串联谐振交流耐压试验分析与应用

串联谐振交流耐压试验分析与应用

肖楠

(神华宁煤安装检修公司宁夏750001)

摘要：本文讲述了交联电缆直流耐压试验的缺点，论述了利用变频谐振设备对电力电缆进行串联谐振耐压试验的基本原理，并通过采用变频谐振系统在工程实践中的应用实例论证了变频谐振方法在交联电缆现场交流耐压中的实用性和可行性。

关键词：变频；串联谐振；交联橡塑电缆

1变频串联谐振交流耐压的原理

1.1变频串联谐振的特点

变频串联谐振的等效性经国内外研究已经得到了普遍的认可，并得到了广泛的推广应用。变频串联谐振耐压试验方法是通过改变试验系统的试验频率（范围30-300Hz），使回路处于谐振状态，这样试验回路中试品上的大部分容性电流与电抗器上的感性电流相抵消，电源供给的能量仅为回路中消耗的有功功率，为试品容量的1/Q（Q为系统的电压谐振倍数），因此试验电源的容量大为降低，重量大大减轻。

1.2系统组成

系统由变频电源、励磁变压器、谐振电抗器、分压器及试品（有时需补偿电容器）组成。

1.3变频串联谐振的原理

在回路频率f=1/2π√LC时，回路产生谐振，此时试品上的电压是励磁变高压端输出电压的Q倍。Q为系统品质因素，即电压谐振倍数，一般为几十到一百以上。先通过调节变频电源的输出频率使回路发生串联谐振，再在回路谐振的条件下调节变频电源输出电压使试品电压达到试验值。由于回路的谐振，变频电源较小的输出电压就可在试品CX上产生较高的试验电压。f为谐振频率，L为等效电感，C为等效电容（包括被试电容、电容分压器、高压试验回路电容），CX为试品电容，R为等效电阻。

当达到谐振条件时，即频率为f=1/2π√LC（该频率可通过调节变频电源得到）时，回路呈谐振状态。此时,Q为品质因数。即被试品上获得的电压为励磁电压的Q倍（利用额定电压较低的试验变压器，可以获得较高的输出电压）。此电路形成一个良好的滤波电路，故输出电压UC为良好的正弦波。当试品击穿，失去谐振，高、低压电流自动减小，不会扩大被试品的故障点。

1.4原理图及等效电路

1.4.1如图1所示，电源为50Hz,220V或380V交流电。L为补偿电抗器，Cx为被试电缆对地电容，C1、C2为电容式分压器的高压臂电容器及低压臂电容器的电容量。R为等效电阻。

图1

2串联谐振耐压试验的优势

2.1直流耐压试验的缺点

试验规程规定，橡塑电力电缆耐压试验在条件不允许的情况下才使用直流装置，但是交流设备采购昂贵，元件众多，体积也大，而且接线亦麻烦。面对如此复杂的试验为何仍需要选择交流耐压试验代替直流耐压试验，因为直流耐压试验有如下缺点：

2.1.1电缆属于容性电气设备，在直流电压会存储积累单极性残余电荷。一旦对电力电缆施加了直流电压，即使对电缆已经充分放电，但是实际施工仍出现被电击的可能。电缆如果在直流残余电荷未充分放干净之前就投入运行，残余电荷便会叠加在工频电压峰值上，使得电缆上的电压值远远超过其额定电压，从而有可能导致电缆绝缘击穿。

2.1.2橡塑电缆的直流耐压试验，由于交联聚乙烯绝缘电缆的半导体凸出处和污秽点等处容易产生空间电荷，绝缘中的实际电场强度最高可达电缆绝缘工作电场强度的十几倍，所以即使电缆通过了直流耐压试验不发生击穿，也会引起绝缘的严重损伤。

2.2串联谐振耐压试验的优势

串联谐振试验设备通过与被试品（等效电容）形成串联谐振回路，从而得到一定频率的正弦波交流电压。由于试验设备的品质因素较高，通常所需的工作电源容量仅为试验容量的几十分之一。对于串联谐振试验设备而言，其系统要满足不同电压等级和不同电容量的试品在一定的频率范围内进行交流耐压试验，可通过改变频率或电感量来满足谐振的条件。

3应用实例及分析

3.1煤制油大件组装厂35kV开闭所35kV电缆试验

已知电缆规格为26/35kV、300mm2，电缆长度为1.8km，电抗器型号为HDSR—f—L18/36，电抗器额定电压18kV，额定电流2A，额定带载0.55µF，额定电感量45H，共6只。

试验步骤如下：

3.1.1用交流电容表测出电缆电容量，或者查表（见表1）得知该电缆电容量：经查表得C=0.19µF/km，则：

Cx=1.8×0.19=0.342µF

3.1.2确定串联电抗器数，2006版国标规定，35kV电缆试验电压：

UC=2U0=2×26=52kV（见表2）

每节电抗器额定电压18kV：

18kV×3=54kV＞52kV

所以必须3个电抗器串联。

表1交联聚乙烯电缆每公里电容量

表2交联电缆变频串联谐振耐压试验电压

3.1.3带载率核算：HDSR—f—L18/36，带载为0.55µF最大电流2A，三个串联使用时：

0.55/3=0.183µF＜0.342µF

故需三个串联后再并联，则：

0.183×2=0.366µF＞0.342µF

3.1.4核算试验频率

经计算可得，试验频率为33.14H。

3.1.6进行耐压试验，频率确实为33Hz，计算正确。电缆最终通过耐压试验。

4实际应用中存在的问题

4.1提高试验的稳定性

在应用中，发现当电压升到接近试验电压时，电压上升速度太快并伴有较大的电压波动，甚至能导致电压保护动作，使试验必须重新开始，这对设备安全是不利的。但如果电压保护值设定过大，就不能很好的起到保护被试设备免受过电压的作用。

改变这种情况的方法有以下两种方法:

4.1.1选择偏离谐振频率下进行试验。我们知道，为减少试验变压器的容量，在选择Q值时，Q值尽量要大.但当Q值较大时，而在偏离谐振频率时，相对较缓。所以，我们可以在试验变压器容量允许的条件下选择偏离谐振频率进行升压，达到了降低电压上升速度的目的。

4.1.2调整回路的品质因数。由图Q=Uc/U=1/ωCR可知，为减少Q值，必须增加回路电阻，这样，为达到试验电压，励磁变压器的输出容量也要增加，所以，应用这种方法时，必须在容量许可的条件下进行。

4结束语

串联谐振交流耐压试验装置的应用是一个全新的技术要掌握其应用方法必须首先懂得串联谐振的理论知识及计算公式，才能使电压、电容、电感、频率等参数匹配，以便针对不同电压等级、不同被试设备设计出合理的试验连接方法。

参考文献：

[1]中国电力企业联合会.GB50150-2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》.2006版.新华书店北京发行所发行

[2]宁夏电力公司电力科学研究院.《宁夏电力公司交流高压电气设备试验规程（2010年版）》.2010版