中试控股技术研究院鲁工为您讲解：10kv高压电缆交流耐压试验装置

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。

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

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

装置主要组成

1、变频电源  ZSBP-4kW

2、激励变压器       ZSJL-3kVA

3、高压电抗器       ZSDK-22kVA/22kV

4、电容分压器       ZSFY-3000pF/50kV

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。

主要功能及特征

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。

特点：

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。

2、整个装置单件重量很轻，便于现场使用。

3、装置具有三种工作模式：全自动模式、手动模式、自动调谐手动升压模式；方便用户根据现场情况灵活选择，提高试验速度。

4、能存储和异地打印数据，存入的数据编号是数字，方便识别和查找。

5、装置自动扫频时频率起点可以在规定范围内任意设定，扫频方向可以向上、向下选择，同时液晶大屏幕显示扫描曲线，方便使用者直观了解是否找到谐振点。

6、ZSBP-44kVA/44kV变频串联谐振耐压试验装置采用DSP平台技术，可根据用户需要增减功能和升级，人机交换界面更为人性化。

7、所需电源容量大大减小。串联谐振电源是利用谐振电抗器和被试品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，因此试验所需的电源功率只有试验容量的1/Q。

8、设备的重量和体积大大减少。串联谐振装置中，省去了笨重的大功率调压装置和普通的大功率工频试验变压器，而且，谐振激磁电源只需试验容量的1/Q，中试控股使得系统重量和体积大大减少，一般为普通试验装置的1/10-1/30。

9、有效改善输出电压波形。谐振电源是谐振式滤波电路，能改善输出电压的波形畸变，获得很好的正弦波形，有效防止了谐波峰值对试品的误击穿。

10、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，而用并联谐振或者试验变压器做耐压试验时，击穿电流立即上升几十倍，两者相比，短路电流与击穿电流相差数百倍。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。

11、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。

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）。

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。

一、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如下图表示：

 

    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Zui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。

    二、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。

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在电阻、电感及电容所组成的串联电路内，当容抗XC与感抗XL相等时，即XC=XL，电路中的电压U与电流I的相位相同，电路呈现纯电阻性，这种现象叫串联谐振。当电路发生串联谐振时电路的阻抗Z=√R^2 +(XC-XL)^2=R，电路中总阻抗Zui小，电流将达到Zui大值。

串联谐振的三大应用

高压大电容量设备进行交流耐压试验时,试验变压器容量要求非常大,试验设备笨重,而应用串联谐振原理可以利用电压及容量小得多的设备产生所需的试验电压,满足试验要求。下面中试控股给大家介绍一下串联谐振试验装置在各个领域的应用。

1.在电缆试验中的应用

城乡电网中电缆的大量使用,其故障时有发生。为保证交联电缆的安全运行,国家电网公司对电缆交接和预防性试验做出了新的规定,用交流耐压试验替代原来的直流耐压试验,以避免直流试验的累积效应对电缆造成损伤。

国际大电网会议(CIGRE)21.09工作组的建议导则提出高压挤包绝缘电缆的现场试验采用DAXZ串联谐振试验系统,频率范围为30～300Hz。并在1997年发表的题为“高压橡塑电缆系统敷设后的试验”的总结报告中明确指出以下3条。

①由于直流电场强度按电阻率分布,而电阻率受温度等影响较大,同时耐压试验过程中,终端头的外部闪络引起的行波可能造成绝缘损坏。

②直流耐压试验在很高电压下,难以检出相间的绝缘缺陷。

③直流电压本身容易在电缆内部集起空间电荷,引起电缆附件沿绝缘闪络,因波过程还会产生过电压,这些现象迭加在一起,使局部电场增强,容易形成绝缘弱点,在试验过程中可能导致绝缘击穿,并可能在运行中引起事故。

很多电缆在交接试验中按GB50150-2006标准进行直流耐压试验顺利进行,但投运不久就发生绝缘击穿事故,正常运行的电缆被直流耐压试验损坏的情况也时有发生。交流耐压试验因其电场分布符合运行实际情况,故对电缆的试验为有效。

通常交流电力电缆的电容量较大,试验电流也很大,调感式设备的体积将非常巨大并且电感调节也很困难,而调频式装置则灵活性更强,更易于实现。因此,电缆现场交流耐压试验多利用变频谐振试验设备。中试可根据客户需求制造10KV、35KV、110KV、220KV、500KV电压等级的串联谐振试验装置。

2.在GIS设备中的应用

气体绝缘开关设备在工厂整体组装完成以后或分单元进行调整试验,试验合格后以分单元运输的方式运往现场安装。运输过程中的振动、撞击等可能导致GIS元件或组装件内坚固件松动或移位;安装过程中,在联结、密封等工艺处理方面可能失误,导致电极表面刮伤或安装错位引起电极表面缺陷;安装现场可能从空气中进入悬浮尘埃。导电微粒杂质等,这些在安装现场通过常规试验将难以检查出来,对GIS的安全运行将是极大的威胁。

由于试验设备和条件所限,早期的GIS产品多数未进行严格的现场耐压试验。事故统计表明没有进行现场耐压试验的GIS大都发生了事故。因此,GIS必须进行现场耐压试验。

GIS的现场耐压主要包括交流电压、振荡操作冲击电压和振荡雷电冲击电压等3种试验方法。其中交流耐压试验是GIS现场耐压试验常见的方法,它能够有效地检查异常的电场结构(如电极损坏)。

目前,由于试验设备和条件所限,现场一般只做交流耐压试验。IEC517和GB7674认定对SF6气体绝缘试验电压频率在10～300Hz范围内与工频电压试验基本等效。国内外大多采用调频式串联谐振耐压试验装置进行GIS现场交流耐压试验。

3.在发电机(电动机)交流耐压试验中的应用

发电机定子绕组对地或相间电容量大,如300MW水轮发电机定子绕组对地电容量高达1.7～2.5μF,工频耐压时电容电流达到25～35A,试验设备容量数千kVA,采用常规试验设备时,设备笨重。更为严重的是用常规大容量试验设备时,发电机定子绕组绝缘被击穿时的故障点短路电流大,会烧损铁芯,将造成很大的经济损失。根据国家标准GB/T16927.2-1997《高电压试验技术》第一部分6.2.1.1电压波形的规定“试验电压一般应是频率为45～65Hz的交流电压,通常称为工频试验电压。

”为了满足发电机交流耐压试验电压频率为工频的要求,发电机串联谐振装置通常是调感式的,通过调节铁芯气隙改变电感从而达到工频谐振的目的。

谐振装置具有组合方式灵活,对试品的破坏小，同时串联谐振试验装置的体积、重量和所需要的电源容量远低于采用传统的试验变压器,大大减轻了现场试验的工作量。因此,串联谐振试验装置将在电力设备交流耐压试验工作中获得越来越广泛的应用。