中试控股技术研究院鲁工为您讲解：电缆耐压检测装置（电科院）

ZSBP-108KVA/108KV变频串联谐振耐压试验装置

全自动模式、半自动模式、手动模式

实时显示试验状态，用户可根据试验状态进行相应操作。

参考标准：DL/T 849.6-2016，DL/T 474.4-2018

变频串联谐振耐压试验装置：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

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
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。

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。

串联谐振在电力系统应用中的优点：
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。
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.
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。
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。

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。

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

以某变电站220kV GIS导体对外壳耐压试验为例，产品出厂试验电压导体对地为460kV，现场交接试验电压值为出厂试验的80%，即368kV。试验设备采用变频式串联谐振耐压试验装置，试验按电气设备交接试验标准和规程进行[1，5]。试验时GIS设备所有气室均充额定压力SF6气体且微水测量合格，架空线、电力变压器、避雷器和保护间隙与GIS隔离开。导体对外壳耐压加压试验时，220kV GIS试验电压由#1主变220kV侧套管处施加，每次一相，其他两相与接地的外壳短接。变频串联谐振装置大电容量的电气设备(如大型发电机组、电力变压器、电力电容器、GIS、电力电缆等)在一定频率范围内的绝缘耐受与工频耐压具有一定的等效性，这样就为利用变频试验装置的电感与被试品的电容串联产生谐振电压来进行交流耐压试验提供了可能，且由于试验装置的励磁电压低、重量轻，非常方便于在施工现场使用。现就变频串联谐振试验装置的原理、特点和在实际应用中的几点体会进行阐述。

变频串联谐振耐压试验装置的原理

发生串联谐振的基本原理是：在R-L-C电路中

变频串联谐振装置的原理

由电工知识得到：Uc=I/ωC,UL=I*ωL，UR=I*R，U=Uc+UL+UR，当LRC串联回路中的感抗与试品容抗相等时，电感中的磁场能量与试品电容中的电场能量相互补偿，试品所需的无功功率全部由电抗器供给，电源只提供回路的有功损耗。电源电压与谐振回路电流同相位，电感上的电压降与电容上的压降大小相等，相位相反。由图1可知，当 ωL=1/ωc，回路的谐振频率f=1/2π√LC，也就是说，电路发生串联谐振，电源提供很小的励磁电压，试品上就能得到很高的电压,电源频率为谐振频率。

变频串联谐振耐压试验装置的特点

利用串联谐振原理在回路中产生高电压,一般频率为30~300Hz。串联谐振中的直流高压发生器原理如下图2表示：

当电源频率(f)、电感(L)及被试设备电容(C)满足下式时回路处于串联谐振状态此时：f=1/2π√LC，回路中电流为I=Ulx/R,被试设备电压为Ucx=I/ωCx输出电压与励磁电压之比为试验回路的品质因数：Q=Ucx/Ulx=(ωL)/R，由于试验回路中电阻R很小，故试验回路品质因数很大。一般正常时可达50以上，既输出电压是励磁电压50倍，因此用较低容量的试验变压器就能得到较高的试验电压。这样就解决了在一般的交流耐压试验中试验变压器容量不能满足试验要求的问题。而此时电容量与电感的关系为ωL=1/ωc，因为对某个试品而言，电容量是固有的，试验用可调电感的价格也非常昂贵，因此解决问题的途径就引到了改变电源频率回路的谐振频率，在初始电压下调节回路的频率，观察Uc的变化达最大值时，增加或减小频率时谐振电压都要下降，这时的频率为谐振频率，这时的电压为谐振点电压，增加励磁电压就能升高谐振电压，从而达到试验电压目的。另外，由于试验回路是处于谐振状态，回路本身具有良好的滤波作用，电源波形中的谐波分量在设备两端大为减小，从而输出良好的正弦波形。当试品放电或击穿时，即回路中等值电容被短路，谐振条件被破坏，电压明显下降，恢复电压上升缓慢，试品上不发生暂态过电压，且电源供给的短路电流受到电抗的限制而减少，从而限制被试设备的损坏程度。福建省第二电力建设公司电力试验所自开展交流耐压试验以来,先后多次发现设备在生产及现场安装中存在的安全隐患。如,500kV泉州大园变220kV SF6电流互感器耐压击穿,原因是生产厂家遵照的耐压标准低于国网公司订货标准;220kV宁德树兜变GIS耐压击穿,原因是安装工艺不到位,其中一个绝缘盆对接处有污渍没清理干净;500kV漳州变二期扩建500kV电流互感器耐压击穿,原因是内部二次绕组外表油漆脱落导致整体绝缘破坏。这些都证明了开展交流耐压试验的必要性。