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中試控股技術研究院魯工為您講解：10kv高壓電纜交流耐壓試驗裝置

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。

變頻串聯諧振耐壓試驗裝置組成部分：變頻電源主機、激勵變壓器、電抗器、電容分壓器、補償電容器、測試附件組成。
元器件（純進口）：功率器件：德國英飛凌，模塊：日本富士IGBT，芯片：英特爾等

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

裝置主要組成

1、變頻電源  ZSBP-4kW

2、激勵變壓器       ZSJL-3kVA

3、高壓電抗器       ZSDK-22kVA/22kV

4、電容分壓器       ZSFY-3000pF/50kV

交流耐壓試驗是電力設備絕緣強度有效和直接的方法，是電力預防性試驗的一項重要內容。 
此外，由于交流耐壓試驗電壓一般比運行電壓高，因此通過試驗后，設備有較大的安全裕度，因此交流耐壓試驗是電力設備安全運行的一種重要手段。一般變頻串聯諧振試驗裝置來進行交流耐壓試驗。  
試驗電壓的確定 
交流耐壓試驗中，關鍵的問題就是正確選擇試驗電壓的數值，一方面要求能保證絕緣水平，另一方面要考慮因試驗電壓過高而引起的絕緣劣化。

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：

1、裝置具有過壓、過流、零位啟動、系統失諧（閃絡）等保護功能，過壓過流保護值可以根據用戶需要整定，試品閃絡時閃絡保護動作并能記下閃絡電壓值，以供試驗分析。

2、整個裝置單件重量很輕，便于現場使用。

3、裝置具有三種工作模式：全自動模式、手動模式、自動調諧手動升壓模式；方便用戶根據現場情況靈活選擇，提高試驗速度。

4、能存儲和異地打印數據，存入的數據編號是數字，方便識別和查找。

5、裝置自動掃頻時頻率起點可以在規定范圍內任意設定，掃頻方向可以向上、向下選擇，同時液晶大屏幕顯示掃描曲線，方便使用者直觀了解是否找到諧振點。

6、ZSBP-44kVA/44kV變頻串聯諧振耐壓試驗裝置采用DSP平臺技術，可根據用戶需要增減功能和升級，人機交換界面更為人性化。

7、所需電源容量大大減小。串聯諧振電源是利用諧振電抗器和被試品電容諧振產生高電壓和大電流的，在整個系統中，電源只需要提供系統中有功消耗的部分，因此試驗所需的電源功率只有試驗容量的1/Q。

8、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。

9、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。

10、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。

11、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。

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。

一、變頻串聯諧振耐壓試驗裝置的特點

   利用串聯諧振原理在回路中產生高電壓,一般頻率為30~300Hz。串聯諧振中的直流高壓發生器如下圖表示：

 

    當電源頻率(f)、電感(L)及被試設備電容(C)滿足下式時回路處于串聯諧振狀態此時：f=1/2π√LC，回路中電流為I=Ulx/R,被試設備電壓為Ucx=I/ωCx輸出電壓與勵磁電壓之比為試驗回路的品質因數：Q=Ucx/Ulx=(ωL)/R，由于試驗回路中電阻R很小，故試驗回路品質因數很大。一般正常時可達50以上，既輸出電壓是勵磁電壓50倍，因此用較低容量的試驗變壓器就能得到較高的試驗電壓。這樣就解決了在一般的交流耐壓試驗中試驗變壓器容量不能滿足試驗要求的問題。而此時電容量與電感的關系為ωL=1/ωc，因為對某個試品而言，電容量是固有的，試驗用可調電感的價格也非常昂貴，因此解決問題的途徑就引到了改變電源頻率回路的諧振頻率，在初始電壓下調節回路的頻率，觀察Uc的變化達Zui大值時，增加或減小頻率時諧振電壓都要下降，這時的頻率為諧振頻率，這時的電壓為諧振點電壓，增加勵磁電壓就能升高諧振電壓，從而達到試驗電壓目的。另外，由于試驗回路是處于諧振狀態，回路本身具有良好的濾波作用，電源波形中的諧波分量在設備兩端大為減小，從而輸出良好的正弦波形。當試品放電或擊穿時，即回路中等值電容被短路，諧振條件被破壞，電壓明顯下降，恢復電壓上升緩慢，試品上不發生暫態過電壓，且電源供給的短路電流受到電抗的限制而減少，從而限制被試設備的損壞程度。

    二、變頻串聯諧振耐壓試驗裝置的原理

      發生串聯諧振的基本原理是：在R-L-C電路中

      變頻串聯諧振裝置的原理

      由電工知識得到：Uc=I/ωC,UL=I*ωL，UR=I*R，U=Uc+UL+UR，當LRC串聯回路中的感抗與試品容抗相等時，電感中的磁場能量與試品電容中的電場能量相互補償，試品所需的無功功率全部由電抗器供給，電源只提供回路的有功損耗。電源電壓與諧振回路電流同相位，電感上的電壓降與電容上的壓降大小相等，相位相反。由圖1可知，當 ωL=1/ωc，回路的諧振頻率f=1/2π√LC，也就是說，電路發生串聯諧振，電源提供很小的勵磁電壓，試品上就能得到很高的電壓,電源頻率為諧振頻率。

      如果還有關于變頻串聯諧振耐壓試驗裝置原理的其他問題的，可以聯系我們，我們有專業的人士為您解答。中試控股專業生產變頻串聯諧振耐壓試驗裝置13年，是您可靠的選擇。

在電阻、電感及電容所組成的串聯電路內，當容抗XC與感抗XL相等時，即XC=XL，電路中的電壓U與電流I的相位相同，電路呈現純電阻性，這種現象叫串聯諧振。當電路發生串聯諧振時電路的阻抗Z=√R^2 +(XC-XL)^2=R，電路中總阻抗Zui小，電流將達到Zui大值。

串聯諧振的三大應用

高壓大電容量設備進行交流耐壓試驗時,試驗變壓器容量要求非常大,試驗設備笨重,而應用串聯諧振原理可以利用電壓及容量小得多的設備產生所需的試驗電壓,滿足試驗要求。下面中試控股給大家介紹一下串聯諧振試驗裝置在各個領域的應用。

1.在電纜試驗中的應用

城鄉電網中電纜的大量使用,其故障時有發生。為保證交聯電纜的安全運行,國家電網公司對電纜交接和預防性試驗做出了新的規定,用交流耐壓試驗替代原來的直流耐壓試驗,以避免直流試驗的累積效應對電纜造成損傷。

國際大電網會議(CIGRE)21.09工作組的建議導則提出高壓擠包絕緣電纜的現場試驗采用DAXZ串聯諧振試驗系統,頻率范圍為30～300Hz。并在1997年發表的題為“高壓橡塑電纜系統敷設后的試驗”的總結報告中明確指出以下3條。

①由于直流電場強度按電阻率分布,而電阻率受溫度等影響較大,同時耐壓試驗過程中,終端頭的外部閃絡引起的行波可能造成絕緣損壞。

②直流耐壓試驗在很高電壓下,難以檢出相間的絕緣缺陷。

③直流電壓本身容易在電纜內部集起空間電荷,引起電纜附件沿絕緣閃絡,因波過程還會產生過電壓,這些現象迭加在一起,使局部電場增強,容易形成絕緣弱點,在試驗過程中可能導致絕緣擊穿,并可能在運行中引起事故。

很多電纜在交接試驗中按GB50150-2006標準進行直流耐壓試驗順利進行,但投運不久就發生絕緣擊穿事故,正常運行的電纜被直流耐壓試驗損壞的情況也時有發生。交流耐壓試驗因其電場分布符合運行實際情況,故對電纜的試驗為有效。

通常交流電力電纜的電容量較大,試驗電流也很大,調感式設備的體積將非常巨大并且電感調節也很困難,而調頻式裝置則靈活性更強,更易于實現。因此,電纜現場交流耐壓試驗多利用變頻諧振試驗設備。中試可根據客戶需求制造10KV、35KV、110KV、220KV、500KV電壓等級的串聯諧振試驗裝置。

2.在GIS設備中的應用

氣體絕緣開關設備在工廠整體組裝完成以后或分單元進行調整試驗,試驗合格后以分單元運輸的方式運往現場安裝。運輸過程中的振動、撞擊等可能導致GIS元件或組裝件內堅固件松動或移位;安裝過程中,在聯結、密封等工藝處理方面可能失誤,導致電極表面刮傷或安裝錯位引起電極表面缺陷;安裝現場可能從空氣中進入懸浮塵埃。導電微粒雜質等,這些在安裝現場通過常規試驗將難以檢查出來,對GIS的安全運行將是極大的威脅。

由于試驗設備和條件所限,早期的GIS產品多數未進行嚴格的現場耐壓試驗。事故統計表明沒有進行現場耐壓試驗的GIS大都發生了事故。因此,GIS必須進行現場耐壓試驗。

GIS的現場耐壓主要包括交流電壓、振蕩操作沖擊電壓和振蕩雷電沖擊電壓等3種試驗方法。其中交流耐壓試驗是GIS現場耐壓試驗常見的方法,它能夠有效地檢查異常的電場結構(如電極損壞)。

目前,由于試驗設備和條件所限,現場一般只做交流耐壓試驗。IEC517和GB7674認定對SF6氣體絕緣試驗電壓頻率在10～300Hz范圍內與工頻電壓試驗基本等效。國內外大多采用調頻式串聯諧振耐壓試驗裝置進行GIS現場交流耐壓試驗。

3.在發電機(電動機)交流耐壓試驗中的應用

發電機定子繞組對地或相間電容量大,如300MW水輪發電機定子繞組對地電容量高達1.7～2.5μF,工頻耐壓時電容電流達到25～35A,試驗設備容量數千kVA,采用常規試驗設備時,設備笨重。更為嚴重的是用常規大容量試驗設備時,發電機定子繞組絕緣被擊穿時的故障點短路電流大,會燒損鐵芯,將造成很大的經濟損失。根據國家標準GB/T16927.2-1997《高電壓試驗技術》第一部分6.2.1.1電壓波形的規定“試驗電壓一般應是頻率為45～65Hz的交流電壓,通常稱為工頻試驗電壓。

”為了滿足發電機交流耐壓試驗電壓頻率為工頻的要求,發電機串聯諧振裝置通常是調感式的,通過調節鐵芯氣隙改變電感從而達到工頻諧振的目的。

諧振裝置具有組合方式靈活,對試品的破壞小，同時串聯諧振試驗裝置的體積、重量和所需要的電源容量遠低于采用傳統的試驗變壓器,大大減輕了現場試驗的工作量。因此,串聯諧振試驗裝置將在電力設備交流耐壓試驗工作中獲得越來越廣泛的應用。