的耐压,激励变高电压输出部分和电抗器之间连接,一般接电压较高一点的电压端,比如3-4kV;
用于110kV电缆的耐压装置,110kV电缆的耐压,激励变高电压输出部分和电抗器之间连接,一般接电压高端比如5-6kV;(110kV变压器)
用于110kV互感器,组合电器,开关等的耐压装置,激励变高电压输出部分和电抗器之间连接,一般接电压高端比如10--15kV;
1.3、电抗器和分压器:本装置含有自检功能即不带任何被试品情况下可以自谐升压;电抗器必须保证2节以上叠在一起串联起来和分压器组成谐振回路产生高压。被试品的连线一般接在比较重的电抗器顶端,这样不至于被张力拉倒。电抗器使用时,电抗器底部不要放在金属板上面,因为电抗器是个开口磁路,试验时和铁板会产生涡流长时间会烧坏电抗器。
技术参数
(一)  ZSBP指生产厂家代码
(二)ZSBP-2600kVA/260kV变频谐振试验装置技术指标
1.额定电压:270kV
被试品的:试验电压参考值
22kV---满足10kV电缆交流耐压试验;
35kV---满足10kV变压器交流耐压试验;
42kV---满足10kV开关等交流耐压试验;
52kV---满足35kV电缆交流耐压试验;
72kV---满足35kV变压器交流耐压试验;
95kV---满足35kV开关等交流耐压试验;
128kV---满足110kV电缆交流耐压试验;
160kV---满足110kV变压器交流耐压试验;
184kV---满足110kV开关等交流耐压试验;
256kV---满足220kV电缆交流耐压试验;
2.输出电压波形畸变率:<1.0%
3.允许连续工作时间:额定条件下一次性工作60分钟,
4.装置自身品质因数:Q>50
5.火力发电机试验时满负荷下品质因数:Q>10(与负载相关)
6.  水力发电机试验时满负荷下品质因数:Q>10(与负载相关)
7.电缆试验时满负荷下品质因数:Q>30(与负载相关)
8.主变压器试验满负荷时品质因数:Q>30(与负载相关)
9. GIS,开关等试验满负荷时品质因数:Q>50(与负载相关)
10.输入电源: 380/220V
11.频率调节范围:30Hz~300Hz
12.系统测量精度:1.0%
13.装置具有过压、过流、零位启动等保护功能
(三)设备遵循标准     
《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》       GB50150-2006
《水轮发电机组安装技术规范》                GB/T8564――2003
《高压谐振试验装置》                        DL/T 849.6—2004  
《电抗器》                                     GB10229.88
《电力设备预防性试验规程》                     DL/T596-1996
《耦合电容器和电容分压器》                     IEC358(1990)
(四)设备主要配置及技术参数说明:
1.变频电源一台:
额定功率:100kVA;
输入电压: 380/220V 45~65Hz
输出电压:0~500V可调
输出电压频率:30~300Hz  
0.01Hz步进可调 
频率不稳定度≤0.02%
输出电流:0~200A
重量:48kg
2. 高压谐振电抗器(共2台):1300kVA/130kV
额定工作电压:130kV    
额定工作电流:10A      
额定电感量:50H       
连续工作时间:60min    
温    升:小于60度    
工作频率:30-300Hz   
重量:900kg            
3. 激励变1台:                                     
额定容量:100kVA     
输入电压:500V
输出电压: 4kV,8kV,16kV,
4.电容分压器一台: 270kV纯电容式
   高压电容量:1000pF   
分压比:2000:1
   工作频率:30~300Hz
   误差精度:1.0%
   额定电压:270kV
   重量:40kg














ZSBP-2600KVA/260KV变频串联谐振耐压试验装置
一、介绍
1、执行标准:DL/T 849.6-2016,DL/T 474.4-2018《电力设备专用测试仪高压谐振试验装置》
2、作用:对被测试品做承受过电压预防交流试验和交接交流试验
3、可以完成交流被测试品:电力电缆、变压器、断路器/开关、开关柜、隔离开关、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、变电站系统等各种被试品的预防交流试验和交接交流耐压试验
4、电源:采用220V及380V两种
5、操作模式:全自动、半自动、手动
6、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
二、参数
变频串联谐振耐压试验装置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、输入:电压220V或者380V ±10%
2、频率:45/65Hz
3、输出电压:0-250V
4、输出波形:正弦波
5、频率调节范围:30-300Hz
6、频率分辨率:0.01Hz
7、频率稳定度:0.1%
8、频率步进值:5Hz,1Hz,0.1Hz,0.01Hz
9、电压分辨率:0.1kV
10、电压测量精度:1.5%
11、电压步进值: 1%,0.5%,0.1%,0.01%
12、运行连续工作时间:60分钟
三、功能
1、装置具有过压、过流、零位启动、系统失谐(闪络)等保护功能,过压过流保护值可以根据用户需要整定,试品闪络时闪络保护动作并能记下闪络电压值,以供试验分析。
2、装置具有多种工作模式,方便用户根据现场情况灵活选择,提高试验速度。
3、工作模式为:全自动模式、半自动模式、手动模式、
4、存储,存入的数据编号是数字,方便的帮助用户识别和查找。
5、装置自动扫频时频率起点可以在规定范围内任意设定,同时液晶大屏幕显示测频和试验频率一致,方便使用者直观了解是否找到谐振点。
6、采用了ARM平台技术,可以方便的根据用户需要增减功能和升级,也使得人机交换界面更为人性化。
7、技术特点归纳:先进的数字、功率技术;功率器件全部采用的德国英飞凌,日本富士的IGBT智能模块,芯片全部采用英特尔的原装器件等
8、波形为脉宽电压调节的方波。
9、内部由ARM控制,操作功能得到优化,操作简单。
10、自动扫频,寻找谐振点.频率范围30-300Hz,可设置扫频范围,扫频耗时40秒钟(全频扫), 频率分辨率0.01Hz。
11、自动试验,用户可设置试验程序,试验程序分为5段,系统自动按设置的程序完成试验过程。
12、耐压时自动跟踪电压,电压正常波动时自动调整电压到目标电压,异常波动时提示用户电压异常波动,由用户根据试验情况进行操作。
13、实时显示试验状态,用户可根据试验状态进行相应操作。
14、强大的保护功能:过流保护,过压保护和闪络保护,过热保护,高压异常保护,软/硬件同时保护,确保安全。
15、试验数据保存,可即时打印试验数据,也可将数据保存以备下次打印。
16、数据查询功能,根据试验日期查询以往的试验数据。






ZSBP-2600KVA/260KV变频串联谐振耐压试验装置:就是做耐压试验的设备,它是为了满足大容量的被试品要求而研发的设备。它是一套组合设备,为了耐压试验能顺利准确地进行,针对不同被试品,串联谐振装置的组件是不同的。所以请务必准确选型,技术部为您量身制定选型方案。







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确认输出开关变频串联谐振电抗仪器具有广泛的应用范围。市场上有许多类型的产品。许多客户不知道如何选择。事实上,电抗仪器的选择并不复杂。我们只需要掌握选择的关键点,中试控股我们就可以快速选择它们。去找我们所需要的的电抗仪器。



变频串联谐振电抗仪的选择需要从三个因素中选择,即电流值,电压降值和电感值。这三个值是我们选择产品的重要依据。我们可以应用固定电流电感。分析并设置该值。首先,选择固定的AC电流值。固定的交流电流值主要集中在发热上。电抗仪器的长期工作电流值主要是从这个方面设定的。同时,中试控股应考虑足够的高次谐波分量值,并应考虑输出电抗仪器。实际流动的电流是逆变器仪表的电动机输出电流值。


第二个因素是电压降值。电压降值主要是指电压达到50Hz时电抗仪器线圈两侧的实际电压降值。电压降值通常选自4伏至8伏之间。


第三个因素是相应的固定电流电感值。变频串联谐振电抗器的额定电感是一个非常重要的参数。中试控股如果电感值不合适,则会直接影响固定电流下的电压降值,从而产生严重的故障。电感的大小主要取决于电抗器芯的横截面积和线圈的匝数。可以通过简单的气孔间隙来调节电感值,以确定实际的电感值。“串联谐振“高压设备供应商而努力。 变频串联谐振试验设备,具有体积小、重量轻、安全可靠、等效性好、操作简便和适合于现场使用等优点。整套试验设备主要有:变频谐振电源、励磁变压器、试验电抗器和电容分压器等组成,具有如下技术特点:


◆ 轻巧灵活


 由于变频谐振电源集调压、调频、控制及保护功能为一体,中试控股电抗器的Q值较高并且可多级或叠级式、串并联使用,大大减轻系统容量,使得整个系统显得格外轻便灵活,特别适合于现场使用。


◆ 安全可靠


 过电压保护:保护值可设定;


 双重过电流和过热保护:大功率器件的自身保护和软件保护相结合;


 放电保护:当试品击穿、短路或试品放电时,放电保护动作,变频谐振电源自动切断输出,系统提示发生放电保护;


 零位保护:零电压启动、零电压退出;


 ◆ 操作简便


 具有手动试验、自动调谐、自动升压和自动试验等多种试验模式; 大屏幕LCD可方便观察实时数据; 打印机可方便打印试验结果;


工作原理


 变频串联谐振试验的工作原理如图1所示。


 变频电源输出30~300Hz频率可调的试验电压,由励磁变压器升压后,经谐振电抗器L和试品Cx形成高压谐振回路,在试品上得到正弦波。


 谐振电抗器可串、并联使用,以保证谐振回路在适当的频率下发生谐振。


 通过调节变频电源的输出频率,使回路处于串联谐振状态;调节变频电源的输出电压幅值,使试品上的高电压达到试验电压的要求。


 电容分压器是纯电容式的,用来测量试验电压。


中试控股编辑




 当变频电源通过频率和电压的调节,使试验回路达到谐振状态即f=1/(LC


2).此时试品Cx上的试验电压为电源电压的Q倍,中试控股品质因素Q一般大于30。 因此可以看出:


【1】 试验电源容量可降低到试品所需容量的1/Q倍,即品质因素Q越高,所需试验电源容量越小。


【2】 当试品击穿时,谐振回路失去谐振条件,高压电路和低压电路的电流会快速减小,对试品破坏小。


【3】 由于谐振电抗器L和试品Cx形成高压谐振回路是一个良好的滤波电路,故试品Cx上的电压波形为良好的正弦波。


目的及要求:


(1)设计电路(包括参数的选择)


(2)不断改变函数信号发生器的频率,测量三个元件两端的电压,以验证幅频特性


(3)不断改变函数信号发生器的频率,利用示波器观察端口电压与电流相位,以验证发生谐振时的频率与电路参数的关系


(4)用波特图示仪观察幅频特性


(5)得出结论进行分析并写出仿真体会。


二阶动态电路的响应(RLC串联)


可用二阶微分方程描述的电路成为二阶电路。此电路在输入为零值时的响应称为零输入相应,在零值初始条件下的响应称为零状态响应。


在电路参数不变的情况下,可调整信号源的频率使电路产生串联谐振;在信号源频率不变的情况下,改变L或C使电路产生串联谐振是。电路的频率特性,电路的电流与外加电压角频率的关系称为电流的幅频特性。


串联谐振电路总阻抗Z=R,其值最小,如电源电压不变,回路电流I=U/R,其值最大;改变信号源的频率时,可得出电流与频率的关系曲线;


三.设计原理:


 一个优质电容器可以认为是无损耗的(即不计其漏电阻),而一个实际线圈通常具有不可忽略的电阻。把频率可变的正弦交流电压加至电容器和线圈相串联的电路上。


 若R、L、C和U的大小不变,阻抗角和电流将随着信号电压频率的改变而改变,这种关系称之为频率特性。当信号频率为


f=f0


现象,且电路具有以下特性:


(1)电路呈纯电阻性,所以电路阻抗具有最小值。


(2)I=I。=U/R


 即电路中的电流最大,因而电路消耗的功率最大。同时线圈磁场和电容电时,即出现谐振厂之间具有最大的能量互换。工程上把谐振时线圈的感抗压降与电源电压之比称之为线圈的品质因数Q。


四.RLC串联谐振电路的设计电路图:


 自选元器件及设定参数,通过仿真软件观察并确定RLC串联谐振的频率,通过改变信号发生器的频率,当电阻上的电压达到最大值时的频率就是谐振频率。设计RLC串联电路图如下图:


RLC串联谐振电路


中试控股 编辑




 根据谐振条件公式。其中,可以得出,当该电路发生谐振时,频率f0|70KHz。RLC串联电路谐振时,电路的阻抗最小,电流最大;电源电压与电流同相;谐振时电感两端电压与电容两端电压大小相等,相位相反。


五.用调节频率法测量RLC串联谐振电路的谐振频率f0


 在用Multisim仿真软件连接的RLC串联谐振电路,电容选用C1=2.2nF,电感选用L1=1mH,电阻选用R1=510Ω。电源电压us处接低频正弦函数信号发生器,电阻电压uR处接交流毫伏表。


 保持低频正弦函数信号发生器输出电压us不变,改变信号发生器的频率(由小逐渐变大),观察交流毫伏表的电压值。当电阻电压uR的读数达到最大值(即电流达到最大值)时所对应的频率值即为谐振频率。将此时的谐振频率记录下来。


  国内外有关部门为什么广泛推荐采用交流耐压取代直流耐压?


  随着国民经济的发展以及城网供电电压等级的提高,交联聚乙烯绝缘电力电缆(XLPE)以其合理的工艺和结构,优良的电气性能和安全可靠的运行特点,在国内外获得越来越广泛的使用。尤其在高压输电领域更取得了巨大的进展。与充油电缆相比,交联电缆敷设安装方便,运行维护简单,不存在油的淌流问题。但是,交联聚乙烯电缆的绝缘在运行中易产生树枝化放电,造成绝缘老化破坏,严重地影响了交联聚乙烯绝缘电力电缆的使用寿命。因此,充分认识交联电缆的绝缘特性,及时有效地发现和预防绝缘中存在的某些缺陷,对保障设备乃至系统的安全运行具有十分重要的意义。阐述了影响交联电缆绝缘的主要因素以及电缆的交接试验原理,认为在现场对交联电缆实施交流耐压试验是必要和可行的。

 

 

 

 

 

 

 

 

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