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变频并联/串联谐振技术及装置的应用
2021-11-11

交联聚乙烯(XLPE)电缆因其绝缘和机械性能好,安装维护方便,故障率低等特点已被广泛使用。但围绕对XLPE电缆在安装交接和预防性试验时采用直流还是交流试验方法是大家共同关心的问题。上世纪80年代至90年代中期,加拿大、德国、美国等先进国家制定了相应的交流耐压试验标准并推广应用。从90年代末开始,我国的广东、北京等地出台了对XLPE电缆做交流试验的暂行规定,随着国标GB50150-2006《电气安置安装工程电气设备交接试验标准》及DL/T849.6—2004《电力设备专用测试仪器通用技术条件》的颁布实施,结合各省和地区制定的试验规程,对XLPE电缆进行交流耐压试验已成为共识。


变频谐振


一、变频谐振的主要用途及优越性


变频谐振试验主要用于对大容量的容性电力设备的现场交流耐压试验,如中低压、高压、超高压的交联聚乙烯(XLPE)电缆,全封闭组合电器(GIS),发电机定子,大型变压器和电力电容器等。


大家知道,如上所述的电力设备其交接或预防性试验用工频进行交流耐压试验是最好的,但由于试品电容量大,需要的设备功率庞大而无法进行现场试验,可替代的调感式串联谐振试验也由于设备大且复杂仅用于对发电机定子的耐压试验和实验室。70年代末,国外电力部门发现了直流耐压试验对橡塑绝缘是无效的且具有危害性,所以,目前,国内已不推荐甚至禁用直流法做XLPE电缆试验。因为XLPE电缆致命的一个弱点是绝缘内容易产生水树枝,在直流电压作用下会迅速变为电树枝并形成放电,加速了绝缘劣化;而单纯的水树枝在交流工作电压下还能保持相当的耐压值并能保持一段时间。国内外的调查研究和实践都表明,直流耐压试验不能有效发现交流电压作用下的某些缺陷,如电缆附件内的机械损伤等。而采用超低频(0.1Hz)交流试验方法设备体积虽减小了,但也有其局限性。首先,目前国内产品均采用半电子半机械(大功率开关每5秒切换一次)方式来产生0.1Hz频率,输出波形无法达到等效性好的正弦方波;其次,试验时间通常要求1小时(三相同做时为1小时,若发现有缺陷时再分相做,每相1小时),工作效率是比较低的;同时,超低频(0.1Hz)耐压试验只适用于中低压、高压XLPE电缆,无法满足超高压电缆主绝缘的试验要求。


国际大电网会议(CIGRE)21—09工作组于1997年发表的《高压挤包绝缘竣工验收试验导则》中指出:30—300Hz交流耐压试验与工频耐压的等效性良好,推荐用此方法进行电缆交流试验并制定了试验电压标准。基于一些高校实验室的理论和模拟试验研究以及国外十几年来采用变频试验的经验,其等效性好,效率高,设备轻便,试品长度几乎不受限制。IEC60840标准中推荐45—150kV电压等级敷设后电缆试验标准中增加了1.7/5min或1/24h的交流试验标准;IEC62067/CD草案中对220kV等级则只提出了交流试验的要求,频率为:20—300Hz。


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            *个别省、区规定交接试验为60分钟。




二、变频谐振的理论基础及设备的组成


1.谐振的概念


谐振定义:电路输入端电压u与电流同相,称为谐振。通常分串联谐振(电压谐振)和并联谐振(电流谐振)。


1、谐振的理论基础


2、串联变频谐振装置的组成


串联变频谐振装置是通过改变系统的电感量和试验频率,使回路处于谐振状态。因为我们讲的试验主要考核试品的耐压程度,故选用串联谐振,亦称电压谐振。采用变频谐振技术使试验电源的容量降低,设备重量大大减轻,便于现场试验。主要有以下部分:


变频电源:频率在30—300Hz连续可调的功率源。通常规格有5KVA、10KVA、20KVA、50KVA……。


励磁变压器:用于给电感、电容谐振系统提供能量的变压器,特点是变压器的铁芯特性能适用较宽频率下的电压响应,与变频源配套使用。规格有:5KVA、10KVA、20KVA、50KVA……。


谐振电抗器:用于同试品电容进行谐振,以获得高电压(或大电流)的电抗器。规格有:30H/20KV/2A40H/40KV/3A……,一般配1—3个可根据需要串并组合。


电容分压器:用于精确测量试品端所加电压值。规格有:100KV、150KV……


三、现场使用注意事项


1、使用前的准备


a.了解XLPE电缆的电压等级、长度和截面积,查阅该规格电缆电容量(uF/km),计算总电容量。如:8.7/10kV、300mm2、5km长查表知:


该规格电缆每公里电容量为0.37uF则:C=5×0.37uF/1km=1.85uF


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b、依据电缆规格,查阅本地区规程要求的试验电压。


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目前国内大部分厂家提供的设备技术上比较成熟,各种保护及数据存储、打印等功能齐全。有采用菜单式操作大屏幕LCD显示,也有数显及指针表显示,生产厂家一般提供自动/手动两种操作方式供用户使用。


整套仪器可完成500KV及以下电压等级电缆、GIS、变压器、开关等的交接及预防性试验。


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