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串联谐振交流耐压试验
2021-05-23

  电力工业是关系国计民生的基础产业,近年来人民的生活水平不断提高,用电需求量的不断增大,导致电力设备要承受高工作电压、电流的频繁作用,致使电力设备运行发生的事故中有很大一部分为绝缘故障,任何电力故障或事故的发生都将影响到电力系统的正常运行和电力用户的正常生产和生活,将会给国民经济造成重大损失,带来不良社会影响,电力系统中任一电压等级的电力变压器、气体绝缘开关、GIS、XLPE 交联电力电缆、互感器及套管等电力设备的安全运行,都是电力系统安全可靠运行的重要保障,因此任何高压电气设备在投入电力线路运行之前必须进行耐压试验,为了确保高电压电力设备安全、稳定的运行,对其进行绝缘耐压性能检测是必不可少的步骤,这样不仅可进一步提高我国电力电网供电的可靠性,避免或减少隐形绝缘故障停电事故的发生,而且将会提高我国电力设备的绝缘状况检测和故障诊断水平,具有重大的科学意义和现实意义。


  传统的交流耐压试验电源采用模拟器件产生幅值、频率可调的正弦信号,由大功率三极管组成的多级放大电路得到大功率交流信号,这种电路设计复杂,不易维护,不能适应大范围应用,由于电力电子技术的不断发展,数字控制芯片和大功率开关器件广泛应用逐渐取代了传统方法,本文研究的调频式串联谐振交流试验装置是电力设施进行耐压试验必不可少的检验设备,通过对电力设备进行耐压试验,可以确定设备内部的绝缘耐压性能及清洁度是否达到规定要求,设备的制造及性能良好与否,该试验装置具有测试范围大、电源容量小、试验装置重量轻体积小、被测试品输出电压波形良好及试品击穿后能快速失谐保护等特点,因此调频式串联谐振交流试验装置能够广泛应用于电力设备耐压值检测,有效地检验电气设备绝缘耐压性能,保证了电力设备安全稳定可靠运行。


  交流耐压试验方法国内外发展现状


  根据电力设备的耐压等级检测方法,绝缘耐压试验分为直流耐压试验和交流耐压试验两种,直流耐压试验把高压直流电源作为试验电源,输出预定的高电压等级来对一定长度电力电缆进行试验,在以前的电力电缆的耐压值检测都是采用这种方法。


  随着近几年国内外反复试验发现存在这样一个现象:在直流耐压试验中检测出来的绝缘击穿点往往在交流运行条件下不易击穿,而在交流情况下容易发生绝缘击穿点在直流耐压试验中却常常检测不出来,这样在直流耐压试验中往往表现良好的电缆在正常运行过程中也可能发生绝缘击穿事故,除此之外经常对电缆做直流耐压试验对电缆本身也会产生影响,德国


Sechiswag 公司在 1978~1980 年 41 个回路的 10 k V 电压等级的 XLPE 电缆中,发生故障 87 次,瑞典对投运的超出 9000 km 的 3 k V~24.5 k V电压等级XLPE 电缆做过统计,发生故障 107 次,国内也曾多次发生电缆事故,而其中的很大一部分是由于对电缆进行直流耐压试验产生的负面效应引起,据此,国内外权威机构针对电力电缆的直流耐压方法提出质疑,推荐采用交流耐压试验方法取代直流耐压试验方法来对电力设备进行耐压试验。


  交流耐压试验方法


  国内外 XLPE 电力电缆进行耐压试验的研究和大量试验数据表明:在采用工频或者工频附近频率范围内的正弦交流信号对电缆进行试验得到的电压波形与实际运行电压波形等同,根据 1997 年的国际大电网会议 CIGRE  (International  Conference  on Large High-Voltage Electric Systems)工作组的报告,推荐交流试验电源输出频率范围取 30Hz ~ 300Hz 之间作为XLPE 电缆的现场交接预防性试验使用,然而对于可以等效为电容性的电力设备如高电压电容器、交联聚乙烯电力电缆 XLPE 及大容量发电机,往往需要很大的电源容量,这样就给试验带来困难,而利用串联谐振原理,在试验回路中串联电抗器,调节试验电源输出电压的频率,使之和试验回路的谐振频率相等时,被测试品的等效电容和电感上产生大小相等、极性相反的无功谐振电压,这样很大程度上减少了试验系统输入的电源容量和试验装置的体积,由谐振实现方法的不同,可以分为调感式和调频式两种方式使试验回路发生谐振以此对电力设备进行交流耐压试验。


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