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中試控股技術(shù)研究院魯工為您講解：10kV電纜預防性試驗裝置

ZSBP-270kVA/108kV變頻串聯(lián)諧振試驗裝置

35kV/300mm2電纜2km的交流耐壓試驗，電容量≤0.389uF，試驗頻率30-300Hz，試驗電壓52kV，試驗時間60min。
10kV/400mm2電纜5km的交流耐壓試驗，電容量≤2.1uF，試驗頻率30-300Hz，試驗電壓22kV，試驗時間5min。
35kV開關(guān)柜、互感器、母線母盤的交流耐壓試驗，試驗頻率30-300Hz，試驗電壓95kV，試驗時間1min。

參考標準：DL/T 849.6-2016，DL/T 474.4-2018

變頻串聯(lián)諧振試驗裝置：ZSBP系列變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗裝置，中試控股采用調(diào)節(jié)電源頻率的方式，使得電抗器與被試電容器實現(xiàn)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(nèi)外得到了廣泛應用，是當前高電壓試驗的新方法和潮流。

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(nèi)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(lián)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(guān)鍵的問題就是正確選擇試驗電壓的數(shù)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。

220KV串聯(lián)諧振交流耐壓裝置可以做什么? 
變頻串聯(lián)諧振成套耐壓試驗裝置適用于大容量，高電壓的電容性試品的交接和預防性試驗；

主要針對220KV及以內(nèi)的電力電纜、變壓器、斷路器/開關(guān)、開關(guān)柜、避雷器、電壓互感器、電流互感器、套管、支柱絕緣子、電抗器、母線、隔離開關(guān)、輸電線路、發(fā)電機、電動機、熔斷器、電容器、接觸器、配電箱、絕緣材質(zhì)、變電站系統(tǒng)的交流耐壓試驗。

裝置主要技術(shù)參數(shù)及功能：
1. 額定容量：270kVA；
2. 輸入電源：單相220或三相380V電壓，頻率為50Hz；
3. 額定電壓：27kV；54kV；108kV
4. 額定電流：10A；5A；2.5A
5. 工作頻率：30-300Hz；
6. 裝置輸出波形：正弦波
7. 波形畸變率：輸出電壓波形畸變率≤1%；
8. 工作時間：額定負載下允許連續(xù)60min；過壓1.1倍1分鐘；
9. 溫 升：額定負載下連續(xù)運行60min后溫升≤65K；
10. 品質(zhì)因素：裝置自身Q≥30(f=45Hz)；
11. 保護功能： 對被試品具有過流、過壓及試品閃絡保護(詳見變頻電源部分)；
12. 測量精度：系統(tǒng)有效值1.5級；
串聯(lián)諧振工作環(huán)境：
1. 環(huán)境溫度：－100C –50 0C;
2. 相對濕度：≤90%RH;
3. 海拔高度: ≤1000米；
簡易讀懂：變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗裝置可以做什么?
變頻串聯(lián)諧振成套耐壓試驗裝置適用于大容量，高電壓的電容性試品的交接和預防性試驗，主要針對電力電纜、變壓器、斷路器/開關(guān)、開關(guān)柜、避雷器、電壓互感器、電流互感器、套管、支柱絕緣子、電抗器、母線、隔離開關(guān)、輸電線路、發(fā)電機、電動機、熔斷器、電容器、接觸器、配電箱、絕緣材質(zhì)、變電站系統(tǒng)的交流耐壓試驗，對被測試品做承受過電壓預防交流試驗和交接交流試驗。
變頻串聯(lián)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

結(jié)構(gòu)： 采用干式結(jié)構(gòu),絕緣耐熱等級H級,滿足干式變壓器國家規(guī)范要求；高﹑低壓繞組間和鐵芯設靜電屏蔽,既作為勵磁變,又是隔離變；內(nèi)置過電壓保護,防止擊穿反擊。

采用了調(diào)節(jié)電源的頻率的方式使得電抗器與被試電容器實現(xiàn)諧振，在被試品上獲得高電壓大電流，是當前高電壓試驗的一種新的方法和潮流，在國內(nèi)外已經(jīng)得到廣泛的應用。
采用了專用的SPWM數(shù)字式波形發(fā)生芯片，頻率分辨率16位，在20~300Hz時頻率細度可達0.1Hz；采用了正交非同步固定式載波調(diào)制方式，確保在整個頻率區(qū)間內(nèi)輸出波形良好；功率部分采用了先進的IPM模塊，在小重量下確保儀器穩(wěn)定和安全。

1.穩(wěn)定性、可靠性高。系統(tǒng)采用進口功率元件作為功率變換的核心，電壓輸出和頻率輸出穩(wěn)定，電磁兼容設計合理，保護功能完善，經(jīng)過多次高壓直接對地短路的測試，系統(tǒng)仍然保持完好，同時系統(tǒng)也有很強的過載能力。

2.自動調(diào)諧功能強大。系統(tǒng)自動調(diào)諧時，從30Hz到300Hz自動掃頻，顯示掃頻曲線，用戶能直觀地看到系統(tǒng)調(diào)諧過程；掃頻完成后，系統(tǒng)根據(jù)掃頻初步找到的諧振頻點，在其±5Hz范圍內(nèi)以0.01Hz為分辨率進行頻率細掃，最后精確鎖定諧振頻率。

3.支持多種試驗模式。系統(tǒng)支持“自動調(diào)諧＋手動調(diào)壓”，“自動調(diào)諧＋自動調(diào)壓”，“手動調(diào)諧＋手動調(diào)壓”等試驗模式，推薦使用“自動調(diào)諧＋手動調(diào)壓”模式，既能快速找到諧振點，又能通過手動調(diào)壓控制試驗過程，安全性更高。

4.系統(tǒng)人機交互界面友好。試驗參數(shù)設置、試驗控制、試驗結(jié)果等同屏顯示，直觀清晰，并具有自動計時及操作提示功能。全觸摸屏操作及顯示，具備試驗數(shù)據(jù)保存和查詢功能。

5.保護功能完善。具備零位保護（電壓輸出控制旋鈕不在零位時，禁止系統(tǒng)啟動），過壓保護，過流保護，閃絡保護等功能，保證了系統(tǒng)的可靠性。

產(chǎn)品參數(shù)：

◆ 諧振電壓波型：正弦波，波形畸變率＜1.0%

◆ 輸出頻率：30～300Hz

◆ 工作制：滿功率輸出下，連續(xù)工作時間60min

◆ 品質(zhì)因素：30～80

◆ 輸入工作電源：單相380/220V±10%，50Hz

◆ 環(huán)境溫度：－10℃～+50℃

◆ 相對濕度：＜95%，無凝露狀況。

摘要：論述了諧振變壓器的原理，設計方法及研制中應注意的幾個問題，并通過計算值與實測值對比的方法證明了文中計算公式的精確性和實用性。

1. 前言：隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，采用高壓諧振技術(shù)對大容量電氣設備進行工頻耐壓試驗已經(jīng)成為可能，目前已被廣泛用于電纜，電容器、發(fā)電機等具有大電容的電力設備的交流試驗。原理是通過調(diào)節(jié)鐵心磁路的氣隙長度，得到連續(xù)變化的電感L，使其與被試品對地電容C發(fā)生諧振。本文以一臺150kVA試驗裝置為模型，闡述高壓諧振變壓器的原理與有關(guān)參數(shù)的計算。

2. 諧振變壓器原理

2.1 結(jié)構(gòu)特征：諧振變壓器的鐵心可以做成兩種不同的結(jié)構(gòu)：殼式和心式。心式鐵心變壓器在一系列主要指標方面不如殼式鐵心變壓器，其重量和外型尺寸較大，調(diào)節(jié)氣隙的傳動機構(gòu)比較復雜。為此，我們研制的試驗裝置采用殼式結(jié)構(gòu)，諧振變壓器繞組套裝在可移動的中心柱外面。

2.2 特性曲線：諧振變壓器的特性曲線如圖2所示。由圖2可見，在不同氣隙長度δ下，諧振變壓器的伏安特性具有良好的線性關(guān)系，其電感L與變壓器上的電壓值無關(guān)。因而這種諧振變壓器在用于交流諧振試驗時，可先在低壓條件下進行調(diào)諧（通過傳動機構(gòu)改變動鐵心與下軛鐵心之間的氣隙長度），當調(diào)諧到諧振時，再升高試驗電壓，系統(tǒng)調(diào)諧非常方便。

2.3 回路電感L與鐵心氣隙長度δ的關(guān)系：氣隙可調(diào)諧振變壓器，無論是串聯(lián)型還是并聯(lián)型，都是通過調(diào)節(jié)鐵心氣隙長度，改變回路電感量L，使諧振變壓器發(fā)生諧振。這就是對于具有一定對地電容的被試器，通過改變鐵心氣隙長度使諧振變壓器發(fā)生諧振的機理。但是需要注意的是氣隙長度不可過大，過大會使已建立的諧振條件遭到破壞。

4.4 150kVA諧振試驗變壓器的設計

用上述計算公式對一臺電源電壓U1=0.22kV，輸出電壓U2=15kV，輸出功率P2=150kVA，且能對最大計算電容為2μF的試品進行工頻高壓試驗的諧振變壓器進行設計。變壓器動鐵心柱及套裝在外面的一、二次繞組如圖5所示，其中主要參數(shù)的計算結(jié)果如下： D=12cm，動鐵心外接園直徑 ， D1=13.5cm，一次繞組內(nèi)徑，D2=18cm，二次繞組內(nèi)徑，D3=25.5cm，二次繞組外徑， H=37cm，繞組高度，N1=66匝，一次繞組匝數(shù) ，N2=4464匝，二次繞組匝數(shù)，諧振變壓器調(diào)諧電感參數(shù)的計算值與實測值如表1所示。

5 結(jié)論

（1）由表1可知，計算值與實測值最大誤差不超過6％，說明上述計算公式具有較高精度，足以滿足工程計算的要求。（2）當試驗接近于試品的最大電容計算值時，試品上的電壓可能超過按變壓比決定的數(shù)值，為了降低電壓諧振的效應，應使變壓器二次線圈的漏抗盡可能小，同時應在輸出回路加裝防過壓裝置。（3）因電壓與氣隙δ無關(guān)，因而應先在較低電壓下進行調(diào)諧，當諧振發(fā)生后，再將輸出電壓升高到試品的試驗值。（4）在氣隙調(diào)節(jié)過程中，變壓器的鐵心和機械傳動機構(gòu)受到很大的電磁力作用，造成較強的振動、噪聲，嚴重時會損壞諧振變壓器的部件。因此這種裝置的機械結(jié)構(gòu)應特殊設計。