爱华网——利用有限试验设备对1.5km35KV电缆进行交流耐压试验 甘肃省敦煌市35KV光伏发电厂5条长度约800—1500米橡塑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，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害。因此，投运前对交联电缆进行耐压试验是十分必要的。 1.串联谐振耐压试验及其设备 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，试验变压器的额定电压或容量不能满足要求时，可采用串联谐振设备进行耐压试验。 串联谐振试验装置具有试验设备体积小，试验电源电压低、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，所以适用于高电压、大容量的电力设备的绝缘耐压试验。 原理：利用励磁变压器激发串联谐振回路，通过调节电感或改变电源的输出频率，使回路中的感抗和容抗相等，回路呈谐振状态，回路中无功趋于零。此时回路电流最大，即： Im=U/√R2+(XL-XC)2=U/R 式中：Im ——谐振时回路最大电流，A；R——回路等效电阻（一般主要为电抗器的内阻），Ω； U——励磁变压器高压侧的输出电压，V；XL——回路中的感抗，Ω； XC——回路中的容抗，Ω。 串联谐振分为调感式和调频式两种。 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，电感和电容两端的电压为： U0= Im (1/ωCX )= Im （ωL）=(U/R) Ωl 式中：U0 ——谐振时被试品的两端的电压，V； L ——可调电抗器电感，H； CX ——被试品电容量，F；ω——角频率。 Im ，U ,R同前式 原理图： 图中：T—励磁变压器；L—可调电感；CX—被试品；U—励磁电压；R—回路等效电阻； U0—谐振时被试品两端电压 电路谐振后电感或电容两端的电压U0 等于Q倍的励磁电压U。 即U0 =QU Q——回路品质因数 调感式谐振时，Q一般可达40～80，其计算式为：Q=100πL/R; 谐振时串联电抗器的电感计算式为：L=1/（100π）2C 由于此方法较难控制调节，现场不常采用，应用性不佳，所以这里我们不做过多的阐述讨论。 变频（调频）式串联谐振：运用串联谐振原理，采用调频调压方式，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于容抗，电路发生串联谐振，回路中的无功几乎为零。此时，电流最大，且与输入电压同相位，使电感或电容两端获得一个高于励磁电压Q倍的电压。 变频式谐振时，Q一般可达50～150，则： Q=ωL/R=UL/U=UC/U UL ——谐振时电感两端电压，V；UC ——谐振时电容两端电压，V。 原理图： 图中：FC—变频电源；T—励磁变压器；L—电感； R—回路等效电阻；CX—被试品；U—励磁电压；U0—谐振时被试品两端电压。 谐振频率计算：根据电感和电容计算频率，计算式为：f0=(1/2π√LC)×103 式中：f0 ——谐振频率，Hz；L——电抗器电感量，H； C——被试品和分压器电容，μF. 电感和电容中的电流计算：串联谐振电路中流过电感的电流等于流过电容的电流，电流计算式为： IC=IL=ωCX U×10-3 式中：IC 、IL ——流过电感和电容的电流，A。 串联谐振系统的主要特点：适用范围广，体积小、质量轻，试验容量大、试验电压高。安全可靠性高，操作简洁方便，试验等效性好。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。根据当前被试品，我们确定选择变频（调频）式串联谐振方法来进行交联聚乙烯高压电缆的交流耐压试验。 现有试验设备：型号：HVFS-6型/100KV（5KVA）调频式串联谐振试验装置； 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-YJV22-26/35 KV，导体截面积95mm2为例，按照《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》规定，橡塑电缆采用20～300Hz交流耐压试验，根据型号和电压等级可得电缆试验电压为2U0 ，试验时间为60min。 经计算得知，很明显，以上任何一套试验设备均无法满足该试验要求，因此我们大胆尝试将两套试验设备混合使用，也就是使用串联变频谐振并联补偿法进行试验分析。 2.运用串联变频谐振并联补偿法的计算分析 根据当前被试品，我们确定选择变频（调频）式串联谐振方法来进行交联聚乙烯高压电缆的交流耐压试验。 变频式串联谐振试验接线：如下图所示 图中：FC—变频电源；T—励磁变压器；L—谐振电抗器； CX—被试品；C1,C2—电容分压器高、低压臂电容 试验参数计算如下： 交联电缆等效电容量参数数据得：ZR-YJV22-26/35 KV，导体截面积95mm2 的电缆的电容值为0.135μf/km。则： 电缆电容量为： CX =1.5×0.135=0.2025（μf） US=2U0 =2×26=52（KV） f0=(1/2π√L CX) ×103 推出， L=〔1/（2πf0）2CX〕×106=〔1/（2×3.14×50）2×0.2025〕×106=50.08（H） 此时，选型时要考虑串联电抗器的电感量，我们一般把谐振频率设定在50HZ来计算所需的电感量，根据上式计算得出，大概需要的电感是50H；此时，我们可以选择用两节额定容量为130H的电抗器并联来减小电感量。 L=L1//L2=(L1*L2)/(L1+L2)=(130*130)/(130+130)=65(H) 但是，此时试验电压为52KV的条件无法满足，每节电抗器的额定电压为26KV（电抗器串联时电压升高，并联时不改变电压）。此时，一套设备无法同时满足电压和电流的试验要求。所以，我们决定将两套串联谐振试验设备混合使用，已达到试验目的。即：可以将6节电抗器3并3串进行试验。 注意：虽然用4节电抗器（2并2串）能够达到52KV的电压要求，但是没有预留电压余度，长时间满负荷运行会对设备造成损伤，为防止损伤试验设备，需增加电抗器数量。 此时，计算谐振频率为： L=3L1//3L2=(3L1×3L2)/(3L1+3L2) =195（H） f0=(1/2π√L CX) ×103=〔1/（2×3.14×√195×0.2025）〕×103= 25.34（Hz） 此时，回路中的电流为: IS=ωCX US ×10-3 =2πf0 CX US×10-3=2×3.14×25.34×0.2025×52×10-3=1675.69×10-3=1.675（A） Q取一个较低值40，则U励 = US /Q=52/40=1.3 计算励磁容量，P励 =U励×IS =1.3×1.675=2.1775 (kw) 此时，现有试验设备可以满足计算试验条件的要求，可以进行试验。 试验注意事项： 试验电源的容量必须满足试验要求。 为减小电晕损失，提高Q值，高压引线宜采用大直径金属软管，并尽量短。 试验装置的过电流、过压保护必须灵敏可靠，励磁变高压侧应装避雷器。 试验时必须在较低电压下调整谐振频率，然后才可以升压进行试验。 湿度对品质因数值影响很大，因此试验应在干燥的天气情况下进行。 现场接线注意事项： 应用专配接地线将各需接地部件连接，使得其中仅一点接到接地母线。特别注意控制箱、励磁变、分压器的接地端至地线组的O点（如现场接线图）应尽可能的短，不要任意延长接地线的长度。 为减小电抗器漏磁的干扰，应将接地线组与高压取样信号线（即分压器输出线）尽可能的并行放置，布线要集中不分散，且远离电抗器，绝对避免接地线组和高压取样信号线穿梭于电抗器之间。 高压设备应尽量靠近被试品，并与周围其它物体保持应有的空间距离。励磁变压器在电抗器与控制箱之间。小容量试品试验时，应尽可能使高压引线等固定，减小分布电容的变化，有利于试验电压的稳定。 高压引线宜采用大直径金属软管，并要求尽量短。 注意：试验电压大于26kv时，务必多个电抗器串联，若横向并列串联，则后一级电抗器底部必须加专用绝缘底座！ 对试验结果的分析判断： 试验中如无破坏性放电发生，则认为通过耐压试验。 在升压和耐压过程中，如发现电压表指针摆动很大，电流表指示急剧增加，电压往上升方向调节，电流上升、电压基本不变甚至有下降趋势，被试品冒烟、出气、焦臭、闪络、燃烧或发出击穿响声（或断续放电声），应立即停止升压，降压停电后查明原因。这些现象如查明是绝缘部分出现的，则认为被试品交流耐压试验不合格。如确定被试品的表面闪络是由于空气湿度或表面脏污等所致，应将被试品清洁干燥处理后，再进行试验。 被试品为有机绝缘材料时，试验后应立即触摸表面，如出现普遍或局部发热，则认为绝缘不良，应立即处理后，再做耐压试验。如果此次试验成功，以此类推，我们就可以用不同厂家，甚至不同电感量的电抗器进行混合使用（只要调压器、励磁变能够满足试验要求），来达到完成试验的目的。
3.试验接线与试验数据 组合谐振电抗器进行试验，接线如图所示： 组合谐振电抗器现场试验照片： 计算值与实测值对比 从计算值与实测值的对比看，数值非常接近。串联谐振并联补偿法可以扩展现有试验设备的能力，实现长距离交联聚乙烯电缆的交流耐压试验。被试的电缆越长，需要并联的电抗器越多，但也不能无限的增加。因为增加了并联电抗器，会降低整个试验系统的品质因数。若想成功实施试验，关键在于合理的配置和选择现有试验设备，以期达到最佳的试验参数，提高试验系统的品质因数。通过这次实践，我们积累了给长交联聚乙烯电缆进行交流耐压试验的经验，为今后的工作打下了坚实的基础。 参考文献 【1】《电气装置安装工程 电气设备交接试验标准》（GB 50150-2006） 【2】《现场绝缘试验实施导则》（DL/T 474-2006） 【3】《电力设备预防性试验规程》（DL/T 596-1996） 【4】陈天翔，王寅仲编著.电气试验.中国电力出版社，2005
