串聯諧振試驗裝置工作原理及系統配置
一、應用范圍
是運用串聯諧振的原理，利用勵磁變壓器激發串聯諧振回路，通過調節變頻控制器的輸出頻率，使得回路中的電抗器電感L和試品電容C發生串聯諧振，諧振電壓即為試品上所加電壓。變頻諧振試驗裝置廣泛用于電力、冶金、石油、化工等行業，適用于大容量、高電壓的電容性試品的交接和預防性試驗。
適用于10KV、35KV、110KV、220KV、500KV交聯聚乙烯電力電纜交流耐壓試驗
適用于66KV、110KV、220KV、500KV、GIS交流耐壓試驗
適用于大型發電機組、電力變壓器工頻耐壓
適用于電力變壓器的感應耐壓試驗
串聯諧振試驗裝置工作原理及系統配置
二、主要性能指標及特點
2．1 主要技術指標
（1）工作溫度范圍：-10~45℃
（2）工作濕度范圍：≤90%
（3）海拔：≤1000m
（4）供電電源電壓：380V±10%、三相或220V±10%、單相（10KW及以下）50/60Hz
（5）供電電源容量：0-100KW
（6）額定輸出電壓：0-500KV
（7）額定輸出容量：0-200KVA
（8）工作頻率范圍：30-300Hz（亦可根據用戶要求放寬頻率范圍）
（9）頻率調節分辨率：0.02Hz； 不穩定度≤0.05%
（10）噪音：≤60dB
（11）系統測量精度：1級
（12）輸出波形：正弦波，波形畸變率≤1%
（13）電抗器Q值：30-120
（14）系統具有IGBT、過電壓、過電流、試品閃絡等全自動保護
2．2 主要特點
2．2．1體積小、重量輕，適合于現場使用
變頻控制器集調壓、調頻、控制及保護功能為一體，省去了笨重的調壓器，而且操作方便、讀數直觀。由于系統Q值較高（30-120），有效地解決了由于電源容量的不足對現場試驗的制約。當電壓等級較高時，電抗器采用多級或疊積式結構，便于運用輸及現場安裝。
2．2．2安裝可靠性高
變頻裝置采用先進的設計思想、高品質的IGBT及驅動回路使輸出波形失真度小，頻率輸出穩定性好，具有良好的IGBT、過電流、過電壓（保護值可根據需要人為整定）以及放電保護功能，可保護設備及人身的**；當試品放電或擊穿時，由于諧振條件被破壞，短路電流小，只有試品試驗電流的1/Q，避免了因擊穿對試品造成的損壞。
2．2．3試驗的等效性好
采用接近工頻（30HZ-300HZ）的交流電壓作為試驗電源，無論是在等效性和一致性上都與50HZ/60Hz的工頻電源非常接近，保證了試驗結果的可靠性和真實性。
串聯諧振試驗裝置工作原理及系統配置
三、作原理及系統配置
3．1 工作原理
3．2系統配置
3．2．1變頻控制器
變頻控制器從結構上分為兩大類：20kW及以上為控制臺式，20kW以下為便攜箱式；它是由控制器和濾波器組成。在系統中變頻控制器的主要作用是把幅值和頻率固定的工頻380V或220V的正弦交流電轉變成為幅值和頻率可調的正弦波，并為整套設備提供電源。
變頻控制器具有IGBT保護、過流保護、過壓保護、放電保護、進線保護等可靠的保護功能，保證試驗人員和試品的**。
IGBT保護：當IGBT電流過大或過熱時，CPU將停止工作，直到系統恢復正常。
過壓保護：是指當試驗電壓超過人為整定的保護電壓（保護電壓可根據不同試驗電壓需要任意設定）時，控制器自動跳閘，CPU停止工作，并提示系統發生過壓保護。
過流保護：是當CPU檢測到母線工作電流超過IGBT工作電流或IGBT溫度過高時，CPU會發生過流保護信號，裝置停止工作，并通過液晶屏提示系統發生過流保護。
放電保護：當試器擊穿、短路或試品放電時，CPU停止工作，并切斷主回路。
進線保護、低通濾波器：不僅可以在穩態下使放電或擊穿電流小，而且使暫態（瞬時）電流的破壞減小，從而保證設備和人身的**。
測量部分：試驗人員可直接從變頻控制器控制面板上讀取輸入電壓、電流、當前工作頻率、變頻控制器輸出電壓、電流及試品上所加諧振電壓信號。
3．2．2勵磁變壓器
勵磁變壓器的作用是將變頻電源的輸出電壓升到合適的試驗電壓，滿足電抗器、負載在一不定期品質因數下試驗電壓的要求（勵磁變壓器的容量一般與變頻控制器相同）。為了滿足不同電壓等級、不同容量試品的試驗要求，勵磁變壓器高壓繞組一般有多個抽頭。
3．2．3高壓電抗器
高壓分壓器是高電壓測試器件，它由高壓臂C1和低壓臂C2組成，測量信號從低壓臂C2上引出，作為高壓電測量和保護信號。
3．3決定系統配置參數的因素
系統諧振電壓等級和容量取決于試品的電容量C，試驗電壓U試驗頻率f。
對于交聯聚乙烯電纜決定系統配置的主要是：電纜的電壓等級、電纜的截面積、試驗電纜的長度及電纜要求的諧振頻率范圍。
對于GIS決定系統配置的因素為：GIS的電壓等級、GIS的間隔數和每個間隔的電容量C，GIS允許的試驗頻率范圍。
對于變壓器、發電機等設備，系統的配置取決于試品的容量試驗電壓、試品的等效電容量C、要求的諧振頻率和試品的空載損耗的大小。
串聯諧振試驗裝置工作原理及系統配置
四、型號說明
4．1 系統型號說明
4．2 變頻控制器型號說明
4．3 勵磁變壓器型號說明
4．4 試驗電抗器型號說明
4．5 分壓器型號說明
串聯諧振試驗裝置工作原理及系統配置
五、試驗接線及操作步驟
測量各種被試品的接線示意圖
5．1交聯聚乙烯電纜《XLPE》的交流耐壓試驗
交聯聚乙烯電纜《XLPE》屬于固體絕緣電纜，是經過特殊的物理、化學方法交聯而成，具有良好的電氣及物理性能，在世界范圍內得到了廣泛的應用。我國自七十年代以來，交聯聚乙烯電纜也得到了迅速的發展，并逐步取代了常規中低壓油紙絕緣電纜，而且110KV、220KV等高壓電纜也在逐步推廣。
交聯聚乙烯電纜它*大的特點就是容量大，若是采用工頻或接近工頻的交流電壓試驗作為擠包絕緣電纜線路竣工試驗存在的*大困難是長線路需要很大容量的試驗設備：例如630平方毫米220KVXLPF電纜線路，電容量為0.188uF/Km，若電纜長3Km，則每相電纜試驗需要50Hz試驗設備的容量至少為2.9MVA（試驗電壓178KV試驗電流30A），因此，采用傳統的試驗變壓器的試驗方法已經遠遠不能滿足現場系統試驗容量的要求，變頻諧振試驗裝置利用變頻諧振的原理，使電源容量減少為試品容量的1/Q，設備的重量大大降低，使得高電壓、長距離電纜的現場試驗成為可能；同時利用試驗頻率允許在一定范圍內（30-300Hz）可調和試驗電抗器固定可調（單一電抗器電感是不可調的，但通過串并聯，總電感可調）的原理，使得系統的柔性大大增加。
電纜試驗的接線圖如下：
橡膠電纜的變頻交流耐壓試驗接線示意圖
5．2 GIS（氣體絕緣金屬封閉組合電器）的交流耐壓試驗
GIS是一種把斷路器、隔離開關、接地開關、電壓互感器、電流互感器、測量儀表組合在一起，并以SF6氣體絕緣的組合電器，一般由1-7個間隔組成，電容量一般在10000PF以下。
根據IEC517（補充）的標準，GIS試驗電壓的頻率范圍應在10-300Hz，與國標GB7674-1997等效。
我國“城網氣體絕緣變電站若干技術問題的暫行規定”對GIS的現場工頻耐壓值作了規定，取不超過出廠試驗電壓的90%。IEC517標準建議的試驗電壓為出廠試驗電壓的80%，并要求試驗頻率限制在10-300Hz范圍之內。
GIS的交流耐壓試驗接線圖如下：
GIS交流耐壓試驗接線圖
5．3大型變壓器的交流耐壓試驗（外施工頻交流耐壓及感應耐壓試驗）
變壓器應該進行外施耐壓試驗。它是考驗產品主絕緣電氣強度的*基本的絕緣試驗，是發現主絕緣是否合理，絕緣材料是無缺陷和制造工藝是否符合要求的重要手段之一，對試驗頻率一般要求在工頻，即45-65Hz。
采用變頻諧振的方式，通過補償電容器使諧振頻率控制在45-65Hz之內，由于回路諧振時Q值高，這樣可大大減小試驗電源的容量，并且頻率可調，也增大了設備的應用范圍，試驗接線如下圖所示：
感應耐壓的倍數，對于電力變壓器一般采用額定電壓的兩倍，為了不使鐵心中磁通飽和，應使用兩倍以上額定頻率的電源裝置。一般規定頻率應在100-400Hz范圍內，但經驗證明感應耐壓試驗的頻率一般為150-200Hz為宜。
5．4大型發電機組的交流耐壓試驗
根據國家和地方電力部門的規定發電機在制造、安裝、檢修和運行以及預防性試驗中都應進行交流耐壓試驗，試驗時試驗電壓和工作電壓的波形、頻率一致，作用于絕緣內部的電壓分布及擊穿性能能夠適應發電同的工作狀態，試驗電壓一般為0.75（2Un+3000）或1.5Un，頻率要求為工頻。
采用YHCX變頻串聯諧振試驗成套裝置再配上合適的補償電容器在頻率和容量上都可以很地滿足發電機的交流耐壓要求。
試驗接線如下圖：
發電機的交流耐壓接線示意圖
5．5其它試品的交流耐壓試驗
互感器、套管等設備在作耐壓試驗時，都相當于一電容，利用電抗器和補償電容器也可以使系統在50Hz附近發生諧振，達到工頻絕緣試驗的目的。
說明：交流耐壓試驗方案請參照相關標準或規程或本公司《YHCX變頻串聯諧振成套試驗裝置資料匯編》。
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六、試驗操作步驟及注意事項
6．1試驗操作步驟
1.根據各種試品接線方法，保證各點的接觸良好，保證一點接地，且接地點距分壓器*近。
2.確保連接無誤后接通電源。
3.打開主機電源開關會顯示主菜單
4.將光標移至：試驗參數設置；按確認鍵。進行各項參數的修改，用上下左右和確認鍵執行。
然后返回主菜單。
5. 將光標移至：系統參數設置：按確認鍵。進行時間參數的修改，用上下左右和確認鍵執行。
6. 將光標移至：進入試驗：按確認鍵。
7. 此時接上IGBT的輸入電壓選擇試驗方法，進行試品的試驗，用確認鍵執行。
8. 選擇手動試驗時，首先進行的是找到試品諧振點，用上下鍵進行，使試驗電壓在*高點；在完成了此項操作后請按面板調壓鍵用左右鍵移位，上鍵增加激勵功率當接近試驗電壓后用右移鍵將光標移至小數點后慢慢增加功率防止試品擊穿，到額定電壓后主機開始自動計時至設定時間退出試驗。選擇自動試驗時只要按了確認鍵就不要這些操作了。
9.進入試驗前注意試品的**距離，確保人生**。
10.主菜單的測試操作項請你不要任意改動，防止丟失。
6.2 注意事項
1. 在給整機加電以前,一定要仔細檢查各輸入輸出接線是否正確和牢固.接地是否可靠,接地線采用一點接地，從面板上引出（接地線*好用裸銅線）。
2．試驗時，電抗器不可置于鐵板等導電材料上。
3．試驗升壓之前需要整定過電壓保護值，以防止試驗過程中意外分閘。
4．當變頻控制器提示過電壓保護、過流保護或放電保護時，請退出試驗，重新整定電壓電流保護值，再進入試驗。
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七、常見故障及分析
主機找不到諧振點。
原因：系統諧振點在主機的輸出頻率范圍之外；系統接線錯誤；
系統未可靠接地；高壓采樣反饋信號開路或連接不可靠；試品有故障。
勵磁變壓器無輸出電壓或者低電壓輸出。
主機復位。
原因：主機供電電源波動；外界強磁場干擾；主機未可靠接地；
Ｑ值偏低，即電壓升不上去，或升不高。
原因：試品放電泄漏；
電抗器磁路受干擾，例如電抗器被放置在磁場屏蔽范圍內。
電源跳閘。
原因：諧振系統回路短路。
說明：以上故障原因僅供參考。
注意：
請勿擅自打開箱體，拆卸或更換元器件，如有質量問題，請與本公司聯系。
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八、維護
8．1日常維護
對于串聯諧振成套裝置各部件，應定期檢查，確保結構堅固。不使用時，應存放于干燥、清潔場地，防止雨水、灰塵進入裝置內部。
8．2運輸
運輸時請確保各裝置固定，不松動，適當加以緩震保護。搬運時，輕拿輕放，請勿拋摔！
質保期內，若因本公司產品質量問題不能正常使用，本公司將終身維修。
九、隨機文件
1、使用說明書 2份
2、保修卡/合格證 1份
十、附錄一：部分設備（試品）的電容值：
交聯聚乙烯電纜每公里電容量
|
電纜導體截面積（平方毫米）
|
電容量（uF/Km）
|
|
YJV、YJLV
6/6KV、6/10KV
|
YJV、YJLV
8.7/10KV、8.7/15KV
|
YJV、YJLV
12/20KV
|
YJV、YJLV
21/35KV
|
YJV、YJLV
26/35KV
|
|
1*35
|
0.212
|
0.173
|
0.152
|
|
|
|
1*50
|
0.237
|
0.192
|
0.166
|
0.118
|
0.114
|
|
1*70
|
0.270
|
0.217
|
0.187
|
0.131
|
0.125
|
|
1*95
|
0.310
|
0.240
|
0.206
|
0.143
|
0.135
|
|
1*120
|
0.327
|
0.261
|
0.223
|
0.153
|
0.143
|
|
1*150
|
0.358
|
0.284
|
0.241
|
0.164
|
0.153
|
|
1*185
|
0.388
|
0.307
|
0.267
|
0.180
|
0.163
|
|
1*240
|
0.430
|
0.339
|
0.291
|
0.194
|
0.176
|
|
1*300
|
0.472
|
0.370
|
0.319
|
0.211
|
0.190
|
|
1*400
|
0.531
|
0.418
|
0.352
|
0.231
|
0.209
|
|
1*500
|
0.603
|
0.438
|
0.388
|
0.254
|
0.232
|
|
1*630
|
0.667
|
0.470
|
0.416
|
0.287
|
0.256
|
|
電纜導體截面積（平方毫米）
|
電容量（uF/Km）
|
|
YJV、YJLV
6/6KV、6/10KV
|
YJV、YJLV
8.7/10KV、8.7/15KV
|
YJV、YJLV
12/20KV
|
YJV、YJLV
21/35KV
|
YJV、YJLV
26/35KV
|
|
3*35
|
0.212
|
0.173
|
0.152
|
|
|
|
3*50
|
0.237
|
0.192
|
0.166
|
0.118
|
0.114
|
|
3*70
|
0.270
|
0.217
|
0.187
|
0.131
|
0.125
|
|
1*95
|
0.310
|
0.240
|
0.206
|
0.143
|
0.135
|
|
3*120
|
0.327
|
0.261
|
0.223
|
0.153
|
0.143
|
|
3*150
|
0.358
|
0.284
|
0.241
|
0.164
|
0.153
|
|
3*185
|
0.388
|
0.307
|
0.267
|
0.180
|
0.163
|
|
3*240
|
0.430
|
0.339
|
0.291
|
0.194
|
0.176
|
|
3*300
|
0.472
|
0.370
|
0.319
|
0.211
|
0.190
|
|
3*400
|
0.531
|
0.418
|
0.352
|
0.231
|
0.209
|
|
3*500
|
0.603
|
0.438
|
0.388
|
0.254
|
0.232
|
|
3*630
|
0.667
|
0.470
|
0.416
|
0.287
|
0.256
|
|
電纜導體截面積（平方毫米）
|
電容量（uF/Km）
|
|
YJV、YJLV
64/110KV
|
YJV、YJLV
128/220KV
|
|
3*240
|
0.129
|
|
|
3*300
|
0.139
|
|
|
3*400
|
0.156
|
0.118
|
|
1*500
|
0.169
|
0.124
|
|
3*630
|
0.188
|
0.138
|
|
3*800
|
0.214
|
0.155
|
|
3*1000
|
0.231
|
0.172
|
|
3*1200
|
0.242
|
0.179
|
|
3*1400
|
0.259
|
0.190
|
|
3*1600
|
0.273
|
0.198
|
|
3*1800
|
0.284
|
0.207
|
|
3*2000
|
0.296
|
0.215
|
|
3*2200
|
|
0.221
|
|
3*2500
|
|
0.232
|
60KV級全絕緣變壓器的電容（PF）
|
試品容量（KVA）
類別
|
630
|
2000
|
3150
|
6300
|
8000
|
1600
|
|
高壓-地
|
2700
|
4100
|
4600
|
5900
|
7000
|
8200
|
|
低壓-地
|
4200
|
6600
|
7900
|
10000
|
11000
|
15300
|
110KV中性點分級絕緣變壓器的電容（PF）
|
試品容量（KVA）
類別
|
50000
|
31500
|
20000
|
10000
|
5600
|
|
高壓-中壓、低壓、地
|
14200
|
11400
|
8700
|
6150
|
4200
|
|
中壓-高壓、低壓、地
|
24800
|
11800
|
13200
|
9600
|
|
|
低壓-高壓、中壓、地
|
19300
|
19300
|
12000
|
9400
|
6800
|
220KV級中性點非全級絕緣部分變壓器的電容（PF）
|
試品型號
|
SETSL-63000
|
SSPSL-120000
|
SSPSL-240000
|
|
類型
|
高壓-中壓、低壓及地
|
12100
|
13500
|
17050
|
|
中壓-高壓、低壓及地
|
18500
|
19700
|
23260
|
|
低壓-高壓、中壓及地
|
18200
|
23600
|
29940
|
|
試品型號
|
SETSL-240000
|
SSPSL-360000
|
SSPSL-120000
|
|
類型
|
高壓-中壓、低壓及地
|
32230
|
33910
|
38020
|
|
中壓-高壓、低壓及地
|
|
|
23260
|
|
低壓-高壓、中壓及地
|
22470
|
23790
|
22160
|
部分發電機的電容值
|
類別
|
型號
|
生產廠家
|
額定容量(MW)
|
額定電壓(KV)
|
相電容(uf)
|
|
汽
輪
發
電
機
|
QFS-125-2
|
上海電機廠
|
125
|
13.8
|
0.08-0.12
|
|
QFSN-200-2
|
哈爾濱電機廠
|
200
|
15.75
|
0.19-0.21
|
|
QFQS-200-2
|
東方電機廠
|
200
|
15.75
|
0.1928-0.21
|
|
QFQS-200-2
|
北京重型電機廠
|
200
|
15.75
|
0.18-0.19
|
|
QFS-300-2
|
上海電機廠
|
300
|
18.0
|
0.16-0.20
|
|
QFSN-300-2
|
上海電機廠
|
300
|
18.0
|
0.18-0.20
|
|
ATB-2
|
美國GE公司
|
352
|
23.0
|
0.268(設計值)
|
|
TBB-320-2
|
(前蘇聯)
|
320
|
22.0
|
0.31
|
|
2-105*234
|
美國西屋公司
|
600
|
20.0
|
0.2(工廠試驗值)
|
|
50WT23E-138
|
ABB
|
600
|
22.0
|
0.253(設計值)
|
|
水輪
發電機
|
|
|
72.5-85
|
10.5
|
0.694
|
|
|
|
300
|
15.75
|
1.7-2.5
|
|
|
|
400
|
18.0
|
2-2.5
|
十、附錄二：部分設備試驗電壓標準：
電纜30-75Hz的交流耐壓試驗電壓
|
電纜額定電壓
|
交接試驗電壓
|
預防性試驗電壓
|
|
U。-U
|
倍數
|
電壓值(KV)
|
倍數
|
電壓值(KV)
|
|
1.8/3
|
2U。
|
3.6
|
1.6U。
|
3
|
|
3.6/6
|
2U。
|
7.2
|
1.6U。
|
6
|
|
6/6
|
2U。
|
12
|
1.6U。
|
10
|
|
6/10
|
2U。
|
12
|
1.6U。
|
10
|
|
8.7/10
|
2U。
|
17.4
|
1.6U。
|
14
|
|
12/20
|
2U。
|
24
|
1.6U。
|
19
|
|
21/35
|
2U。
|
42
|
1.6U。
|
34
|
|
26/35
|
2U。
|
52
|
1.6U。
|
42
|
|
64/110
|
1.7U。
|
109
|
1.36U。
|
87
|
|
127/220
|
1.4U。
|
178
|
1.15U。
|
146
|
變壓器的交流耐壓試驗電壓標準
|
額定電壓KV
|
*高工作電壓KV
|
線端交流試驗電壓值KV
|
中性點交流試驗電壓值KV
|
|
全部更換繞組
|
部分更換繞組或交接時
|
全部更換繞組
|
部分更換繞組或交換時
|
|
<1
|
≤1
|
3
|
2.5
|
3
|
2.5
|
|
3
|
3.5
|
18
|
15
|
18
|
15
|
|
6
|
6.9
|
25
|
21
|
25
|
21
|
|
10
|
11.5
|
35
|
30
|
35
|
30
|
|
15
|
17.5
|
45
|
38
|
45
|
38
|
|
20
|
23.0
|
55
|
47
|
55
|
47
|
|
35
|
40.5
|
85
|
72
|
85
|
72
|
|
110
|
126
|
200
|
170(195)
|
95
|
80
|
|
220
|
252.0
|
360
|
306
|
85
|
72
|
|
395
|
336
|
(200)
|
(170)
|
|
500
|
550.0
|
630
|
536
|
85
|
72
|
|
680
|
578
|
140
|
120
|
發電機定子繞組交流耐壓試驗標準
|
周期
|
要求
|
|
大修前
|
(1)全部更換定子繞組并修好后的試驗電壓如下:
|
|
容量KW或KVA
|
額定電壓UnV
|
試驗電壓V
|
|
小于10000
|
36以上
|
2Un+1000但*低為1500
|
|
10000及以上
|
6000以下
|
Un
|
|
6000-18000
|
Un+3000
|
|
18000以上
|
按專門協議
|
|
更換繞組后
|
(2)大修前或局部更換定子繞組并修好后試驗電壓為:
|
|
運行20年及以下者
|
1.5Un
|
|
運行20年以上與架空線路直接連接者
|
1.5Un
|
|
運行20年以上不與架空線路直接連接者
|
(1.3-1.5)Un
|
|
說明:
-
應在停機后**污穢前熱狀態下進行。處于備用狀態時，可在冷狀態下進行。
-
水內冷電機一般應在通水的情況下進行試驗，進口機組按廠家規定。
-
|