变频串联谐振耐压成套试验设备

    峰值测量

    图一、变频串联谐振试验成套装置原理简图

    VF：变频控制器T1：励磁变压器

    L1、L2：高压电抗器C1、C2：高压分压器高、低压臂

    Cx：试品

    高压电抗器L1、L2可并、可串接使用，以保证回路在适当的频率下谐振。通过变频控制器VF提供电源，试验电压由励磁变压器T1经过初步升压后，使高电压加在高压电抗器L和试品Cx上，通过改变变频控器的输出频率，使回路处于串联谐振状态；调节变频电源的输出电压幅度值，使试品上的高压达到合适的电压值。

    回路的谐振频率取决于与被试品串联的电抗器的电感L和试品的电容Cx，谐振频率f=1/（2π√LCx）。

    3．2系统配置

    3．2．1变频控制器

    变频控制器从结构上分为两大类：20kW及以上为控制台式，20kW以下为便携箱式；它是由控制器和滤波器组成。在系统中变频控制器的主要作用是把幅值和频率固定的工频380V或220V的正弦交流电转变成为幅值和频率可调的正弦波，并为整套设备提供电源。

    变频控制器具有IGBT保护、过流保护、过压保护、放电保护、进线保护等可靠的保护功能，保证试验人员和试品的安全。

    IGBT保护：当IGBT电流过大或过热时，CPU将停止工作，直到系统恢复正常。

    过压保护：是指当试验电压超过人为整定的保护电压（保护电压可根据不同试验电压需要任意设定）时，控制器自动跳闸，CPU停止工作，并提示系统发生过压保护。

    过流保护：是当CPU检测到母线工作电流超过IGBT工作电流或IGBT温度过高时，CPU会发生过流保护信号，装置停止工作，并通过液晶屏提示系统发生过流保护。

    放电保护：当试器击穿、短路或试品放电时，CPU停止工作，并切断主回路。

    进线保护、低通滤波器：不仅可以在稳态下使放电或击穿电流小，而且使暂态（瞬时）电流的破坏减小，从而保证设备和人身的安全。

    测量部分：试验人员可直接从变频控制器控制面板上读取输入电压、电流、当前工作频率、变频控制器输出电压、电流及试品上所加谐振电压信号。

    参数

    额定输入：380V、三相或220V、单相50Hz/60Hz

    额定输出：0~400V或0~220V

    频率分辨率：0.02Hz

    输出波形：正弦波

    输出频率：20-400Hz

    额定容量：5KW、10KW、20KW、50KW、100KW、200KW、300KW、（其中5KW、10KW可采用单相电源供电）。

    3．2．2励磁变压器

    励磁变压器的作用是将变频电源的输出电压升到合适的试验电压，满足电抗器、负载在一不定期品质因数下试验电压的要求（励磁变压器的容量一般与变频控制器相同）。为了满足不同电压等级、不同容量试品的试验要求，励磁变压器高压绕组一般有多个抽头。

    3．2．3高压电抗器

    高压电抗器L是谐振回路的重要部件，当电源频率等于1/（2π√LCx）时，它与被试品Cx发生串联谐振；电抗器的性能直接影响到系统Q值的大小。

    3．2．4高压分压器

    高压分压器是高电压测试器件，它由高压臂C1和低压臂C2组成，测量信号从低压臂C2上引出，作为高压电测量和保护信号。

    3．3决定系统配置参数的因素

    系统谐振电压等级和容量取决于试品的电容量C，试验电压U试验频率f。

    1）对于交联聚乙烯电缆决定系统配置的主要是：电缆的电压等级、电缆的截面积、试验电缆的长度及电缆要求的谐振频率范围。

    2）对于GIS决定系统配置的因素为：GIS的电压等级、GIS的间隔数和每个间隔的电容量C，GIS允许的试验频率范围。

    3）对于变压器、发电机等设备，系统的配置取决于试品的容量试验电压、试品的等效电容量C、要求的谐振频率和试品的空载损耗的大小。

    四、型号说明

    5．1交联聚乙烯电缆《XLPE》的交流耐压试验

    交联聚乙烯电缆《XLPE》属于固体绝缘电缆，是经过特殊的物理、化学方法交联而成，具有良好的电气及物理性能，在世界范围内得到了广泛的应用。我国自七十年代以来，交联聚乙烯电缆也得到了迅速的发展，并逐步取代了常规中低压油纸绝缘电缆，而且110KV、220KV等高压电缆也在逐步推广。

    交联聚乙烯电缆它最大的特点就是容量大，若是采用工频或接近工频的交流电压试验作为挤包绝缘电缆线路竣工试验存在的最大困难是长线路需要很大容量的试验设备：例如630平方毫米220KVXLPF电缆线路，电容量为0.188uF/Km，若电缆长3Km，则每相电缆试验需要50Hz试验设备的容量至少为2.9MVA（试验电压178KV试验电流30A），因此，采用传统的试验变压器的试验方法已经远远不能满足现场系统试验容量的要求，变频谐振试验装置利用变频谐振的原理，使电源容量减少为试品容量的1/Q，设备的重量大大降低，使得高电压、长距离电缆的现场试验成为可能；同时利用试验频率允许在一定范围内（30-300Hz）可调和试验电抗器固定可调（单一电抗器电感是不可调的，但通过串并联，总电感可调）的原理，使得系统的柔性大大增加。

    电缆试验的接线图如下：

    GIS交流耐压试验接线图

    5．3大型变压器的交流耐压试验（外施工频交流耐压及感应耐压试验）

    变压器应该进行外施耐压试验。它是考验产品主绝缘电气强度的最基本的绝缘试验，是发现主绝缘是否合理，绝缘材料是无缺陷和制造工艺是否符合要求的重要手段之一，对试验频率一般要求在工频，即45-65Hz。

    采用变频谐振的方式，通过补偿电容器使谐振频率控制在45-65Hz之内，由于回路谐振时Q值高，这样可大大减小试验电源的容量，并且频率可调，也增大了设备的应用范围，试验接线如下图所示：

    感应耐压的倍数，对于电力变压器一般采用额定电压的两倍，为了不使铁心中磁通饱和，应使用两倍以上额定频率的电源装置。一般规定频率应在100-400Hz范围内，但经验证明感应耐压试验的频率一般为150-200Hz为宜。

    5．4大型发电机组的交流耐压试验

    根据国家和地方电力部门的规定发电机在制造、安装、检修和运行以及预防性试验中都应进行交流耐压试验，试验时试验电压和工作电压的波形、频率一致，作用于绝缘内部的电压分布及击穿性能能够适应发电同的工作状态，试验电压一般为0.75（2Un+3000）或1.5Un，频率要求为工频。

    采用YHCX变频串联谐振试验成套装置再配上合适的补偿电容器在频率和容量上都可以很地满足发电机的交流耐压要求。

    试验接线如下图：
 

    发电机的交流耐压接线示意图

    5．5其它试品的交流耐压试验

    互感器、套管等设备在作耐压试验时，都相当于一电容，利用电抗器和补偿电容器也可以使系统在50Hz附近发生谐振，达到工频绝缘试验的目的。

    说明：交流耐压试验方案请参照相关标准或规程或本公司《YHCX变频串联谐振成套试验装置资料汇编》。

    六、试验操作步骤及注意事项

    6．1试验操作步骤

    1.根据各种试品接线方法，保证各点的接触良好，保证一点接地，且接地点距分压器最近。

    2.确保连接无误后接通电源。

    3.打开主机电源开关会显示主菜单

    4.将光标移至：试验参数设置；按确认键。进行各项参数的修改，用上下左右

    和确认键执行。

    然后返回主菜单。

    5.将光标移至：系统参数设置：按确认键。进行时间参数的修改，用上下左右和确认键执行。

    6.将光标移至：进入试验：按确认键。



    7.此时接上IGBT的输入电压选择试验方法，进行试品的试验，用确认键执行。

    8.选择手动试验时，首先进行的是找到试品谐振点，用上下键进行，使试验电压在最高点；在完成了此项操作后请按面板调压键用左右键移位，上键增加激励功率当接近试验电压后用右移键将光标移至小数点后慢慢增加功率防止试品击穿，到额定电压后主机开始自动计时至设定时间退出试验。选择自动试验时只要按了确认键就不要这些操作了。

    9.进入试验前注意试品的安全距离，确保人生安全。

    10.主菜单的测试操作项请你不要任意改动应将这两个系数记到说明书中，防止丢失。

    6.2注意事项

    1.在给整机加电以前,一定要仔细检查各输入输出接线是否正确和牢固.接地是否可靠,接地线采用一点接地，从面板上引出（接地线最好用裸铜线）。

    2．试验时，电抗器不可置于铁板或铜板等导电材料上。

    3．试验升压之前需要整定过电压保护值，以防止试验过程中意外分闸。

    4．当变频控制器提示过电压保护、过流保护或放电保护时，请退出试验，重新整定电压电流保护值，再进入试验。

    七、常见故障及分析

    1．主机找不到谐振点。

    原因：系统谐振点在主机的输出频率范围之外；系统接线错误；

    系统未可靠接地；高压采样反馈信号开路或连接不可靠；试品有故障。

    2．主机复位。

    原因：主机供电电源波动；外界强磁场干扰；主机未可靠接地；

    3．Ｑ值偏低，即电压升不上去，或升不高。

    原因：试品放电泄漏；

    电抗器磁路受干扰，例如电抗器被放置在磁场屏蔽范围内。

    4．电源跳闸。

    原因：谐振系统回路短路。

    说明：以上故障原因仅供参考。

    注意：

    请勿擅自打开箱体，拆卸或更换元器件，如有质量问题，请与本公司联系。

    八、维护

    8．1日常维护

    对于串联谐振成套装置各部件，应定期检查，确保结构坚固。不使用时，应存放于干燥、清洁场地，防止雨水、灰尘进入装置内部。

    8．2运输

    运输时请确保各装置固定，不松动，适当加以缓震保护。搬运时，轻拿轻放，请勿抛摔！

    质保期内，若因本公司产品质量问题不能正常使用，本公司将无偿上门服务，终身维修。

    九、随机文件

    1、YGCX2858变频串联谐振成套试验装置使用说明书1份

    2、保修卡/合格证1份

    十、附录一：部分设备（试品）的电容值：

    交联聚乙烯电缆每公里电容量

    十、附录二：部分设备试验电压标准：

    电缆30-75Hz的交流耐压试验电压