探讨变频串联谐振技术在电缆高压试验中的应用(2)

科研成果

探讨变频串联谐振技术在电缆高压试验中的应用(2)

时间：2014-08-22 11:11 阅读：次

2.串联谐振高压试验设备技术分析

2.1串联谐振的产生

图3R.L.C串联回路图

图3所示为R、L、C串联电路，在正弦电压U作用下，其复阻抗为：

式中，电抗X＝XLXC，是角频率ω的函数，L随ω变化的情况如图4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＞ω时，X＞0，电路为感性；

在此时电路阻抗Z(ω0)＝R为纯阻性，电压和电流同相。将电路此时的工作状态称为串联谐振。

图4阻抗X随ω变化而变的函数图象

式(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：

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。

2.2串联谐振高压试品电源的优点

1)所需电源容量

下面以额定电压为110kV，电缆长度为2500m，截面积为630mm2的XLPE电缆为例，查表1数据得到该电缆的电容为0.188μF/km，其试验参数估算如下。

试验电压：

高压电抗器电感值：L=40H

试验电压频率：f=36.6Hz

高压试验电流：I=14A

电源电流：I0≈50A

上述电缆如果用常规的交流高压试验设备进行耐压试验时，所需试品容量为P=14A×128kV=1792kVA，采用串联谐振方法所需试验电源的功率仅为P=50A×380V=19kW。串联谐振电源是利用谐振电抗器和被试品的电容通过调频发生谐振而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。

2)设备的重量和体积串联谐振电源中，省去了笨重的大功率调压装置和工频试验变压器，使得试验设备的重量和体积大大减少，一般为普通试验装置的1/3-1/5。

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，由于回路的电容值改变，电路立即脱谐，回路电流迅速下降；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。两者相比在被试品被击穿时，二者的短路电流相差数百倍。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忧患。

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，电弧瞬时熄灭，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。

2.3关于试验的频率

由于电缆的电容量较大，采用传统的工频试验变压器很笨重、庞大，且大电流的工作电源在现场不易取得，因此一般都采用串联谐振交流耐压试验设备。其输入电源的容量能显著降低，重量减轻，便于使用和运输。初期多采用调感式串联谐振设备(50Hz)，但存在自动化程度差、噪音大等缺点。因此现在大都采用调频式(30-300Hz)串联谐振试验设备，可以得到更高的品质数，并具有自动调谐、多重保护，以及低噪音、灵活的组合方式(单件重量大为下降)等优点。

综合国内外有关技术资料，选择合适的试验频率范围是个比较重要的问题。在这方面，有一些不同的观点和提法。就目前国内外的提法来看，大概可分成3类：第1类为较宽频率范围30-300Hz、20-300Hz、1-300Hz；第2类为工频范围45-65Hz，45-55Hz；第3类为接近工频35-75Hz。

2.4交联聚乙烯电缆单位长度电容量

使用串联谐振方法对被试品进行高压试验时，必须知道被试品的电容量。

3.结束语

将架空输电线路改为高压电缆线路进行输电，是城市发展的一项重要举措和趋势，交联聚乙烯电缆以其优良稳定的性能已被广泛的应用。交流耐压试验是检验交联电缆敷设和附件安装质量最有效的手段之一。而在施工现场利用变频串联谐振技术对电缆进行高压试验的方法是科学、实用、高效的。

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