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电缆高压试验中变频串联谐振技术的应用
2021-11-06

变频串联谐振技术是当前电缆高压试验比较常用的一种方法,我们以变频串联谐振的原理、组成及的了解为基础,来分析和研究变频串联谐振技术在高压电缆交接试验中的应用,并对此方法的科学性、实用性和高效性加以确定的。下面我们对变频串联谐振技术在电缆高压试验中的应用进行研究和分析,同时希望为同类研究提供参考。


1 串联谐振技术的概述


1.1 串联谐振的产生:


在电阻、电感、电容元件组成的串联电路中,在一定条件下出现电路端电压和总电流同相位的现象叫作串联谐振。下面我们对电阻、电感、电容串联电路发生谐振的条件和谐振时电路的特性进行分析。


变频串联谐振


在电阻、电感、电容元件组成的串联电路中,当感抗与容抗相等时,端电压和电流就会在同相位,所以当感抗和容抗一定时(ωL=1/ωC),就可以使电路的谐振发生改变。又由于当串联电路阻抗最小、电流最大时,在L和C上会产生高电压(比电源电压大很多倍),因此串联谐振也称电压谐振。


1.2 串联谐振的特点


(1)串联谐振具有电路呈纯电阻性的特点。当端电压与总电流处于相同相位,则电抗值等于零,而阻抗值与电阻值相等。


(2)I0=U/R,当电路的电压一定时电流最大。


(3)当电路采用串联谐振技术时,电容两端的电压为电源电压的很多倍。


1.3 变频串联谐振的构成


变频串联谐振主要包含变频电源、高压电抗器/励磁变压器及电容分压器四部分。运用将电阻、电感、电容元件组成串联在电路中出现电路端电压和总电流同相位的现象原理,再通过励磁变压器来激发串联谐振回路,并对变频控制器输出频率进行调节,从而促使回路电感与试品之间出现串联谐振。


2 电力电缆中变频串联谐振技术的应用


2.1 试验项目及设备接线材料的选择


在试验项目中选择的电缆芯线时选择的芯线外护套的绝缘电阻值要符合设计要求,通常情况下在选择对外护套的绝缘电阻测量时选适当的兆欧表对外护套的绝缘电阻进行测;在进行电缆芯线对护套的交流耐压试验和电缆芯线对地的交流耐压试验时,需要依照GB50160-2006《电气安装工程电气设备交接试验标准》来完成整个试验内容。


2.2 电缆高压试验


电缆高压试验十分重要,因此,实验过程需要严格按照以下顺序进行:


(1)在电缆终端位置安装相应试验设备,并完成设备的调试工作。试验场地周围,需要试验人员设置围栏,并将“高压危险”警示牌放置在围栏附近,提醒行人注意安全。


(2)在进行高压试验前,试验人员需要完成电缆的绝缘电阻测量,务必保证电缆线与有关规定相符;


(3)将引线接与试验电缆终端接头中的一相连接;


(4)完成接线后检查试验回路接线与仪表,检查需要全面、仔细,保证连接的可靠性;


(5)在闭合试验电源后调整变频电源的频率,调试试验回路至达成谐振,并把调压器调至设备的初始位置;


(6)逐渐调节输出电压,直到达到试验电压,在维持此状态1h后将将试验电压迅速降到零,并断开试验电源,在接地线挂在高压端。


(7)进行试验的过程中,如果有闪络和击穿等异常现象出现,需要立即停止试验,并对电缆进行详细的检查,在确保电缆无损坏后继续进行耐压试验。


(8)确认无损坏后重复步骤6,如发生击穿、闪络现象后要对电缆进行修复,直至符合电缆耐高压试验的要求。


(9)完成电缆耐高压试验。


2.3 试验频率


由于电力电缆的电容量比较大,在对电缆进行耐高压试验时采用传统的工频试验变压器进行试验时由于工频试验变压器有体积大、工作电源大等缺点,使其在施工现场难以被采用,而串联谐振交流耐压设备由于其输入电源的容量小、体积小、重量轻且运输方便等诸多特点,使其于电缆高压试验中被广泛采用。目前,在电力电缆高压试验时由于30~300 Hz的调频式串联谐振试验设备存在自动调谐、多重保护、噪音低且灵活多变等诸多优点而应用广泛。


2.4 串联谐振电源的优点


(1)因串联谐振电源需要经过调节谐振电抗器与被测电缆电容间的频率来产生电压与电流,因此,在缆高压试验的整个过程中,只需要电源为系统提供部分有功消耗能量来节省电能的消耗。


(2)因串联谐振电源舍去笨重调压与调频装置,在很大程度上降低了设备的体积与重量,有效降低试验设备的占用面积。


(3)当采用串联谐振电源试验电缆发生击穿时,回路的电容值就会迅速改变,使系统脱谐,从而使电流下降、高电压消失、电弧即刻熄灭,有效的防止了短路电流烧伤事故的发生。


(4)谐振电源属于谐振式滤波电路,因此,能使畸变的电压输出波形改变为波形较好的正弦波形,避免输出电压发生波形畸变,从而能有效防止发生谐波峰值击穿试验电缆现象。


(5)若发生试验电缆击穿现象时,因谐振条件消失,伴随着高压也消失,使电弧即刻熄灭。并且由于再建立电压的过程需要很长时间也很容易造成闪落电压前断开电源现象的发生,但采用串联谐振电源不会出现任何恢复过电压。


3 电缆高压试验中采用变频串联谐振技术的发展前景


随着电力需求的扩大也伴随着电网覆盖面不断扩大,交联聚乙烯绝缘电缆被各地供电系统大量使用。由于传统电缆的直流高压试验,已经远远不能满足社会需求,转而采用携带轻便、结构简单的以串联变频谐振方式进行容性试品的交流耐压试验被广泛采用。变频串联谐振技术是当前电缆高压试验比较流行的一种新的方法与潮流,在未来国内外的电力发展中必得广泛利用。


4 结语


为满足城市的快速发展的需求,也为了改变原来架空输电线路而选用电缆线路输电的格局的状况,交联聚乙烯电缆在城市输电工程中被广泛的应用。而在对输电电缆进行施工过程中,为了使电缆的施工质量达到相关法律法规的要求,我们要经常的采用交流耐压试验对输电电缆的施工质量进行检测。将变频串联谐振技术应用于电缆高压试验的施工现场是非常科学的、实用的,也非常方便在实际工作中有效实施。


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