中试控股技术研究院鲁工为您讲解：电缆变频串联谐振交流耐压试验装置（电力院）

ZSBP-540kVA/270kV变频谐振试验装置

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参考标准：DL/T 849.6-2016，DL/T 474.4-2018

变频谐振试验装置：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。

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

技术参数及功能描述
1、技术参数
? 输入电源:
电压： 380/220V±10%
频率： 45/65Hz
? 输出电压：0-500V；
? 输出波形：正弦波
? 频率调节范围：30-300Hz
? 频率分辨率：0.01Hz
? 频率稳定度：0.1%
? 频率步进值：5Hz,1Hz，0.1Hz，0.01Hz
? 电压分辨率：0.1kV
? 电压测量精度：1.5%
? 电压步进值： 1%，0.5%，0.1%，0.01%
? 运行连续工作时间：60分钟
串谐计算
为了用户更好更快的完成试验，多用计算公式可以节约时间和少带设备
注意事项及常见问题
1、高压试验请注意安全，严格按照高压试验的规范来操作。检查/修改试验接线时，请先关闭本系统，并切断电源。
2、串联谐振系统支持的最高电压为800Kv，实际能够升到的高压由激励变压器决定，请根据试验电压调换合适的激励变压器。
3、如果开机后发现变压器发出非正常声音，请立即关闭本系统并切断电源，检查变压器接线是否正确。
4、正常“停机”采用逐步降压停机的方式，保护停机直接快速停机，遇到紧急情况可以直接断开空开直接关机。
5、如果自动扫频失败，请检查接线或重设扫频范围。
6、本系统试验电压为峰值采样（国标要求），如果系统显示的高压跟万用表显示的高压差别大，请检查“试验参数”中的“分压变比”是否正确填写。
常见故障排除
通用注意事项
1.本试验设备应由高压试验专业人员使用，使用前应仔细阅读使用说明书，并经反复操作训练。
2.操作人员应不少于2人。使用时应严格遵守本单位有关高压试验的安全作业规程。
3.为了保证试验的安全正确，除必须熟悉本产品说明书外，还必须严格按国家有关标准和规程进行试验操作。
4.各联接线不能接错，否则可导致试验装置损坏
5.本装置使用时，输出的是高电压或超高电压，必须可靠接地，注意操作安全。
常见故障原因及排除
1.自动调谐不能完成，找不到谐振点：
现象：
调谐完成后仪器提示高压异常
原因：
回路接地不好，试验回路接线错误，装置某一仪器开路，高压测量线短路或者开路，高压测量红黑线头插反
排除方法：
1）检查接地装置可靠，接地连接线是否有断开点；
2）检查励磁变压器的高低压线圈的通断；
3）检查每一只电抗器的通断；
4）检查分压器的信号线的通断；
5）检查分压器的高低压电容臂的通断；
6）装置自身升压时没有谐振点，还需要检查补偿电容器的通断；
如果所有部件正常，依然没有谐振点，请和厂家联系，不可拆卸仪器！
3 不能升压到试验电压
现象：
1）；改换激励电压到较高的电压接头
2）被试品部分有避雷器没有打开连线
3）谐振点没有找准，偏谐；
原因：
1）电抗器与试品电容量不匹配，没有准确找到谐振点；
2）试品损耗较高，系统Q值太低；
3）励磁变压器高压输出电压较低；
4）高压连接线过长或没有采用高压防晕线
排除方法：
1）将补偿电容器并接入试验回路，加大回路电容量；
2）尽可能将多只电抗器串联，提高回路电感量；
3）提高励磁变压器的输出电压；
4）干燥处理被试品，提高被试品的绝缘强度，减少回路的有功损耗；
5） 一般在设备较高电压输出时，采用高压防晕线，或将普通高压输出线改为较短的连线，一般不超过5米。

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)

为了防止电击，接地导体必须与地面相连。在与本产品输入或输出终端连接前，应确保本产品已正确接地。
注意所有终端的额定值：为了防止火灾或电击危险，请注意本产品的所有额定值和标记。在对本产品进行连接之前，请阅读本产品使用说明书，以便进一步了解有关额定值的信息。
在有可疑的故障时，请勿操作：如怀疑本产品有损坏，请本公司维修人员进行检查，切勿继续操作。
请勿在潮湿环境下操作
请勿在易爆环境中操作
保持产品表面清洁和干燥

中试控股详细讲解综述串联谐振耐压电路的主要特点是：

由于谐振无功全补偿，电源和设备的功率仅为被试品所需容量的1/10以下（1/   Q>10）；同容量的体积小，重量轻，装置输出容量大而所需配置的电源容量小，价廉，使用操作便捷而安全； 串联谐振实际是个电流滤波回路，使通过被试品的电流基本是基波电流，输出电压的波形畸变率（THD）极小，优于现有所有类型的交流耐压设备； 试品闪络或击穿后的短路电流仅为短路前试验电流的1/10以下的（1/Q）能有效防止击穿后扩大对故障点的损伤； 闪络后立即自动熄弧，熄弧后恢复谐振状态电压建立的过程较长（秒数）是一个稳态的建立过程，既无电压过冲之虑更无微秒级毫秒级瞬态过程的恢复过电压的危险。

4.2并联谐振

并联谐振电路原理见图4，向量图见图5。

图4  并联谐振回路原理图

     L——可调电抗器的电感量        CX——被试品电容量

     r——可调电抗器的有功损耗及被试品介损等全回路综合损耗的等效并联电阻

图5  r、L、C并联电路向量图

并联谐振是电流补偿方式，谐振特性曲线见图6，图4中的电流：

当图4中的L调节至谐振点电感量L0时，XL=XC，IL=IC此时即实现了完全并联谐振，见图6，L0与（2）式相同。

并联谐振时，电源供给的电压UX-与试验电压相同，由于无功电流完全补偿抵消，电源仅需提供COSΦ=1的IX=Ir补偿谐振回路的综合有功损耗，便可激发并维持稳定的谐振。                

 图6  并联谐振特性曲线

并联谐振具有串联谐振同等的无功补偿及其相应的优点，但不能充分具有串联谐振所具的其他三项特点。一般大多采用串联谐振交流耐压的方式。

4.3调谐操作优先

为了试验的安全和顺利进行，在进行串联谐振耐压试验时，***是先在给定的很低的起始激励电压UJ0下（一般为几百伏），调节L使其达到全谐振L0，在较小的脱谐度ST范围内缓缓升压，至UC达到预定的耐压值。中试控股详细讲解串联谐振逆变电源凭借起动容易、易高频化的优点在高频逆变领域得到广泛应用。全桥串联逆变电路工作工程中如果上下桥臂同时导通，则器件瞬间损坏，为了防止这一事件的发生，而加入一定的死区时间。死区时间如果很大，则占空比就会降低，影响电源的效率，若死区时间设置过小，那么开关器件的损耗增大，所以死区时间的设置在电源设计中至关重要。本文提出死区时间的确切算法，使得电路设置精确，最大限度地提高电源整机的工作效率。

中试控股详细讲解研究表明问串联谐振逆变器保持零电压开关是减小器件损耗和保护器件的***选择而在串联谐振电路中维持ZVS的条件是谐振网络工作在感性准谐振状态，所以电路中要实现定角控制，使得串联谐振逆变器的电流沸后电压一定位角，而使逆变器一直保持ZVS模式，***限度地提高其工作频率和减小器件的降额。

1、主电路框图

典型的串联谐振逆变电路如图1所示。图中D1、D2、D3、D4功率开关器件Ugl、Ug2、Ug3、Ug4的反并联快恢复二极管，C1、C2、C3、C4为开关器件的吸收电容(包括开关器件的结电容)，Cd为直流滤波电容，L，C，R为等效串联谐振负载。

串联谐振逆变电路.jpg

图1  串联谐振逆变电路

2、死区时间设计

在零电压换流模式下，逆变器的工作频率略高于谐振负载的固有谐振频率，即负载电流iH滞后于负载电压UH，负载电压UH和负载电流iH简图如图2所示。

开关管换流过程.jpg

图2  开关管换流过程

中试控股详细讲解在ZVS时串联谐振逆变器的开关器件的关断和开通电流值很小，关断时间比较短，所以为了突出主要问题并简化分析，先忽略开关器件的开通和关断时间。如图2所示，C1、C4在Tdead内充电和放电电荷总量为Qc=2CUd，而iH在Tdead内的抽取电荷为

ZVS换流时有Qh≥Qc，即

公式1.jpg

式中Im——负载电流的幅值， ω—— 负载的谐振角频率，△t——电流滞后电压时间差， C——吸收电容电容值， Ud——直流桥电压。

当Qh=Qc时，说明吸收电容两端电压在充放电完毕那一时刻，后一对管子导通，此时既可以***上下管不同时导通，又可以***开关管零电压开通和关断，而且此时占空比丢失最小。由以上分析可知，***死区设置应该为Qh=Qc时死区值加上开关管开通和关断延时时间。

3、控制电路

高频逆变电源、在工作过程中，随着负载温度升高，负载的物理特性会发生一些变化，固有谐振频率也会相应改变，为了使逆变电源始终工作在功率因数接近或等于1的准谐振或谐振状态，控制电路***实现频率的自动跟踪。

一种通用的CMOS锁相环集成电路，具有电源电压范围宽、输入阻抗高、动态功耗小等优点。利用这种锁相环可以简单有效地实现频率的自动跟踪，从而实现逆变电路的零电压开关。