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调频串联谐振成套试验装置阐述交联聚乙烯电缆
2021-07-20

随着我国电力工业的快速发展,特别是近年来FM系列谐振试验装置的快速发展,用交联电缆替代架空线已成为城网改造的趋势。使用高压电力交联电缆的数量正在增加。为了检查和保证交联电缆的安装质量,有必要在输电和投运前对交联电缆进行现场交流耐压试验。过去,由于测试设备的限制,很难在现场对交联电缆进行交流耐压测试。一般采用直流耐压试验代替。测试中存在两个不足:


1)直流电压对XLPE绝缘有累积作用,即“记忆”。一旦电缆因直流测试产生“记忆”,需要很长时间才能释放电缆中剩余的所有直流电荷。电缆投入运行时,直流电荷会叠加在交流电压的峰值上,产生远远超过电缆额定电压的“谐波电压”,加速绝缘老化,缩短使用寿命生活。


2) 直流电压分布与实际工作交流电压不同。直流电场分布受电阻率影响,而交流下电场分布与电阻率和介电常数有关。因此,直流耐压试验不能像交流耐压那样准确反映电缆的机械损伤等明显缺陷。直流试验合格的电缆在投入运行后,在正常工作电压下也会出现绝缘失效。可见,交联电缆采用传统的直流耐压试验是不可取的,应予以淘汰。近年来,国内外许多专家建议对交联电缆进行现场交流耐压试验,而不是直流耐压试验。由于电力电缆对地容量较大,在野外很难具备使用50Hz工频进行交流耐压试验的条件,但使用变频串联谐振试验进行交流耐压试验的条件设备基本可用。根据GB11017-89[1]和IEC840,现场绝缘耐压试验中使用的交流电压频率可以为30-300Hz。


变频串联谐振


2 交流耐压的几种测试方法


2.1 串联谐振


如果被测产品的测试电压较高但电容较小,一般可采用串联谐振法。


当测试电路中ω0L=1ω0C(C包括CX、C1、C2)时,测试电路产生串联谐振。此时,可在测试产品上产生更高的测试电压(测试电压与电路品质因数有关)。电容C越大,测试回路电流也越大,通过电抗器的电流也越大。此时,测试设备一般难以满足现场测试的需要;通常测试接线只适用于小电容和高测试电压的测试产品。 , 试验变压器能满足试验容量要求但不能满足试验电压要求。
对于电力电缆,被测设备的电容C是固定的。为了使测试电路产生谐振,需要改变测试电路的电感L或频率ω,即:ω0=1 LC或L=1ω02C;


改变电感满足串联谐振的方法需要使用可调电抗器,但限于运输和现场移动,电抗器的体积和重量不能做得很大,因此可调电抗器的可调范围有限.因此,在现场试验中,由于电抗器的范围有限,调节电感的方法往往不能满足试验要求。


另一种方法是采用调频,即在电抗器和电容器固定的情况下,通过改变试验电源频率使ω0L=1ω0C来达到要求的电压。但此时需要一套变频串联谐振试验设备。


2.2 并联谐振


如果试品的试验电压低,试品容量大,一般可采用并联谐振法。


当测试电路中ω0L=1ω0C(C包括CX、C1和C2)时,测试电路产生并联谐振。此时试品电压等于电抗器电压和升压变压器高压侧电压。由于电抗器的补偿功能,变压器理论上只提供回路阻性电流,可大大降低试验变压器的容量要求。因此,该测试电路适用于被测产品电容大、电压低的情况。低压电抗器通常易于制造。试验时,可将若干个低压电抗器并联使用,也可采用可调电抗器的电感来满足并联谐振的要求。如果有一套变频串联谐振试验装置,也可以采用改变试验电源频率的方法使电路满足试验要求。


2·3 串并联法


当测试电压高,被测产品电容量大时,以上两种方法都难以满足测试要求,主要是测试设备难以满足要求:一是合适的高压大容量一般单位没有电抗器二是不同长度的电缆电容不同,需要的电抗器也不同。由于可调范围有限,即使是可调电抗器也往往难以满足测试要求。因此,仅配备合适的电抗器较难满足试验要求。因此,国内外长电缆交流耐压试验一般采用串并联调频谐振方式。


在测试电路中串联电抗器,产生串联谐振,提高被测产品的测试电压,电抗器并联在被测产品的两端,使被测产品的大部分容性电流由电抗器补偿,使电抗器通过串联电路中的电抗。变压器的电流大大降低,从而降低了对电抗器和试验变压器的试验要求。使用一套完整的变频串联谐振测试设备改变测试频率,使ω0L=1ω0C,使测试回路产生谐振。这样,测试设备就可以轻松满足测试要求。

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