变频谐振法在交流耐压试验中的应用

变频谐振法在交流耐压试验中的应用

刘久儒 1 徐然 1 张明 1 董腾垚 1 江波 2

1 国网湖北省电力公司十堰供电公司 湖北 十堰 442012 ； 2 湖北师范大学 湖北 黄石 435002

摘要：电力作为现代社会最基础的能源之一在各个行业中发挥着极为重要的作用。城市供电网络电压等级也大幅提高，对输电电缆的电气性能、可靠性等的要求越来越严苛。交联聚乙烯绝缘电力电缆在供电系统中得到广泛的应用，其制作工艺优良，结构合理，特别是在高压输电领域具有明显的优势。但是在长期的应用过程中，也出现了因树枝化放电而造成的绝缘老化破损的问题，大大减少了其使用寿命。本文就变频谐振法在交流耐压试验中的应用展开探讨。

关键词：电气交接试验；交流耐压；变频谐振

引言

交流耐压试验是电气交接试验鉴定电气设备绝缘强度的主要方法之一。传统的工频交流耐压试验设备受本身特性局限，不适于一般电力企业使用。随着变频谐振技术的成熟，新型的变频谐振试验设备开始被广大电力企业所使用。

1谐振交流耐压试验原理

交流耐压试验中的被试品在回路里是以容陛元件存在,普通的交流耐压试验法,由于大容量被试品需要系统提供数十倍于有功功率的容性无功以建立试验电压需要的试验设备会很大很笨重。串聪皆振在电气高压试验中的应用也是基于串联谐振原理通过试验设备中的感抗补偿掉容陛元件白勺无功视在功率一定的清况下系统可测试被试品容量有了大幅提高。根据谐振原理声里想谐振状态回路呈纯阻性。品质因数是衡量谐振试验设备优劣的一个重要的参数决定了建立试验模型后系统有功功率的利用率值越大可测试被试品的容量越大,可施加电压越高。另外值越大皆振曲线越尖锐当稍微偏离谐振频率,输出就急剧下降对谐振频率的选择性越强对失谐态有抑制作用。

2变频谐振试验典型接线图

图1中，L1为串联电抗器，L2为并联电抗器，Cx为被试设备对地电容。为了应用方便，把谐振电路计算简化，本文涉及的选型估算等计算主要考虑这三个元件，试验系统中其它元件对系统谐振条件影响相对较小。

图1　变频谐振耐压试验接线图

现场已安装的电气设备,其电容量Cx是固定不变的，由，要使试验电路产生谐振就要改变试验电路的电感L或频率ω。采用传统无级调感的方法来满足谐振，需采用外形尺寸和重量都很大的可调电抗器。为了方便运输，电抗器的体积和重量不能太大,因此可调电抗器只能做范围有限的调节。现在使用的新型谐振设备采用变频电源无级调频，励磁调压，电抗器散件组装的方法来实现调频调压的功能。串联电抗器组L1在电路中起升压作用，如果被试设备所需施加试验电压较高，可以增加L1的大小（节数）；而并联电抗器组L2在电路中起分流作用，当测试对地电容量较大被试设备时，如长距离聚乙烯电力电缆，可适当增加L2大小来补偿Cx的容性无功。一般情况下，试验条件已满足，L1或L2可以单独使用。

3直流耐压试验和交流耐压试验对比分析

电气设备绝缘耐压试验有直流耐压试验和交流耐压试验两种，国内外技术人员采用两种耐压试验进行了多次的试验和运行，取得了大量的试验数据。根据国内外大量直流耐压试验和运行结果发现，直流耐压试验在交联电缆的绝缘检测中效果不佳，对于交联电缆的绝缘问题不能准确检测，易形成绝缘隐患。不管是国外还是国内的XLPE电缆在运行过程中，均发生过多次的故障，对其出现的故障原因进行调查发现，直流耐压试验产生的负面效应是引起XLPE电缆出现大量故障的重要原因。目前我国主要采用交流电，电缆均在交流电压下运行，因此交流耐压试验相比于直流耐压试验，其在电压、波形、频率以及在被试品绝缘内部电压低的分布等方面，均与电缆的实际运行状态相符，其能够充分检测交联电缆的绝缘隐患，有效维护设备乃至供电系统的安全运行，且具有自动调谐、多重保护，以及低噪音、灵活的组合方式等优点。因此，通过对交联电缆的交接试验原理和绝缘影响因素的分析可知，在现场对交联电缆进行耐压试验是可行且必要的。

4高压电气设备交流耐压试验异常情况应对措施

4.1制定出合理的试验高压

对于高压电气试验来说，最为重要的环节之一就是高压的设定，这是决定试验成败的关键，也是影响试验准确性的重要因素。一般情况下，电气设备都会具有相应的介质损耗，所以需要对所施加的高压进行准确控制，从而减小试验误差。通过相应参考文献以及具体实践可知，如果所施加的高压较小，那么氧化层就会长时间保持不变，介质因为接触到比较大的电阻而增加损耗量；如果所施加的高压较大，就会在很短的时间内将氧化层消除而降低电阻，能够有效降低介质损耗。所以施加高压的合理性是非常重要的，这是确保介质和氧化层稳定的重要条件，也是试验取得良好效果的基础。

4.2保护电阻对击穿特性的影响

在进行同频同相交流耐压试验时，其GIS设备的击穿故障主要是受断口击穿时产生的击穿过电流与击穿过电压的影响，因此通过在试验回路中增设保护电阻可以达到降低过电流和过电压的目的。为此通过改变模型中的保护电阻值的大小，分析不同保护电阻值对三相共筒式GIS设备断口处的击穿电流和击穿电压的影响。

4.3有效预防并控制试验危险点

高压电气耐压试验中最为常见的为隐性危险，此种危险非常容易受到试验场地和突发情况的影响，所以在高压试验前一定要对隐性危险点进行充分分析，对其进行有效预防。在正式进行试验前，相应人员一定要对试验场地进行考察，制定出符合实际情况的方案，并对相关人员进行必要的方案说明。在高压试验过程中一定要严格遵照流程进行，同时要提升相关人员的安全意识，要确保试验过程中的各个环节都有专人负责，保证其安全性。由于高压电气设备交流耐压试验会受到很多因素的影响，所以需要不断提升安全风险系统，确保其安全性。这就需要制定出完善的安全管理制度，同时要对实际操作进行严格规范，这对于确保试验人员的安全具有非常重要的作用。如没有严格安全管理制度要求，在试验中出现违规情况非常容易发生安全事故。所以高压电气设备耐压试验过程中一定要提升安全意识，严格遵照标准规范实施检测，要由主导人员直接控制电源开闭情况，在实际操作过程中一定要佩戴好相应的绝缘附件（例如绝缘手套等）。

结语

变频谐振的试验设备相对于传统的工频试验变压器，试验的原理较为复杂。在试验之前，要针对被试设备进行试验设备的选型与计算，要确保能够满足试验电压、容量、频率等要求。因此，要求事先对试验的技术人员进行相关技术的学习与培训，例如主要被试电气设备的电容量、试验电压等相关参数计算。对于谐振试验成套设备的参数也要熟练掌握，例如电抗器、励磁变、谐振电源的额定电流和额定电压等设备参数，才能充分发挥变频谐振试验设备的作用，确保变频谐振试验和试验人员的安全。

参考文献

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基金：国网湖北省电力有限公司科技项目（基金号：5215C020001X）