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串联谐振交流耐压技术原理及应用
2021-09-08

随着电力系统应用技术的革新与发展,交联聚乙烯电力电缆( XLPE) 在很多领域逐渐取代油浸纸绝缘电缆得到广泛应用,为检验投运前电缆的敷设和安装质量和投运后电缆的绝缘强度,都应对电缆进行耐压试验。


计控厂电力试验车间负责本钢各级厂矿变电所、配电站的各种高压设备的绝缘检测和保护试验,多年来一直采用直流耐压手段对交联电缆进行绝缘强度的考核,直流耐压对于XLPE 电缆可产生绝缘破坏的积累效应,从而加速电缆绝缘的老化、劣化,增加电缆接地、短路的故障率,威胁系统运行安全,实践证明,只有对电缆进行交流耐压,才能有效减少对绝缘的破坏程度,提高电缆运行寿命,近年来,经过短暂应用的超低频0. 1HZ 耐压试验就其等效性还有待进一步研究,并且由于试验设备容量所限只能用于10KV 及以下电缆的耐压试验。


变频串联谐振耐压试验装置


早期检测电缆绝缘强度和绝缘状况的技术手段通常采用直流耐压手段,该项技术虽然具有试验容量低、试验效果直观等优点,但其试验机理不是模拟高压电气设备运行状况,并且对电缆造成潜在的运行危害,对于交联聚乙烯电力电缆( XLPE) 采用直流耐压技术所存在的弊端主要表现在以下几个方面:


( 1) 由于直流电压施加于电缆绝缘上时所形成的电场分布与交流电场不同,所以直流耐压试验不能真实反映被试电缆在运行状态下的过电压能力,


( 2) 研究表明,基于XLPE 电缆结构的特点,其具有存积单极性残余电荷的能力,在直流电场作用后,存积的残余电荷若不能有效的释放掉,投运后叠加在直流残余电荷上的交流电压峰值可能致使电缆发生击穿,


( 3) 在对XLPE 电缆进行直流耐压试验时,由于空间电荷效应的作用,施加于被试电缆绝缘上的电场强度可比电缆绝缘工作电场强度高十几倍,即便通过了直流耐压试验,被试电缆的绝缘也将受到严重的损伤,


( 4) XLPE 电缆致命的一个弱点使绝缘内易产生水树枝,一旦产生水树枝,在直流电压下会迅速转变为电树枝,并形成放电,加速了绝缘劣化,以致于运行后在工频电压作用下形成击穿,


串联谐振基本原理


变频串联谐振的等效性经国内外研究已经得到了普遍的认可,并得到了广泛的应用,变频串联谐振耐压试验方法是通过合理配置试验回路中的电容器、电抗器,并改变试验系统的试验频率( 范围30 - 300HZ) ,人为造成试验回路谐振,使试品上的电流大部分为容性电流与感性电流相减后电流,试品消耗的功率仅接近电源有功功率,从而有效降低试验电源容量,试验设备重量大大减轻。


串联谐振电源在电力系统应用的优点


变频串联谐振耐压试验装置具有如下优点( 特点) :


( 1) 所需的试验电源的容量较小,依据串联谐振原理,被试品上的试验电压为电源电压的Q 倍( Q为品质因数,一般大于30) ,即品质因数Q 越高,所需试验电源的容量越小,


( 2) 成套设备灵活、轻便,由于试验装置的谐振电抗器可以根据需要采用串并联方式使用,单体设备可以做的轻便灵活,单体重量可以大大减轻,适合于流动现场的使用,


( 3) 输出电压的波形良好,由于谐振电抗器L与被试品Cx 构成的高压谐振回路是一个良好的滤波回路,因此,被试品Cx 上获得的电压波形为良好的正弦波,


( 4) 对被试品的破坏作用小,当被试品的绝缘薄弱部位被击穿时,谐振回路将失去谐振条件,高压回路和低压回路的电流会快速减小,可防止大的短路电流对击穿点的过分烧蚀,使被试品受到的损伤降到最低,


( 5) 防止恢复过电压的产生,试品发生击穿时,因处于谐振状态,高电压随即消失,电弧瞬间熄灭,由于恢复电压的再建立过程很长,从而防止任何恢复过电压。


对于交联聚乙烯电缆的交流串联谐振耐压技术是目前国内外较为先进的测试手段,经过一年来在本钢电力系统中的应用效果比较显著,但该项技术主要运用与考核电缆的绝缘强度,对于电缆绝缘劣化趋势无从考证,还需借助于测量电缆的绝缘电阻和吸收比等辅助测量手段共同判定电缆的绝缘状况,同时,我们也深刻注意到在本钢电力系统中应用该项技术尚处于探索性阶段,需要大量的试验和积累原始数据,不断完善试验规程和试验方法,以保证XLPE 电缆在本钢电力系统中安全、稳定的运行。


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