变频串联谐振试验成套装置 75kVA/75kV/1A30～300Hz

 满足试品范围

1、10kV/300mm²电缆1.5km的交流耐压试验，电容量≤0.5632uF，试验频率30-300Hz，试验电压22kV，试验时间5min。

2、35kV/300mm²电缆0.35km的交流耐压试验，电容量≤0.0681uF，试验频率30-300Hz，试验电压52kV，试验时间60min。

3、35kV主变的交流耐压试验，电容量≤0.02uF，试验频率45-65Hz，试验电压不超过68kV，试验时间1min。

4、10kV开关等电气设备的交流耐压试验，试验频率30-300Hz，试验电压不超过42kV，试验时间1min。

一、  装置主要组成

二、  主要技术参数及功能

1. 额定容量：75kVA
2. 额定电压：25kV；75kV
3. 额定电流：3A；1A
4. 测量精度：系统有效值1.5级
5. 工作频率：30-300Hz
6. 装置输出波形：正弦波
7. 品质因素：装置自身Q≥30(f=45Hz)
8. 波形畸变率：输出电压波形畸变率≤1%
9. 输入电源：单相220或三相380V电压，频率为50Hz
10. 工作时间：额定负载下允许连续60min；过压1.1倍1分钟
11. 温升：额定负载下连续运行60min后温升≤65K
12. 保护功能：过压、过流、零位启动、系统失谐（闪络）等保护功能
13. 环境温度：－20℃-55℃
14. 相对湿度：≤90%RH
15. 海拔高度:  ≤3000米

三、  装置容量验证

装置容量定为75kVA，分三节电抗器，电抗器单节为25kVA/25kV/1A/110H。

验证：1、10kV/300mm²电缆1.5km的交流耐压试验，电容量≤0.5632uF，试验频率30-300Hz，试验电压22kV，试验时间5min。

使用电抗器三节并联，则L=110/3=36.7H ，则：

试验频率：f=1/2π√LC=1/(2×3.14×√36.7×0.5632×10^-6)=35.01Hz

试验电流：I=2πfCU_试 =2π×35.01×0.5632×10^-6×22×10³=2.73A

2、35kV/300mm²电缆0.35km的交流耐压试验，电容量≤0.0681uF，试验频率30-300Hz，试验电压52kV，试验时间60min。

使用三节电抗器串联（互感系数1.2），L=110×3×1.2=396H

试验频率：f=1/2π√LC=1/(2×3.14×√396×0.0681×10^-6)=30.65Hz

试验电流：I=2πfCU_试 =2π×30.65×0.0681×10^-6×52×10³=0.68A

3、35kV主变的交流耐压试验，电容量≤0.02uF，试验频率45-65Hz，试验电压不超过68kV，试验时间1min。

使用电抗器三节串联（互感系数1.2），则L=110×3×1.2=396H ，则：

试验频率：f=1/2π√LC=1/(2×3.14×√363×0.02×10^-6)=56.55Hz

试验电流：I=2πfCU_试 =2π×56.55×0.02×10^-6×68×10³=0.48A

满足实验要求。

四、  试验时设备组合方式

五、  系统配置参数

1. 变频电源ZSXZ-6kW                                  1台
   1. 额定输出容量：6kW
   2. 工作电源：220/380±10%V（单/三相），工频
   3. 输出电压：0–400V
   4. 额定输入电流：1
   5. 额定输出电流：1
   6. 电压分辨率： 0.01kV
   7. 电压测量精度：1.5%
   8. 频率调节范围：30–300Hz
   9. 频率调节分辨率：≤0.1Hz
   10. 频率稳定度：0.1%
   11. 运 行 时 间：额定容量下连续60min
   12. 额定容量下连续运行60min元器件温度≤65K;
   13. 噪 声 水 平：≤50dB

1. 尺寸（长宽高mm）：400×280×400
2. 重  量：约10kg

1. 激励变压器ZSJL-6kVA/1.5/3/6kV/0.4kV               1台

1. 额定容量：6kVA
2. 输入电压：0-400V
3. 输出电压：1.5/3/6kV
4. 结    构：干式
5. 尺寸（长宽高mm）：450×330×430
6. 重    量：约45kg

1. 高压电抗器ZSDK-25kVA/25kV                         3节

1. 额定容量：25kVA;
2. 额定电压：25kV
3. 额定电流：1A
4. 电 感 量：110H/单节
5. 品质因素：Q≥30 (f=45Hz)
6. 结    构：干式
7. 尺寸（内径高mm）：∅282×435
8. 重    量：约45kg
   1. 电容分压器ZSFY-1000pF/80kV                       1套

1. 额定电压：80kV
2. 高压电容量：1000pF
3. 介质损耗：tgσ≤0.5%
4. 分 压 比：1000：1
5. 测量精度：有效值1.5级
6. 尺寸（内径高mm）：∅140×1000
7. 重    量：约8kg

六、  供货清单

七、  参考实验标准

DL/T 596-1996               《电力设备预防性试验规程》

GB50150-2016                《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》

GB10229-88                  《电抗器》

GB1094                      《电力变压器》

GB1094.1-GB1094.6-96       《外壳防护等级》

GB2900                      《电工名词术语》

GB/T16927.1~2-1997         《高电压试验技术》

DL/T474.4-2006             《现场绝缘试验实施导则－交流耐压试验》

DL/T1015                   《现场直流和交流耐压试验电压测量系统的使用导则》

GB/T311.1-1997              《高压输变电设备的绝缘与配合》

GB191-2000                  《包装储运图示标志》

JB/T9641-1999              《试验变压器》

IEC358(1990)               《耦合电容器和电容分压器》

GB4793-1984                《电子测量仪器安全要求》

GB/T3859.2-1993            《半导体变流器应用导则》

GB/T2423.8-1995            《电工电子产品基本环境试验规程》

DL/T849.6-2004             《电力设备测试仪器通用技术条件第6部分：高压谐振试验装置》

章 产品概述

该装置主要针对交联电缆、水力发电机、主变、母线、GIS等的交流耐压试验，具有较宽的适用范围，是地、市、县级高压试验部门及电力安装、修试工程单位理想的耐压设备。

该装置主要由变频控制电源、激励变压器、电抗器、电容分压器、补偿电容器（选配）组成。

串联谐振在电力系统中应用的优点：

1、所需电源容量大大减小。串联谐振电源是利用谐振电抗器和被试品电容谐振产生高电压和大电流的，在整个系统中，电源只需要提供系统中有功消耗的部分，因此，试验所需的电源功率只有试验容量的1/Q。

2、设备的重量和体积大大减少。串联谐振电源中，不但省去了笨重的大功率调压装置和普通的大功率工频试验变压器，而且，谐振励磁电源只需试验容量的1/Q，使得系统重量和体积大大减少，一般为普通试验装置的1/10-1/30。

3、改善输出电压的波形。谐振电源是谐振式滤波电路，能改善输出电压的波形畸变，获得很好的正弦波形，有效的防止了谐波峰值对试品的误击穿。

4、防止大的短路电流烧伤故障点。在串联谐振状态，当试品的绝缘弱点被击穿时，电路立即脱谐，回路电流迅速下降为正常试验电流的1/Q。而并联谐振或者试验变压器方式做耐压试验时，击穿电流立即上升几十倍，两者相比，短路电流与击穿电流相差数百倍。所以，串联谐振能有效的找到绝缘弱点，又不存在大的短路电流烧伤故障点的隐患。

5、不会出现任何恢复过电压。试品发生击穿时，因失去谐振条件，高电压也立即消失，电弧即刻熄灭，且恢复电压的再建立过程很长，很容易在再次达到闪络电压前断开电源，这种电压的恢复过程是一种能量积累的间歇振荡过程，其过程长，而且，不会出现任何恢复过电压。

变频串联谐振试验成套装置 75kVA/75kV/1A30～300Hz?主要功能及其技术特点：

1、装置具有过压、过流、零位启动、系统失谐（闪络）等保护功能，过压过流保护值可以根据用户需要整定，试品闪络时闪络保护动作，以保护式品。

2、整个装置单件重量很轻，便于现场使用。

3、装置具有三种工作模式，方便用户根据现场情况灵活选择，提高试验速度。

工作模式为：全自动模式、手动模式、自动调谐手动升压模式。

4、能存储和异地打印数据，存入的数据编号是数字，方便的帮助用户识别和查找。

5、装置自动扫频时频率起点可以在规定范围内任意设定，同时液晶大屏幕显示扫描曲线，方便使用者直观了解是否找到谐振点。

6、采用了DSP平台技术，可以方便的根据用户需要增减功能和升级，也使得人机交换界面更为人性化。

第二章 串联谐振原理

本篇将和大家讨论串联谐振的原理，并分析串联谐振现象的一些特征，探索串联谐振现象的一些基本规律，以便在应用中能更自如的使用串联谐振和分析在试验过程中发生的一些现象。

一、串联谐振的产生

谐振是由R、L、C元件组成的电路在一定条件下发生的一种特殊现象。首先，我们来分析R、L、C串联电路发生谐振的条件和谐振时电路的特性。图1所示R、L、C串联电路，在正弦电压U作用下，其复阻抗：

此时电路阻抗Z(ω₀)＝R为纯电阻。电压和电流同相，我们将电路此时的工作状态称为谐振。由于这种谐振发生在R、L、C串联电路中，所以又称为串联谐振。式1就是串联电路发生谐振的条件。由此式可求得谐振角频率ω₀如下： 式中电抗X＝X_L—Xc是角频率ω的函数，X随ω变化的情况如图2所示。当ω从零开始向∞变化时，X从﹣∞向﹢∞变化，在ω＜ω₀时、X＜0，电路为容性；在ω＞ω₀时，X＞0，电路为感性；在ω＝ω₀时

谐振频率为

由此可知，串联电路的谐振频率是由电路自身参数L、C决定的．与外部条件无关，故又称电路的固有频率。当电源频率一定时，可以调节电路参数L或C，使电路固有频率与电源频率一致而发生谐振；在电路参数一定时，可以改变电源频率使之与电路固有频率一致而发生谐振。

二、串联谐振的品质因数

串联电路谐振时，其电抗X(ω₀)＝0，所以电路的复阻抗

呈现为一个纯电阻，而且阻抗为小值。谐振时，虽然电抗X＝X_L—Xc=0，但感抗与容抗均不为零，只是二者相等。我们称谐振时的感抗或容抗为串联谐振电路的特性阻抗，记为ρ，即

ρ的单位为欧姆，它是一个由电路参数L、C决定的量，与频率无关。

    工程上常用特性阻抗与电阻的比值来表征谐振电路的性能，并称此比值为串联电路的品质因数，用Q表示，即

品质因数又称共振系数，有时简称为Q值。它是由电路参数R、L、C共同决定的一个无量纲的量。

三、串联谐振时的电压关系

谐振时各元件的电压分别为

即谐振时电感电压和电容电压有效值相等，均为外施电压的Q倍，但电感电压超前外施电压90°，电容电压滞后外施电压90°，总的电抗电压为0。在电路Q值较高时，电感电压和电容电压的数值都将远大于外施电压的值，所以串联谐振又称电压谐振。

常见的试品如变压器、GIS系统、SF6断路器、电流互感器、电力电缆、套管等均为容性，系统配备的电抗器为感性，试验时先通过调节变频电源的输出频率使回路发生串联谐振，再在回路谐振的条件下调节变频电源输出电压使试品电压达到试验值。由于回路的谐振，变频电源较小的输出电压就可在试品上产生较高的试验电压。

在实际现场应用中试品上的高压电压和低压电压遵循以下公式：

U_试 = QU_激

其中：U_试为高压谐振试验电压，Q为系统串联谐振的品质因数，      U_激为激励变压器输出电压。

 例如：假设系统串联谐振的品质因数Q为30，激励变压器选择16kV的抽头，激励变压器额定输入电压为400V，如果激励变压器输入电压为100V时，高压电压计算步骤如下：

①计算激励变压器变比

激励变压器变比N=激励变压器所选抽头电压/输入额定电压

即：N=16kV/400V=16000/400=40

②计算激励变压器输出电压

激励变压器输出电压=激励变压器输入电压*激励变压器变比

即：U_激=100V*40=4kV

③计算高压谐振试验电压

高压谐振试验电压=激励变压器输出电压*系统品质因数

即：U_试=4kV*30=120kV

故系统终的高压谐振试验电压为120kV。

? 起始频率：选择自动调谐时的启动频率，下限频率为20Hz，上限频率为250Hz。为了保证扫描准确度“起始频率”必须比“终止频率”小50Hz。

? 终止频率：选择自动调谐时的结束频率，下限频率为70Hz，上限频率为300Hz。为了保证扫描准确度“终止频率”必须比“起始频率”大50Hz。

1.设置“起始频率”不可高于“终止频率”-50Hz。

2.当次试验时建议采用20Hz～300Hz进行扫描。

3.当已经知道大概频率范围时，可以选定在适当的频率段扫描，以减少试验时间。

? 起始电压：调谐时输出电压的初始值。输入范围为5-100V。

1.对Q值较低的试品如发电机、电动机、架空母线，初始值设定为20～30V；

2.对Q值较高的试品如电力电缆、变压器、GIS等，初始值设定为15～20V。

? 阶段试验电压：设置试验电压的阶段值。

? 阶段试验时间：设置阶段试验电压的耐压时间。

? 第二阶段试验电压：设置试验电压的第二阶段值。

? 第二阶段试验时间：设置第二阶段试验电压的耐压时间。

? 第三阶段试验电压：设置试验电压的第三阶段值。

? 第三阶段试验时间：设置第三阶段试验电压的耐压时间。

我们的电压跟踪系统具备自动校核较大电压波动的功能，但电网电压的波动幅度较小时，由此而引起的高压电压的波动也在仪器的捕捉范围内，因此，我们强烈建议在设置试验电压时，将“试验电压”的数值设定为比要施加的试验电压低2％Ue。

如果没有阶段性耐压试验时，只需设置一个阶段试验电压值和相应的试验时间，其它阶段试验电压和试验时间设为0。

? 分压器变比：电容分压器的分压变比，一般为1000:1，“分压器变比”设置为1000。（也可能为3000:1,出厂已设置好客户无需更改）

? 过压保护：设置试验电压的极限值。电压超过时自动终止试验，一般比试验电压高10%，可设置为额定电压的1.2倍。当试验电压发生变化时，过压保护会自动进行更新。

? 过流保护：设置低压输出电流的值。在不知道实际试验电流的情况下，一般将其设置成装置额定电流。

? 闪络保护：实际闪络保护电压值,设置大值为阶段试验电压的大值；默认值为阶段试验电压大值的0.4倍。当阶段试验电压发生改变时，闪络保护电压会自动更新。 客户可以根据现场试验情况进行修改。

? 帮助：提供设置“试验参数”时的注意事项。

第六章 常见故障排除

6.1通用注意事项

1.本试验设备应由高压试验专业人员使用，使用前应仔细阅读使用说明书，并经反复操作训练。

2.操作人员应不少于2人。使用时应严格遵守本单位有关高压试验的安全作业规程。

3.为了保证试验的安全正确，除必须熟悉本产品说明书外，还必须严格按国家有关标准和规程进行试验操作。

4.各连接线不能接错，否则可导致试验装置损坏。

5.本装置使用时，输出的是高电压或超高电压，必须可靠接地，注意操作安全。

6.2常见故障原因及排除

1.风扇不能启动

1）急停、故障保护、失谐保护后，没有按“故障复位”；

2）内部温度过高，功率元件热保护；

排除方法：关断仪器电源，将仪器静置30分钟左右，重新开启电源，按仪器面板上的“复位”键，再启动仪器。

如果依然不能启动风扇，请和厂家联系，不可拆卸仪器！

2.自动调谐不能完成，找不到谐振点

现象：

调谐曲线*是一条直线，调谐完成后仪器提示没有谐振点。

原因：

回路接地不好，试验回路接线错误，装置某一仪器开路。

排除方法：

1）检查接地装置可靠，接地连接线是否有断开点；

2）检查励磁变压器的高低压线圈的通断；（低压绕组阻值;高压绕组阻值每个输出端对高压尾）

3）检查每一只电抗器的通断；(每个绕组阻值)

4）检查分压器的信号线的通断；（1孔对芯，2孔对外壳分别导通；1孔对2孔断开）

5）检查分压器的高低压电容臂的通断；（高、低压电容量）

6）装置自身升压时没有谐振点，还需要检查补偿电容器（选配）的通断；

如果所有部件正常，依然没有谐振点，请和厂家联系，不可拆卸仪器！

3.不能升压到试验电压

现象：

1）调谐曲线是一条直线，有较低的尖峰；

2）试验时低压电压较高，高压却较低，甚至在没有升到试验电压时，低压电压已经到达额定电压，回路自动降压；

原因：

1）电抗器与试品电容量不匹配，没有准确找到谐振点；

2）试品损耗较高，系统Q值太低；

3）励磁变压器高压输出电压较低；

4）高压连接线过长或没有采用高压防电晕锡箔管；

排除方法：

1）将补偿电容器（选配）并接入试验回路，加大回路电容量；

2）尽可能将多只电抗器串联，提高回路电感量；

3）提高励磁变压器的输出电压；

4）干燥处理被试品，提高被试品的绝缘强度，减少回路的有功损耗；

5） 一般在设备较高电压输出时，采用高压防电晕锡箔管，或将普通高压输出线改为较短的连线，一般不超过5米。

如果全部处理完后，依然不能解决问题，请和厂家联系，不可拆卸仪器！

第七章 相关资料

7.1  电力电缆交流耐压试验

采用频率范围为20Hz-300Hz的交流电压对电缆线路进行耐压试验，试验电压及耐受时间按表1要求。

表1橡塑电缆线路交流耐压试验电压和时间

注：表1摘自《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》GB 50150-2006  P41

除以上国标之外，国内很多地方或企业也相应的出台了地方性试验标准或企标，中低压电缆试验电压为1.6-2.0倍的相电压，高压电缆试验电压一般都在1.4-1.7倍的相电压，具体根据各个地方标准略有不同。例如表2为国网公司企标：

表2交联聚乙烯电缆线路交流耐压试验电压和时间

注：表2摘自国网公司《电力电缆线路试验规程》Q/GDW 11316-2014  P5

7.2 变压器交流耐压试验

7.2.1交接试验标准

表3电力变压器交流试验电压参考表

表4额定电压110(66)kV及以上的电力变压器中性点交流耐压试验电压值(kV)

注：表3、表4摘自《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》GB 50150-2016  P78

7.2.2预防试验标准

表5电力变压器交流试验电压值

注：表5摘自《电力设备预防性试验过程》DL/T 596-1996  P38

7.3发电机交流耐压试验

7.3.1交接试验标准

表6定子绕组交流耐压试验电压

注：表6摘自《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》GB 50150-2016  P10

7.3.2预防性试验标准

表7定子绕组交流耐压试验

注：表7摘自《电力设备预防性试验过程》DL/T 596-1996  P10

7.4谐振装置容量选择

试验电流： I=2πfCU×10^-3 (A)

频率的选择(Hz)

1、发电机——50Hz，取50Hz

2、变压器——45～65Hz，取50Hz

3、GIS、开关、母线——30～300Hz，取45Hz

4、电力电缆——30～300Hz，取35Hz

电压的选择(kV)

按照规程要求，确定高试验电压。

电容量的选择(µF)

根据被试品大电容量确定

装置大容量：P=UI×1.25 (kVA)