谐振耐压原理.doc

HBH系列变频谐振试验装置
　产品概述

　　我公司开发生产的 HBH 系列变频谐振试验装置是为电力设备进行交流耐压试验所设计的专用设备，可广泛适用于各种型号不同电压等级的电力电缆的交流耐压谐振试验，不同的电压等级的 GIS 交流耐压试验，其它大容量电力设备（发电机、变压器、电力电容）等的交流耐压试验。该系列产品设计思想先进，输出波形失真度小，具有良好的过电压、过电流保护功能，且抗干扰能力强。产品结构设计合理、体积小、重量轻。
　工作原理

　　变频谐振试验成套装置可分别应用串联、并联及串并联谐振原理，通过激磁变压器激发谐振回路，调节变频器的输出电源频率，使得被测主回路中由电抗器电感 L 和被试品电容量（或补偿电容器） C 所组成的串、并联电路发生谐振。如果试验主回路接成是串联电路，则在形成的串联谐振回路中，试品上可以获得比激励变压器输出电压高 Q 倍的电压，即以较低的电源输入电压来获得较高的谐振试验电压，从而满足试品耐压试验的要求；如果试验主回路是接成并联电路，那么在并联电路谐振时，可获得比电源输入电流高 Q 倍的无功电流通过被试品，即以较小的电源输入电流获得较大的无功电流通过被试品当试品电缆长度较长或试品设备电容量较大时所需的试品电流要很大，那么单一的串联谐振的方式就很难满足试验要求，此时采用“串、并联谐振法”，即通过增设并联电抗补偿的方式（或补偿电容器的方式）来达到谐振的耐压试验效果。
　总体构成
　　变频谐振试验装置系统配置是由谐振式（ CPU ）控制变频电源、高压分压器、补偿电容器、激励变压器和谐振电抗器等五部分组成（如下图），变频谐振试验装置为系列产品，其适型配置取决于被试品的等效电容量 试验电压等级 U 和被试品允许试验频率 f 等。

变频电源
分压器
电容器

激励变压器
电抗器

　主要技术指标参数
　　a) 频率调节精度 0.1Hz
　　b) 频率不稳定度≤ 0.1%
　　c) 系统测量精度 交流有效值 1 级，峰值 1.5 级
　　d) 工作输入电源电压 AC 220V/380V （ 1 ± 10% ） 50Hz （ 1 ± 5% ）
　　e) 输出试验频率 20Hz ～ 300Hz
　　f) 输出电压 0 ～ 500 kV
　　g) 输出容量 0 ～ 600 kVA
　　h) 噪声≤ 60dB
　　i) 环境工作条件　　　工作温度 -10 ℃～ 45 ℃ 工作湿度 RH ≤ 90% 海拔高度 h ≤ 1000m
　现场试验装置的应用
1 、交联聚乙烯电缆（ XLPE ）的交流耐压试验

　　交联聚乙烯电缆（ XLPE）属于固体绝缘电缆，是经过特殊的物理、化学方法交联而成，具有良好的电气及物理性能，在世界范围内得到了广泛的应用。我国自七十年代以来，交联聚乙烯电缆也得到了迅速的发展，并逐步取代了常规中低压油纸绝缘电缆，而且110kV、220 kV等高压电缆也在逐步推广。

　　交联聚乙烯电缆它最大的特点就是容量大，若是采用工频或接近工频的交流电压试验作为挤包绝缘电缆线路竣工试验存在的最大困难是长线路需要很大容量的试验设备；例如 630平毫米110 kV XLPE电缆线路，电容量为0.188μF/km，若电缆长3km，则每相电缆试验需要50Hz试验设备的容量至少为2.9MVA（试验电压128 kV，充电电流22.7A）；1200平方毫米220 kV XLPE电缆线路，电容量为0.179μF/km，若电缆长3km，则每相电缆试验需要工频（50Hz）试验设备容量至少5.3MVA（试验电压178 kV，充电电流30A）。因此，采用传统的试验变压器的试验方法已远远不能满足系统试验容量的要求，变频谐振试验装置利用变频谐振的原理，使电源容量减少为试品所需容量的1/Q，设备的重量大大降低，使得高电压，长距离电缆的现场试验成为可能；同时利用试验频率允许在一定范围内（30-300Hz）可调和试验电抗器固定可调（单一电抗器电感是不可调的，但通过串并联，总电感可调）的原理，使得系统参与耐压试验灵活性大大增加。
　　电缆试验的接线图如下：

橡塑电缆的变频交流耐压试验接线示意图
2 、 GIS（气体绝缘金属封闭组合电器）的交流耐压试验
　　GIS是一种把断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、测量仪表组合在一起，并以SF6为主气体为主绝缘的组合电器，一般由1-7个间隔组成，电容量一般在1000pF以下。
　　根据 IEC517（补充）的标准，GIS试验电压的频率范围应在10～300Hz，与国标GB7674-1997等效。
　　我国“城网气体绝缘变电站若干技术问题暂行规定”对 GIS的现场工频耐压值作了规定，取不超过出厂试验电压的90%。IEC517标准建议的试验电压为出厂试验电压的80%，并要求试验频率限制在10～300Hz范围之内。
　　GIS的交流耐压试验接线图如下：

GIS交流耐压试验接线图
3、大型变压器的交流耐压试验 （外施工频交流耐压及感应耐压试验）
　　a) 变压器应该进行外施耐压试验，它是考验产品主绝缘电气强度的最基本的绝缘试验，是发现主绝缘是否合格，绝缘材料有无缺陷和制造工艺是否则符合要求的重要手段之一，对试验频率一般要求在工频，即45～65Hz。

　　 采用变频谐振的方式，通过补偿电容器使谐振频率控制在 45～65Hz之内，由于回路谐振时Q值高，这样可大大减小试验电源的容量，并且频率可调，也增大了设备的应用范围。

　　 试验接线如下图所示：

变压器外施耐压试验接线图
　　b) 为了检验变压器的主绝缘和本身的纵绝缘，应该对试品进行感应耐压试验。

变压器感应耐压试验接线图
　　感应耐压的倍数，对于电力变压器一般采用额定电压的两倍。为了不使铁心中的磁通饱和，应使用两倍以上额定频率的电源装置。一般规定频率应在 100～400Hz范围内，但经验证明感应耐压试验的频率一般为150～200Hz为宜。
4、大型发电机组的交流耐压试验
　　根据国家和地方电力部门的规定，发电机在制造、安装、检修和运行以及预防性试验中都应进行交流耐压试验，试验时试验电压和工作电压的波形、频率一致，作用于绝缘内部的电压分布及击穿性能能够适应发电机的工作状态。试验电压一般为 0.75（Un+3000）或1.5Un，频率要求为工频。
　　采用“工变频”谐振试验成套装置再配上合适的补偿电容器在频率和容量上都可以很好地满足发电机的交流耐压要求。
　　试验接线如下图所示。

发电机的交流耐压接线示意图
5、其它试品的交流耐压试验
　　互感器、套管等设备在作耐压试验时，都相当于一电容，利用电抗器和补偿电容器也可以使系统在 50Hz附近发生谐振，达到工频耐压绝缘试验的目的。
6 、试验装置实际应用选型配置要求
　　变频谐振试验装置系统配置是由谐振式 (CPU)控制变频电源、谐振电抗器、激励变压器和高压分压器等四部分组成，变频谐振试验装置为系列产品，其适型配置取决于被试品的等效电容量Cx、试验电压等级U和被试品允许试验频率f等。
　　a）对于交联聚乙烯电缆决定系统配置的主要因素是：电缆的电压等级、电缆截面积、试验电缆长度及电缆要求的谐振频率范围。
　　b）对于GIS决定系统配置的主要因素是：GIS的间隔数和每个间隔的等效电容量Cx、GIS允许的电压等级。
　　c）对于变压器、发电机等设备、系统配置主要取决于被试品的试验电压U、等效电容Cx和所要求的试验频率范围等三要素。
　　因此 ,变频谐振试验装置的配置是具有一定的针对性,系统配置要针对某一试验需求，经过系统参数的计算（估算）从而决定变频电源，谐振电抗器、激励变压器高压分压器之间的相互适应配置（俗话说门当户对），否则将会形成资源配置的浪费和试验过程中的不适应性，特别是谐振电抗器配置因试验电压的高和低及试验电流要求的大和小，将会使电抗器的设计因“大和小”差别而产生实质性的制造难度，从而使系统配置产生较大价格差异，因此，我公司将会给用户的使用配置计算方面给予全力配合。