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中試控股技術研究院魯工為您講解：10kv電纜中間頭制作測試裝置

ZSBP-44kVA/44kV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置

11kV/300mm2電纜1km交流耐壓試驗，電容量≤0.3755uF，試驗頻率30-300Hz，試驗電壓28kV，試驗時間5min。
10kV開關等電氣設備的交流耐壓試驗，試驗頻率30-300Hz，試驗電壓不超過42kV，試驗時間1min。

參考標準：DL/T 849.6-2016，DL/T 474.4-2018

變頻串聯諧振耐壓試驗裝置：ZSBP系列變頻串聯諧振耐壓試驗裝置，中試控股采用調節電源頻率的方式，使得電抗器與被試電容器實現諧振，從而在被試品上獲得高電壓大電流，因其所需電源功率小、設備重量輕體積小在國內外得到了廣泛應用，

是當前高電壓試驗的新方法和潮流。不會出現任何恢復過電壓。試品發生擊穿時，因失去諧振條件，高電壓也立即消失，電弧即刻熄滅，且恢復電壓的再建立過程很長，很容易在再次達到閃絡電壓前斷開電源，

這種電壓的恢復過程是一種能量積累的間歇振蕩過程，其過程長，而且不會出現任何恢復過電壓。

ZSBP-44kVA/44kV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置主要技術參數
1.額定容量：44kVA
2.額定電壓：22kV；44kV
3.額定電流：2A；1A
4.測量精度：系統有效值1.5級
5.工作頻率：30-300Hz
6.裝置輸出波形：正弦波
7.品質因素：裝置自身Q≥30(f=45Hz)
8.波形畸變率：輸出電壓波形畸變率≤1%
9.輸入電源：單相220或三相380V電壓，頻率為50Hz
10.工作時間：額定負載下允許連續60min；過壓1.1倍1分鐘
11.溫    升：額定負載下連續運行60min后溫升≤65K
12.保護功能：過壓、過流、零位啟動、系統失諧（閃絡）等保護功能
13.環境溫度：－20℃-55℃
14.相對濕度：≤90%RH
15.海拔高度:≤3000米
ZSBP-44kVA/44kV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置主要功能及特征
ZSBP系列變頻串聯諧振耐壓試驗裝置，中試控股采用調節電源頻率的方式，使得電抗器與被試電容器實現諧振，從而在被試品上獲得高電壓大電流，因其所需電源功率小、設備重量輕體積小，在國內外得到了廣泛應用，是當前高電壓試驗的新方法和潮流。
特點：

設備的重量和體積大大減少。串聯諧振裝置中，省去了笨重的大功率調壓裝置和普通的大功率工頻試驗變壓器，而且，諧振激磁電源只需試驗容量的1/Q，中試控股使得系統重量和體積大大減少，一般為普通試驗裝置的1/10-1/30。

有效改善輸出電壓波形。諧振電源是諧振式濾波電路，能改善輸出電壓的波形畸變，獲得很好的正弦波形，有效防止了諧波峰值對試品的誤擊穿。

防止大的短路電流燒傷故障點。在串聯諧振狀態，當試品的絕緣弱點被擊穿時，電路立即脫諧，回路電流迅速下降為正常試驗電流的1/Q，而用并聯諧振或者試驗變壓器做耐壓試驗時，擊穿電流立即上升幾十倍，兩者相比，短路電流與擊穿電流相差數百倍。串聯諧振能有效的找到絕緣弱點，又不存在大的短路電流燒傷故障點的憂患。

串聯諧振試驗前有什么條件？ 
試驗前條件分析 
當我們拿到試驗之后，我們要分析試驗的主體是什么，比如：電力電纜、變壓器、GIS組合器還是母線等等，針對不同的內容所施加的電壓不一樣，像同樣是變壓器，中性點接地和不接地的電壓等級就不同，而且接線也不同，電壓和容量直接影響串聯諧振試驗裝置的配置方案，所說的配置方案也就是連接方式，串聯方式、怎么串聯以及串聯幾個等等。 
要想達到串聯諧振的條件是當容抗等于感抗時，即可產生諧振的條件。 
串聯諧振試驗中控制逆變器的方法有調幅控制和脈沖調頻控制兩種。脈沖頻率調制方法實現起來比較簡單，可以在下面兩種情況下使用。 
1 )如果負載對工作頻率范圍沒有嚴格限制,這時頻率必須跟蹤,但相位差可以存在而不處于諧振工作狀態。 
2 )如果負載的Q值較高,或者功率調節范圍不是很大,則較小的頻率偏差就可以達到調功的要求。 

ZSBP-44kVA/44kV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置容量驗證

裝置容量定為44kVA，分兩節電抗器，電抗器單節為22kVA1A

試驗時設備組合方式

組合方式

被試品對象     電抗器選擇

（22kVA/22kV兩節）    激勵變壓器

輸出端選擇     試驗電壓(kV)

10kV/300mm2電纜1km         使用電抗器兩節并聯     1.5kV        ≤22kV

10kV開關等電氣設備    使用電抗器兩節串聯     3kV  ≤42kV

如何選擇合適的變頻串聯諧振耐壓試驗裝置？
為了選對規格，請提供以下技術參數
1、電力變壓器：電壓等級，大容量，試驗性質（中性點耐壓或全絕緣耐壓）單相對地電容量；
2、電力電纜：電壓等級，大長度，截面積；
3、發電機、電動機：電壓等級（出口電壓或稱工作電壓），試驗電壓（耐壓值）單相對地電容量范圍（如0.2-0.55uF等）；
4、開關、絕緣子、PT、CT、絕緣工器具、母線：電壓等級（或稱工作電壓）；試驗電壓（耐壓值）；
5、CVT效驗：電壓等級或稱工作電壓，試驗電壓（耐壓值）電容量范圍（如0.005-0.02uF）。

什么是串聯諧振？ 
由于電力預防試驗大多是對于大容量和高電壓的電氣設備，建議采用工頻耐壓進行絕緣性能的檢測，也就是剔除了采用直流高壓發生器對于電氣設備絕緣性能檢測的使用要求，雖兩者都屬于破壞性試驗；

但經過長期的研究，采用工頻耐壓的方式相對于直流耐壓穩定性，安全性要好，由于電氣設備的容量大，電壓高，往往像油浸式試驗變壓器一類的工頻耐壓設備無法滿足測試要求，在國內，為了達到這一目的，基本通過變頻串聯諧振來實現測量。 
變頻串聯諧振，“變頻”在串聯諧振電路中，通過調整可變的頻率范圍產生諧振條件，“串聯”是指在整個電路中的鏈接方式，串聯時，電壓相加，電流不變，“諧振”是指的諧振電路，組合起來就是我們常說的串聯諧振試驗裝置。

隨著電力事業的不斷發展，變壓器、發電機、斷路器、GIS、110kV及220kV交聯聚乙烯電纜等高壓電力設備的應用越來越廣泛。中試控股根據《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》(GB50150-91)和《電力設備預防性試驗規程》(DL/T096-1996)的要求，此類高壓電力設備的安裝驗收和年度檢修中，均需進行交流耐壓試驗項目。

 交流耐壓試驗電源主要有以下三種方式產生:

 (1) 變壓器式：中試控股帶補償電抗器的傳統試驗變壓器，工頻。

 (2) 調感式：可調電感式諧振系統，工頻。

 (3) 調頻式：固定電抗器諧振系統，通過變頻器將一可調頻電壓加到試品上，改變頻率以達到諧振。

 諧振耐壓試驗方法是通過改變試驗系統的電感量和試驗頻率，使回路處于諧振狀態，這樣試驗回路中試品上的大部分容性電流與電抗器上的感性電流相抵消，電源供給的能量僅為回路中消耗的用功功率，為試品容量的1/Q(Q為系統的諧振倍數);因此試驗電源的容量在降低，重量大大減輕。諧振耐壓試驗系統按調節方式分為調感式和調頻式兩種。

 可調電感型諧振試驗系統可以滿足耐壓要求，但由于重量大，可移動性差，主要用于試驗室。變頻串聯諧振耐壓試驗是利用電抗器的電感與被試品電容實現諧振，在被試品上獲得高電壓，是當前高電壓試驗的一種新的方法與潮流，在國內外已經得到廣泛的應用。

 變頻串聯諧振是諧振式電流濾波電路，能改善電源波形畸變，獲得較好的正弦電壓波形，有效防止諧波峰值對被試品的誤擊穿。變頻串聯諧振工作在諧振狀態，當被試品的絕緣點被擊穿時，電流立即脫諧，回路電流迅速下降為正常試驗電流的數十分之一。發生閃絡擊穿時，因失去諧振條件，除短路電流立即下降外，中試控股高電壓也立即消失，電弧即可熄滅。其恢復電壓的再建立過程很長，很容易在再次達到閃絡電壓斷開電源，所以適用于高電壓、大容量的電力設備的絕緣耐壓試驗。

二、國內技術發展現狀

 目前國內串聯諧振變頻電源主要采用以下三種技術方案：

 1.PWM控制技術

 在調頻調壓控制技術發展早期多使用PAM方法，因此，變頻電源逆變器輸出交流電壓波形僅僅能是方波，改變方波有效值，僅僅能通過改變方波幅值，即中間直流電壓幅值來完成。隨著全控型開關元件IGBT、IGCT、MOSFET等出現，才逐漸發展為PWM方法。由于調節PWM波占空比就能調節電壓幅值，所對逆變環節可同時完成調壓與調頻任務，整流器無需控制，設備構造更簡單，控制更方便。基于該技術可以在諧振電容(試品)上獲得THD<1%的正弦波。方波變頻電源主電路如下所示。

 2.基于高速IC和直接數字頻率合成(DDS)技術

 采用該方案頻率分辨率可達到0.01Hz，頻率穩定度高，很容易對信號實現全數字式調制。其控制框圖和實現原理如下圖所示。

由DSP處理器控制正弦波芯片產生頻率在30Hz~300Hz連續可調(幅值也可調)的標準正弦波信號，中試控股經過第一級功率放大后再經過上千只大功率三極管組成的橋式放大電路放大，正弦信號最終達到所需要的設計功率，輸出電壓連續可調。此時正弦波信號經勵磁變壓器升壓供給諧振電路獲取需要的高壓。

該方案輸出的正弦波失真度較小，輸出電壓中高頻信號引起的局部放電干擾小，但由于大功率三極管的溫度特性較差，在較大功率輸出時，溫升較快，三極管的放大倍數增加，會導致輸出電壓漂移，并且電路復雜、不易維護。

3.基于SPWM的控制技術

采用SPWM技術的新型調頻式諧振試驗電源由大功率開關器件IGBT組成的電路來代替傳統的模擬信號源及其功率放大電路直接產生大功率標準正弦波。系統結構圖如下圖所示，主要由三相PWM整流電路(或不控整流電路)、H橋逆變電路、輸出濾波器、檢測單元、DSP控制器及人機接口(鍵盤、液晶)組成。T為中間勵磁升壓變壓器，RL為試驗回路諧振電感的等效內阻，C為試驗回路等效電容，包括被試品電容及試驗回路諧振電容。整個試驗電源輸出電壓的調節通過控制三相PWM整流電路輸出側電容電壓大小來實現;當C3上電壓穩定在設定值以后,系統開始頻率調節,通過控制逆變電路開關器件IGBT的通斷頻率來實現，輸出濾波器濾除系統輸出信號的毛刺從而得到符合要求的正弦波形。

該方案輸出波形較傳統模擬方式稍差，輸出在低電壓下諧波含量較傳統方式大，但電路較為簡單，容易維護，但控制較為復雜。

三、結論

1.可同時用于局放和交流耐壓試驗的串聯諧振電源所采用的技術方案以傳統模擬方式(逐級放大)最好，中試控股該方案可直接輸出正弦波，且失真度較小，輸出電壓中高頻信號引起的局部放電干擾≤5pc，但電路較為復雜、不易維護，成本較高;

2.用于交流耐壓試驗的串聯諧振變頻電源普遍采用SPWM方式，中試控股其輸出波形較傳統方式差，干擾引起的局放較大，只適合于交流耐壓試驗(限于手上資料的限制，沒發現有應用于局放試驗的)，該技術方案控制較為復雜，但其硬件較傳統方式簡單，成本較低，體積和重量較小，易于維護。

3.PWM控制方式可滿足交流耐壓試驗的要求，其輸出為方波電壓，系統輸出為正弦波，但在非諧振狀態時波形較差，實現相對容易，成本也較低。