能源与交通经济 ｈｔｔｏ：｜｜ ．ｅｍｓ８６．ｔｏｍ 环球市场信息导报 串联变频谐振补偿法在３５ＫＶ长电缆交流耐压试验中的应用 ——利用有限试验设备对１．５ｋｍ３５ＫＶ电缆进行交流耐压试验 骆慧（甘肃省嘉峪关／酒泉供电公司 甘肃酒泉７３５０００） 摘要：近年来，随着科学技术的发展，电力设备绝缘材料性能的不断提高，在电力系统大量采用高压交联聚乙烯电缆作为 传送电能的主要材料。随着电缆的绝缘等级越来越高，其耐压试验就显得尤为重要，在生产现场采用传统直流耐压试验方法检测 电缆头制作及电缆绝缘抗电强度的试验，很难发现潜在性缺陷和局部缺陷及绝缘受潮等缺陷，而且试验数据分析难、不好判断、 运行周期短，也对电力安全生产造成极大危害。但是，工频交流耐压需要的试验设备容量大、体积大、提供的电源容量大，重量 动辄好几吨，因此不适合在现场使用。而使用变频谐振技术可以解决这类问题，该文在实践中进行分析与探讨。 关键词：交流耐压试验；串联变频谐振补偿法；交联聚乙烯电缆 甘肃省敦煌市３５ＫＶ光伏发电厂５条长度约８００－１５００米橡塑 谐振时串联电抗器的电感计算式为：Ｌ＝Ｉ／（１００ｎ） ｃ 电缆需要进行投运前的交接耐压试验。由于电缆比较长，需要充分 由于此方法较难控制调节，现场不常采用，应用性不佳，所 计算电缆容量，选择合理的试验设备。现场竣工交接试验的目的是 以这里我们不做过多的阐述讨论。 检验电缆的质量、电缆附件的质量以及电缆敷设和安装是否正确， 变频（调频）式串联谐振：运用串联谐振原理，采用调频调 电缆在运输、搬运、存放、敷设和回填过程中是否有受到意外损 压方式，当交流电压的频率改变时，电路中的感抗、容抗随之而 害。因此，投运前对交联电缆进行耐压试验是十分必要的。 改变，电路中的电流也随之改变，通过调节电源的频率使感抗等 １．串联谐振耐压试验及其设备 于容抗，电路发生串联谐振，回路中的无功几乎为零。此时，电 在现场耐压试验中，当被试品的试验电压较高或电容值较大， 流最大，且与输入电压同相位，使电感或电容两端获得一个高于 试验变压器的额定电压或容量不能满足要求时，可采用串联谐振 励磁电压Ｑ倍的电压。 设备进行耐压试验。 变频式谐振时，Ｏ一般可达５０－１ ５０，则：Ｑ＝（Ｉ）Ｌ ＝ｕ ＝ｕ 串联谐振试验装置具有试验设备体积小，试验电源电压低、 Ｕ广谐振时电感两端电压，Ｖ；Ｕ。——谐振时电容两端电 功率小（仅需提供试验回路中的有功功率），试验电压波形好的特 压，Ｖ。原理图： 点。因此，串联谐振广泛应用于现场橡塑电缆，气体绝缘组合电 器（ＧＩＳ），大型发电机组，大型电力变压器，耦合电容器等高电 压，大容量电力设备的交流耐压、感应耐压、局部放电等试验。 优点：变频串联谐振是谐振式电流滤波电路，能改善电源波 形畸变，获得较好的正弦电压波形，有效防止谐波峰值对被试品 的误击穿。变频串联谐振工作在谐振状态，当被试品的绝缘点被 击穿时，电流立即脱谐，回路电流迅速下降为正常试验电流的数 图中：Ｆｃ一变频电源：Ｔ＿一励磁变压器；Ｌ一电感；Ｒ一回路 十分之一。发生闪络击穿时，因失去谐振条件，除短路电流立即 等效电阻；ｃ 一被试品；ｕ一励磁电压 ｕ。一谐振时被试品两端 下降外，高电压也立即消失，电弧即可熄灭。其恢复电压的再建 电压。 立过程长，很容易在再次达到闪络电压断开电源，所以适用于高 ●谐振频率计算：根据电感和电容计算频率，计算式为：ｆｏ 电压、大容量的电力设备的绝缘耐压试验。 （１／２ｎ、／Ｌｃ）×１０ 。式中：￡——谐振频率，Ｈｚ；Ｌ——电抗器电 原理：利用励磁变压器激发串联谐振回路，通过调节电感或 感量，Ｈ；Ｃ——被试品和分压器电容， 。 改变电源的输出频率，使回路中的感抗和容抗相等，回路呈谐振 ●电感和电容中的电流计算：串联谐振电路中流过电感的电 状态，回路中无功趋于零。 流等于流过电容的电流，电流计算式为：Ｉ。＝ＩＬ＝（１）ｃ Ｕｘ１０～。式中： 此时回路电流最大，即：Ｉａｒ＝ｕ，、／ ＋（ｘ 一ｘ。） ＝Ｕ／Ｒ Ｉ Ｉ ——流过电感和电容的电流，Ａ。 式中：Ｉ ——谐振时回路最大电流，Ａ：Ｒ——回路等效电阻 串联谐振系统的主要特点：适用范围广，体积小、质量轻， （一般主要为电抗器的内阻），Ｑ：ｕ——励磁变压器高压侧的输出 试验容量大、试验电压高。安全可靠性高，操作简洁方便，试验 电压，Ｖ；ｘ ——回路中的感抗，Ｑ；ｘ ——回路中的容抗，Ｑ。 等效性好。串联谐振装置对高次谐波分量回路阻抗很大，所以试 串联谐振分为调感式和调频式两种。 品上的电压波形好：同时若在耐压试验过程中发生闪络、击穿、因 调感式串联谐振：调感式串联谐振采用铁芯气隙可调节的高 失去了谐振条件，高电压立即消失，从而使电弧立即熄灭。恢复 压串联电抗器，由于被试品的电容量是一定的，通过调节电感使 电压建立过程较长，很容易在再次达到闪络电压之前控制电源跳 回路发生工频串联谐振。谐振时，回路呈纯阻性，回路电流等于 闸，避免重复击穿，恢复电压并不产生任何过冲所引起的过电压。 励磁电压ｕ除以回路的等效电阻Ｒ，此时回路电流最大，电感和 根据当前被试品，我们确定选择变频（调频）式串联谐振方法未 电容两端的电压为：Ｕ。＝Ｉ （１／６￣Ｃ ）＝Ｉ （（）ＩＬ）＝（Ｕ／Ｒ）【】１ 进行交联聚乙烯高压电缆的交流耐压试验。 式中：ｕ。——谐振时被试品的两端的电压，Ｖ；Ｌ——可调电 现有试验设备： 抗器电感，Ｈ；ｃ ——被试品电容量，Ｆ；（１）——角频率。Ｉ ，Ｕ， 型号：ＨＶＦＳ．６型／１００ＫＶ（５ＫＶＡ）调频式串联谐振试验装 Ｒ同前式。原理图： 置；生产厂家：长沙海沃科技有限公司。额定容量：５ＫＶＡ，最高 试验电压：１００ＫＶ：电抗器：电压２７ＫＶ／节，电流１．０Ａ／节，电感 １３０Ｈ／节，工作频率３０—３００Ｈｚ；共４节。 型号：ＨＤＳＲ—Ｆ１００／１０４ＫＶ（５ＫＶＡ）串联谐振试验装置；生 产厂家：苏州华电。额定容量：５ＫＶＡ，最高试验电压：１０４ＫＶ； 电抗器：电压２６ＫＶ／节，电流１．０Ａ／节，电感１２９．３Ｈ／节，工作频 率３０—３００ＨＺ：允许运行时间：５ｍｉｎ，共４节。 以当前被试品：１５００ｍ长３５ＫＶ橡塑电缆，电缆型号：ＺＲ— 图中：Ｔ＿～励磁变压器：Ｌ＿一可调电感；ｃｘ—被试品；ｕ一励 ＹＪＶ２２—２６／３５ＫＶ，导体截面积９５ｍｍ２为例，按照《电气装置安装 磁电压；Ｒ一回路等效电阻；Ｕ。一谐振时被试品两端电压。 工程电气设备交接试验标准》规定，橡塑电缆采用２０～３００Ｈｚ交 电路谐振后电感或电容两端的电压ｕ０等于Ｑ倍的励磁电ＮＵ。 流耐压试验，根据型号和电压等级可得电缆试验电压为２Ｕ０，试 即Ｕｏ＝ＱＵ Ｑ——回路品质因数 验时间为６０ｍｉｎ。 调感式谐振时，Ｑ一般可达４０－８０，其计算式为：Ｑ＝１００ｎＬ／Ｒ； 经计算得知，很明显，以上任何一套试验设备均无法满足该 一０７０一 蕊黎ｌ 觏 也年第１６觏 ＣＮ１１．３４５９／Ｆ ＩＳＳＮ１００５ ４９０１
