中试控股技术研究院鲁工为您讲解：变频串联谐振实验装置（电科院）

ZSBP-1000KVA/500KV变频串联谐振耐压试验装置
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-675KVA/270KV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。

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ZSBP-1000KVA/500KV变频串联谐振耐压试验成套装置组成部分：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：6kV、10kV、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。另外还有一种设备介于交流和直流之间的，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220kV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。

ZSBP-1000KVA/500KV变频串联谐振耐压试验成套装置特点
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，芯片全部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3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铁板上或者带铁的地方，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。

ZSBP-1000KVA/500KV变频串联谐振耐压试验成套装置参数
（一）ZSBP指生产厂家代码
1000指设备能输出的最大额定容量，单位为kVA
500指设备能输出的电压等级，单位为kV；
（二）1000kVA/500kV变频谐振试验装置技术指标
1．额定电压：500KV
被试品的：
22kV---满足10kV电缆交流耐压试验；
52kV---满足35kV电缆交流耐压试验；
128kV---满足110kV电缆交流耐压试验；
72kV---满足35kV变压器交流耐压试验；
95kV---满足110kV变压器中性点交流耐压试验
184kV---满足110kV开关等交流耐压试验
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：1.5％±200V
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：40kVA；
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：0～80A
重量：28kg
2.高压谐振电抗器（共10台）：100KVA/50KV
额定工作电压：50kV    
额定工作电流：2A      
额定电感量：95H       
连续工作时间：60min    
温升：小于60度    
工作频率：30-300Hz  
重量：65kg          
3.激励变2台：                                     
额定容量：20kVA     
输入电压：500V
输出电压：2/4/8/20Kv
重量：90kg
4.电容分压器一台： 500kV纯电容式
自身电容量：1000pF
工作频率：30～300Hz
分压比：3000:1  
不确定度：1.5%±200V
额定电压:500kV
重量：30kg

ZSBP-1000KVA/500KV变频串联谐振耐压试验成套装置激励变压器接线用法：
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；
1、满足220KV/300000KVA及以下变压器（容量不限）的交流耐压试验，电容≤0.025uF,试验频率45~65Hz,试验电压U≤384kV。试验时间：1分钟
2、满足220KV及以下开关，互感器，母线等交流耐压试验，电容≤0.008uF,试验频率30~300Hz,试验电压U≤384kV。试验时间：1分钟
3、满足630mm2,220kV 电缆交流耐压试验，长度400m，电容≤0.056uF,试验频率30~300Hz,试验电压U≤216kV。试验时间：60分钟

ZSBP-1000KVA/500KV变频串联谐振耐压试验成套装置：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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ZSBP-1000KVA/500KV变频串联谐振耐压试验成套装置

谐波谐振的预防和应对措施
 
    ① 少谐波源的产生
    在选用铁芯设备时尽量选用励磁特性好、伏安特性高、铁芯不易饱和的电磁式电压互感器、变压器、电抗器。在选用电磁电压互感器时应注意同时提高三相电压互感器的励磁特性和伏安特性曲线的线性度,尽量选用同型号、同批次生产的单相电压互感器,也可以采用电容式电压互感器代替电磁式电压互感器。
    断路器三相不同时合闸,由于合闸瞬间三相电压的不同,会引起的三相负载的不对称,使电源的中性点产生位移,中性点对地电压与电源电压叠加会使三相对地电压同时升高或两相、单相对地电压升高,使回路中的电磁式电压互感器或电抗器线圈很快饱和,激磁电流的波形发生畸变,产生高次谐波。
    ②限制谐波源注入电网的谐波电流在谐波源处装设交流滤波器是防止谐波源向系统注入谐波电流的有效而通用的措施。
    交流滤波器分为调谐滤波器分为单调滤波器和双调滤波器和高通滤波器,对产生较低次数如、、次谐波含量较大的大容量的谐波源,可对每次谐波各装一个单调滤波器,将谐波分别滤除对次数较高的各次谐波如次及以上各次,可通过安装一个高通滤波器将其谐波部滤除。将有源电力滤波器装设在谐波源处,用于抑制谐波源产生的绝大部分的谐波电流注入系统。
    ③采取有效措施使系统的参数处于谐振范围之外改变参数,避开谐振区域控制投入电压互感器的台数。改变投入补偿电容器的组数,在保证系统功率因数要求的前提下,通过改变系统的容性参数,以避开谐振区域。中性点不接地系统经消弧线圈接地。少油断路器断口均压电容与母线电压互感器发生串联谐振时,在断路器遮断容量允许的条件下,取消断路器断口均压电容器。投入空载线路,改变系统的感性或容性参数。
    ④从倒闸操作程序上防止谐振的发生在母线充电倒闸操作过程中,若电源断路器由冷备用转为热备用时,发生电压互感器铁磁饱和引起的母线谐波谐振,则应立即将断路器转入运行,通过接入空载变压器或空载线路改变电感、电容参数,来避开谐振区域以消除谐振,或先断开母
    电压互感器刀闸,再将电源断路器由冷备用转为热备用,等母线充电后再将电压互感器投入在母线停电倒闸操作过程中,若电源断路器由运行转为热备用时母线产生谐振,则应立即将其返回运行状态,将母线电压互感器刀闸断开后,再操作电源断路器使母线停电。
    ⑤增加回路损耗
    在电压互感器的高压绕组中性点串接阻尼电阻。或非线性电阻消谐器如型消谐器后接地,通过电阻的阻尼作用抑制流过绕组的谐波电流,避免铁芯饱和产生的谐波引起谐振。在电压互感器的二次侧零序电压线圈开口三角形绕组中接入低值消谐电阻一。,或采用分频继电器,当发生谐振时自动将非线性电阻接入电压互感器开口三角形回路中。
 
    采用零序电压互感器。将三台电压互感器一次侧接成星形,中性点通过一台零序电压互感器接地,主电压互感器二次辅助线圈接成闭口三角形以防止谐振。
    国内外研究现状
    数十年来,国内外的专家学者对铁磁谐振进行了大量的研究,包括理论分析、各种试验以及利用计算机进行数值仿真计算等,从各个小同角度解释了铁磁谐振的现象及其变化规律,并提出了一系列抑制铁磁谐振的措施,研制了相应的装置,在系统运行中取得了一定的效果。关于铁磁谐振的理论分析和计算主要表现在以下几个方面:
    ①在早期的理论分析中,分析铁磁谐振常用的方法有图解法、相平而法、多在对铁磁谐振发生机理进行定性的分析,这些方法简捷、直观,是对模拟实验方法的一个很好的补充。但是,它们的研究对象仅限于单相串联的非线性谐振电路。
    ②年代后,开始使用各种非线性系统的分析法对谐振电路一一非线性二阶电路进行分析。例如,幅频法、描述函数法、平均法、谐波平衡法等。这些方法都属于一种近似的解析法,只能对稳态情况进行分析。随着计算方法和计算技术的发展,人们将数字仿真引入到铁磁谐振的研究中来。对其暂态特性进行了研究。
    ③年代后期以来,国外学者又把铁磁谐振与非线性动态系统和混沌分析结合起来,将分叉理论、奇异和非奇异吸引子的概念引入铁磁谐振的研究领域,利用功率谱密度和庞加莱映射的方法和数字仿真技术对其进行动态分析。将铁磁谐振电路的响应分为三类周期响应、拟周期响应和混沌响应。并证实在一定的初始条件下,电力系统也会出现混沌现象。
    ④用数字仿真方法对铁磁谐振进行稳态和暂态计算。随着计算机和计算技术的发展,近年来出现了用数字仿真分析铁磁谐振的方法,利用计算机进行数字仿真,我们可以方便的改变系统中的各种参数,使得分析更加全面。