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变频谐振实验装置（电科院）

时间：2022-11-24

中试控股技术研究院鲁工为您讲解：变频谐振实验装置（电科院）

ZSBP-405KVA/54KV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-405KVA/54KV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：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）。

ZSBP-405KVA/54KV变频串联谐振耐压试验装置
一、适用范围
1．35kV，300平方毫米交联电缆3000m，电容量≤0.59μF，试验频率30-300Hz，试验电压52kV。
2、10kV，300平方毫米交联电缆6000m，电容量≤2.3μF，试验频率30-300Hz，试验电压22kV。
3.10kV/1000kVA变压器的交流耐压试验，电容量≤0.01μF，试验频率45-65Hz，试验电压不超过35kV。
5.10kv,35kv所有被试品
6. 环境温度：－150C –45 0C;
7. 相对湿度：≤90%RH;
8. 海拔高度: ≤2500米；
二、系统主要性能及参数
1、电源电压： 380V±10%、50Hz；
2、额定容量： 405KVA；
3、输出电压： 54KV，
4、输出电流： 2.5A. 5A 7.5A
5、输出电压波形: 正弦波；
6、输出电压波形畸变率: ≤0.5% ；
7、允许连续工作时间：额定输出电流下持续运行时间为60分钟；
8、输出频率范围: 30～300Hz ；
9、品质因数: ≥30
10、系统噪声: ≤60db
11、系统测量精度: 1.0级
12、频率分辨率: 0.01Hz
13、频率不稳定度: ≤0.05%
14、环境温度： -25℃～ +55℃
相对湿度: ≤90%
海拔高度: ≤2000m
15、具备手动试验/自动调谐/自动试验模式。
16、具备大屏幕显示,可指示:输出电压(有效值)及输出频率等。
17、具备试验电压、时间、试验频率范围等试验参数设置功能。
18 具备过电压、过电流、过热保护功能。
19、具备闪络保护功能,在试品发生闪络时谐振回路失谐,电源立即停止输出,屏幕提示“试验失败”及相关信息。
20、具备各种数据打印功能。
三、设备制造遵循的国家标准和行业标准
GB7328-87 << 变压器和电抗器的声级测量>>
GB1094 <<电力变压器>>
GB/T16927.1-2-1997 <<高电压试验技术>>
ZBK41006-89 <<试验变压器>>
GB4208 <<外壳防护等级>>
GB2900 <<电工名词术语>>
GB5273 <<变压器、高压电器和套管的端子>>
GB191 <<包装储运标志>>
GB10327 <<电力变压器绝缘水平和绝缘试验外绝缘自空气间隙》
GB10229-88 <<电抗器>>
IEC358(1990) <<耦合电容器和电容分压器>>
IEC1000 <<电磁兼容性>>
GB4793-1984 电子测量仪器安全要求
四、系统配置及具体参数
1、变频控制电源20KW 1台
a) 变频控制电源采用高压耐压试验专用变频电源,采用一体化设计,控制电源本体具备调频、调压、控制、保护等功能。
b) 额定输出容量: 20KW
c) 工作电源: 交流220V、50Hz 。
d) 输出电压: 0～500V可调。
e) 输出电压不稳定度≤0.05%
f) 最大输出电流: 40A
g) 输出波形:正弦波, 波形畸变率:≤0.5%
h) 频率调节范围: 30～300Hz
频率调节分辨率: 0.001 Hz
i) 连续运行时间: 大于1小时
j) 噪声水平:≤ 60dB
k) 变频电源采用高性能专用微机控制电压、频率调节
l) 变频电源配备专用引线和插头与其他设备进行连接。
m) 保护：具有过压、过流、过热、放电保护功能。
n) 具备手动试验/自动调谐/自动试验三种模式,并可任意切换。
具备大屏幕显示,可指示:输出电压(有效值)及输出频率、励磁电流、励磁电压、试验时间等。
具备试验电压、时间、试验频率范围等试验参数设置功能及各种数据打印功能。
O) 重量： 26Kg
2、励磁变压器20KVA 1台
a) 额定容量: 20KVA
b) 输入电压: 500V
c) 输出电压： 1.5KV; 3KV；5KV
d) 工作频率范围： 30～300Hz
e) 连续运行时间: 大于1小时
f) 电压比测量误差: 小于1%
g) 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。
h) 重量： 50Kg ;
3、高压电抗器67.5/27 6台
a) 额定容量： 67.5KVA
b) 额定电压： 27KV
c) 额定电流： 2.5A
e) 品质因素： Q≥30
f) 结构：干式；
g) 重量： 60Kg/台
h) 连续运行时间：≥ 1小时
4、电容分压器 60/0.001 1台
a) 额定电压： 60KV
b) 工作频率： 30～300Hz
c) 分压比： 1000：1
d) 分压比误差： ≤1%,
e) 测量精度：交流有效值1.0级
f) 介质损耗： tgδ≤0.5% ;
g) 重量： 10Kg
h)高﹑低压臂的电容采用一致的介质结构,温度系数小,角位移小,在30-300HZ内分压比不变。
五、供货清单一览表
1、变频电源 20KW 台 1
2、励磁变压器 20KVA 台 1
3、高压电抗器 67.5/27(27KV/2.5A) 台 6
4、电容分压器 60/0.00（60KV）台 1
5、附件测试线一套套 1
六、出厂检验
本装置出厂前，对各组成单元设备及成套装置分别按下列试验项目进行出厂前试验，试验结果完全符合协议及以下标准要求后方可出厂。
1、变频电源
1）绝缘电阻测试
2）耐压试验：2000V，1分钟
3）负载试验：在满负荷下，各器件的温升不大于45K 。
2、励磁变压器
1）直流电阻测量
2）变比测量
3）空载电流及空载损耗
4）短路阻抗和负载损耗
5）绝缘电阻测试
6）温升试验：额定容量下运行60min,温升不大于65K
3、电抗器试验
1）直流电阻测量
2）电感量测量
3）交流耐压试验
温升试验：额定容量下运行60min,温升不大于65K
4、成套装置试验
（1）耐压试验：1.1额定电压下，耐压1min；
（2）短路试验：电压为0.5U，0.8U，1.0U的条件下，将高压输出突发短路3次，保护装置可靠动作，各单元完好。
（3）噪音小于60dB；

ZSBP-405KVA/54KV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。

中试控股ZSBP-405KVA/54KV变频串联谐振耐压试验装置产品适用性好，实用可靠，效率高，事半功倍 | 是很多企业以及电力工作者信赖的好伙伴。

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ZSBP-405KVA/54KV变频串联谐振耐压试验装置

串联谐振式限流器

1.工作原理

已有不少文献研究讨论串谐式限流器方案，图1给出了几种典型拓扑。

尽管串谐式限流器的拓扑结构不尽相同，但其工作原理相似。以图l(a)为例，工作原理简介如下：正常运行时，开关K断开，选择合适的L与C，使其发生串联谐振，限流器的等效阻抗接近于零；线路发生短路故障时，开关K导通使c短接，L串入线路限流故障电流(三值决定故障限流水平)。

串谐式限流器适用范围串谐式限流器在不同电压等级系统中应用时，其所需的电容量从而占用空间体积差别很大。表l给出了串谐式限流器应用在35、110、220、500kV系统中，且要求稳态短路限流值分别为10、20、30kA时，其所需的电容、电感值(忽略系统内感)。

串谐式限流器具有原理、拓扑结构简单，正常运行模式下功耗接近于零、不影响系统运行、能实现串补功能，故障限流模式下能够实现有效限流、便于与继电保护配合等优点。

本文对串谐式限流器从正常运行模式向故障限流模式过渡过程中的转移电流等进行了仿真研究，得出以下几点结论，这些结论在实际应用中应引起注意。

1)串谐式限流器从正常运行模式切换到故障限流模式过程中，其谐振电容C与转换开关K之间会产生高频振荡转移电流，并在C两端引起振荡过电压，且振荡电流幅值与转换开关的闭合时间成振荡增幅关系、振荡电压幅值随着转换开关闭合时间的延迟成阶梯上升关系。

2)在谐振电容C支路中串入适当的电感厶c可有效降低上述高频振荡的频率和幅值，但会抬高振荡回路中的临界阻尼电阻值，从而延长振荡衰减时间。

3)可在转换开关K支路中串入适当阻尼电阻(如临界阻尼电阻的1／10)加速振荡衰减过程，但在短路限流期间阻尼电阻将要流过全部短路电流，因此其功耗极大，选择时应充分考虑承载容量。

4)串谐式限流器应采用高速转换开关，确保线路发生短路时能够以最快的速度短接电容器、进入故障限流模式，否则其电容器及转换开关将工作在极其恶劣的条件下。

5)在短路限流期间(断路器未跳闸切断故障回路之前)串谐式限流器的转换开关将承受全部系统短路电流与电容高频振荡电流，当其采用功率半导体器件构成时，应充分考虑能够承受这种运行工况。

通常逆变器要求功率可调,以满足不同负载的需求,而串联谐振逆变器的调功方式大体可分为两大类直流侧调功和逆变侧调功。

直流侧调功

直流侧调功方式是在逆变器的直流侧进行输出功率调节的方式,即通过对逆变环节输入电压值的调节实现对逆变器输出功率的调节。通常有两类直流侧调功方式相控整流调功和直流斩波调功。

1.相控整流调功

整流电路采用全控或半控器件进行可控整流,通过调节触发角得到不同的整流输出直流电压供给逆变环节,从而改变逆变器输出功率。相控整流方式很大的不足是由于触发角直接影响到网侧功率因数,因此采用相控整流调功时会使系统网侧功率因数变低,同时也会给电网带来不同程度的谐波危害。另外,还有采用半控器件时系统调节响应快速性差等缺点。

2.直流斩波调功

直流斩波调功电路拓扑,即在整流与逆变环节之间加入DC/DC变换器,通过调节DC/D变换器的功率器件导通占空比来改变输出电压,从而调节感应加热电源的输出功率,该模式采用不控整流方式,大大降低了系统对电网的干扰,且提高了网侧功率因素但需在主电路增加一级直流调压和滤波电路,大大增加了电源的体积和成本,且斩波主开关器件工作在硬开关状态,开关损耗大,不易在高频及大容量系统中应用。

逆变侧调功

逆变侧调功即在逆变器侧通过对逆变桥功率器件开通关断的控制改变逆变器输出电压的有效值从而实现对逆变器输出功率的调节。常见的逆变调功方法主要有脉冲频率调制法、脉冲密度调制法、PWM调制法,下面分别进行介绍。采用逆变侧调功方案,就可以在直流侧采用不控整流,从而大大提高系统整体网侧功率因数,同时逆变侧功率调节的响应速度比采用直流侧调节要快。

1.频率调制

串联谐振电路的阻抗频率特性。如果让负载工作在感性状态下,那么负载阻抗将随频率的提高而提高,从而减小输出功率。频率调制的方式简单易行,而且容易实现软开关。但是调节范围有限,如果要求输出功率接近零,就要求开关频率达到无穷大,这显然是不可能的,所以只有在值较高的时候才比较有优势。

2.脉冲密度调制

就是通过控制脉冲密度,从而控制输出平均功率,来达到控制功率的目的。也就是通过控制加热时间来控制功率。这种控制方法较容易实现,在传统的电阻加热的设备中比较常用。但是由于是间断加热,所以加热效果不好,使加热对象加热不均匀,这种方法较少用。

3.脉冲宽度调制

该方法通常采用不控整流桥和滤波电路为逆变桥提供稳定的直流输入电压,应用负载频率跟踪技术,使电流过零信号与基准桥臂驱动信号同步,通过调节逆变桥基准桥臂与移相桥臂的驱动信号之间的移相角,尽而改变输出电压脉宽,使得负载输出的正负交替电压之间插入一个零电压区,从而调节输出电压的有效值,实现功率调节。在这种控制方案下电路中的功率开关器件易实现ZVS或ZCS软开关,减少了开关损耗和电磁干扰,同时调功范围宽、速度快、功率因数高、负载适应性好,克服了整流调功和PFM调功的缺点,是目前一种较好的控制方案。而根据输出电压基波和输出电流的相位关系有三种移相调功方式：

（1）容性移相PWM调功方式输出电压基波相位滞后输出电流

（2）谐振移相PWM调功方式输出电压基波与输出电流同相位

（3）感性移相PWM调功方式输出电压基波相位超前输出电流。

变频串联谐振装置常见故障及解决方法

1．主机找不到谐振点。

原因：系统谐振点在主机的输出频率范围之外；系统接线错误；

系统未可靠接地；高压采样反馈信号开路或连接不可靠；试品有故障。