中试控股技术研究院鲁工为您讲解：110kV电缆串联谐振/电科院推荐

ZSBP-44kVA/44kV变频串联谐振耐压试验装置

11kV/300mm2电缆1km交流耐压试验，电容量≤0.3755uF，试验频率30-300Hz，试验电压28kV，试验时间5min。
10kV开关等电气设备的交流耐压试验，试验频率30-300Hz，试验电压不超过42kV，试验时间1min。

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：ZSBP系列变频串联谐振耐压试验装置，中试控股采用调节电源频率的方式，使得电抗器与被试电容器实现谐振，从而在被试品上获得高电压大电流，因其所需电源功率小、设备重量轻体积小在国内外得到了广泛应用，

是当前高电压试验的新方法和潮流。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。

ZSBP-44kVA/44kV变频串联谐振耐压试验装置主要技术参数
1.额定容量：44kVA
2.额定电压：22kV；44kV
3.额定电流：2A；1A
4.测量精度：系统有效值1.5级
5.工作频率：30-300Hz
6.装置输出波形：正弦波
7.品质因素：装置自身Q≥30(f=45Hz)
8.波形畸变率：输出电压波形畸变率≤1%
9.输入电源：单相220或三相380V电压，频率为50Hz
10.工作时间：额定负载下允许连续60min；过压1.1倍1分钟
11.温    升：额定负载下连续运行60min后温升≤65K
12.保护功能：过压、过流、零位启动、系统失谐（闪络）等保护功能
13.环境温度：－20℃-55℃
14.相对湿度：≤90%RH
15.海拔高度:≤3000米

交流耐压试验是电力设备绝缘强度有效和直接的方法，是电力预防性试验的一项重要内容。 此外，由于交流耐压试验电压一般比运行电压高，因此通过试验后，设备有较大的安全裕度，因此交流耐压试验是电力设备安全运行的一种重要手段。一般变频串联谐振试验装置来进行交流耐压试验。  
试验电压的确定 
交流耐压试验中，关键的问题就是正确选择试验电压的数值，一方面要求能保证绝缘水平，另一方面要考虑因试验电压过高而引起的绝缘劣化。
一般应考虑以下几个因素： 
1、在被试品上可能产生过电压的数值、持续时间及其次数。如被试品遭受较高过电压的可能性极小，则可不必采用过高的试验电压；如被试品（如直接与架空线连接的发电机）可能遭受到较高的过电压时，则应适当提高试验电压的数值。 
2、电气设备设计时采用的绝缘水平。
3、设备绝缘的状况。设备在运行中由于各种条件的影响，使绝缘逐步劣化，绝缘性能下降，故在确定试验电压时，应考虑到绝缘损伤的程度和运行年限。例如，运行中设备的试验电压应为出厂时的75%~90%。
被试品是否被穿可按下述各种情况进行判断： 
1、根据试验时接入的表计进行分析，一般情况下，若电流表突然上升，则表明被试品击穿（过流继电器动作，自动跳闸）。但当被试品的容抗XC  与试验变压器的漏抗 XL之比不大于2时，虽然被试品击穿，电流表指示也不会发生明显的变化，有时还可能出现电流表指示反而下降的情况。 
若出现这种情况，应根据在高压侧的测量电压装置高压侧的电压，被试品若击穿，其电压表只是要突然下降，而在低压侧测量的电压表也要下降，但有时很不明显。 
2、根据试验控制回路的状况进行分析。若过流继电器整定值适当，则被试品击穿时过流继电器动作，电磁开关即跳闸。若整定值过小，可以在升压过程中因被试品的电容电流过大而使过流继电器动作而跳闸。 
3、根据被试品状况进行分析。试验过程中，如被试品发出响声、断续放电响声、冒烟、产生气体、有焦臭味、及燃烧等都是不能容许的，应查明原因。如查明这种情况来自被试品绝缘部分，则可以认为被试品存在问题或已确实被。 
什么是串联谐振？ 
由于电力预防试验大多是对于大容量和高电压的电气设备，建议采用工频耐压进行绝缘性能的检测，也就是剔除了采用直流高压发生器对于电气设备绝缘性能检测的使用要求，虽两者都属于破坏性试验，但经过长期的研究，采用工频耐压的方式相对于直流耐压稳定性，安全性要好，由于电气设备的容量大，电压高，往往像油浸式试验变压器一类的工频耐压设备无法满足测试要求，在国内，为了达到这一目的，基本通过变频串联谐振来实现测量。 
变频串联谐振，“变频”在串联谐振电路中，通过调整可变的频率范围产生谐振条件，“串联”是指在整个电路中的链接方式，串联时，电压相加，电流不变，“谐振”是指的谐振电路，组合起来就是我们常说的串联谐振试验装置。
串联谐振试验前有什么条件？ 
试验前条件分析 
当我们拿到试验之后，我们要分析试验的主体是什么，比如：电力电缆、变压器、GIS组合器还是母线等等，针对不同的内容所施加的电压不一样，像同样是变压器，中性点接地和不接地的电压等级就不同，而且接线也不同，电压和容量直接影响串联谐振试验装置的配置方案，所说的配置方案也就是连接方式，串联方式、怎么串联以及串联几个等等。 
要想达到串联谐振的条件是当容抗等于感抗时，即可产生谐振的条件。 
串联谐振试验中控制逆变器的方法有调幅控制和脉冲调频控制两种。脉冲频率调制方法实现起来比较简单，可以在下面两种情况下使用。 
1 )如果负载对工作频率范围没有严格限制,这时频率必须跟踪,但相位差可以存在而不处于谐振工作状态。 
2 )如果负载的Q值较高,或者功率调节范围不是很大,则较小的频率偏差就可以达到调功的要求。 

变频串联谐振采用的是谐振原理，在系统回路中产生一定频率的电压与回路中的电容，电抗产生谐振，其电容（试品）两端产生谐振电压后，再进行升压，使电容两端的电压达到试验电压。

串联谐振逆变器的控制方法  

2.1 调幅控制（PAM）方法

  调幅控制方法是通过调节直流电压源输出（逆变器输入）电压Ud（可以用移相调压电路，也可以用斩波调压电路加电感和电容组成的滤波电路，来实现调节输出功率的目的。即逆变器的输出功率通过输入电压调节，由锁相环（PLL）完成电流和电压之间的相位控制，以保证较大的功率因数输出。

这种方法的优点是控制简单易行，缺点是电路结构复杂，体积较大。   

2．2 调制(PFM)方法

 改变逆变器的工作频率，从而改变负载输出阻抗以达到调节输出功率的目的。  

  从串联谐振负载的阻抗特性

  可知，串联谐振负载的阻抗随着逆变器的工作频率（f）的变化而变化。对于一个恒定的输出电压，当工作频率与负载谐振频率偏差越大时，输出阻抗就越高，因此输出功率就越小，反之亦然。

  脉冲频率调制方法的主要缺点是工作频率在功率调节过程中不断变化，导致集肤深度也随之而改变，在某些应用场合如表面淬火等，集肤深度的变化对热处理效果会产生较大的影响，这在要求严格的应用场合中是不允许的。但是由于脉冲频率调制方法实现起来非常简单，故在以下情况中可以考虑使用它：

  1）如果负载对工作频率范围没有严格限制，这时频率必须跟踪，但相位差可以存在而不处于谐振工作状态。  

  2）如果负载的Q值较高，或者功率调节范围不是很大，则较小的频率偏差就可以达到调功的要求。  

 基波或高频谐振的处理： 有运行电容器时，切除运行电容器;没有运行电容器时，投入一组电容器;以上措施无法消谐时，切除该母线所有电容器，向调度申请切除部分馈线，最好是先切长线路。分频谐振的处理：切除该母线所有电容器;谐振仍无法消除时，向调度申请切除该母线上的线路，直至谐振消除;若所有线路全部切除后仍无法消谐，向调度申请切除变低开关，将母线停电;恢复母线及线路送电。

谐振电路中一个非常重要的参数就是品质因数Q,它揭示了谐振电路的各种重要关系,Q值的大小直接影响谐振电路的通频带和选择性等重要指标。然而,在现有的电子教科书中,对谐振电路品质因数的描述大都比较简单,这不利于学生对这一概念与其内涵的真正理解与把握。特别是对品质因数Q值的求解,学生更是感到无从下手。针对于这问题,本文从品质因数的定义出发进行研究,介绍了一种计算品质因数Q值简单而又有效的方法。

1.品质因数的定义

电路的品质因数分为串联电路的品质因数与并联电路的品质因数,以及部分电路的品质因数和整体电路的品质因数。品质因数有以下几种定义方式:

1.1用能量定义品质因数的能量定义清楚地表达了品质因数的物理意义,对于各种电路具有普遍意义,但在电路中利用能量定义来计算品质因数Q值相对比较复杂,有时候甚至难以计算。计算公式如下:

品质因数Q=2π(ω0/ωR0)

式中:0ω———谐振时电路储存的能量,ωR0———谐振时电路在1周期内消耗的能量。

品质因数Q=2π(ωLOM/P0T0)

式中:ωLOM———谐振时电路中电感能量的最大值,P0———谐振时电路中消耗的有功功率,T0———谐振周期。

1.2用功率定义品质因数的功率定义是从另一个角度对品质因数的能量定义的一种解释,它也较好地表达了品质因数的物理意义,用它来计算品质因数Q值的方法相对来说比用能量定义的方法来求解要好得多,不会出现计算不出来的情况。但对较为复杂电路,其计算过程较为繁琐。其计算公式如下:

品质因数Q=Q0/P0

式中:Q0———谐振时的无功功率,P0———谐振时的有功功率。

1.3串联电路品质因数的定义

1.3.1用参数定义如图1所示的RLC串联谐振电路,一般教科书用参数这样定义串联电路的品质因数:谐振时回路感抗值(或容抗值)与回路电阻R的比值称为回路的品质因数,用参数计算公式如下:

品质因数Q=ω0L/R=1/ω0CR=1R?L/R(1)

式中:0ω———电路谐振角频率,L———电路中的电感,C———电路中的电容,R———电路的电阻。

1.3.2用电压定义如图1所示的RLC串联谐振电路,谐振电路的品质因数是由电路在谐振时L、C元件上的电压与电压源电压之间的关系引出的。其计算公式表达如下:

Q=UL/U=UC/U

式中:UL———谐振时电路中的电感电压,UC———谐振时电路中的电容电压,U———谐振时电路中的总电压。

1.4并联电路品质因数的定义

1.4.1用参数定义

如图2(A)(、B)所示的并联谐振回路,其品质因数定义的方法和串联谐振定义的方法一样,用参数计算公式如下:

品质因数Q=0ωL/R=RP/0ωL=RPCω0=RP?C/L

其中:L———电路中的电感,C———电路中的电容,R———串联在电感之路的损耗电阻,RP———并联谐振回路的谐振电阻。

1.4.2用电流定义

如图2所示的RLC并联谐振电路,谐振电路的品质因数是由电路在谐振时L、C元件上的电流与电流源电流之间的关系引出的。

用公式表达如下:

Q=IL/I=IC/I

式中:IL———谐振时电路中的电感电流,IC———谐振时电路中的电容电流,I———谐振时电路中的总电流。

以上讨论从4个不同角度、不同的理解去定义了品质因数,但在实际的电路中,会出现比较复杂的串并联混合电路,我们往往会感觉到束手无策,不知道如何运用上面所讨论的4种定义方法去求解电路的品质因数。许多数字系统在与系统时钟相关的频率上遭受过分的电源噪声，是否可以在电源和接地层之间连接一个如下所示的串联谐振（也称为）电路以降低这种噪声？答案是肯定的。但是，电路必须满足以下不太可能发生的条件。