電纜耐壓試驗(yàn)中試驗(yàn)設(shè)備容量不足的解決方法

何寅，丁海華，鄭城，何鋒

（國(guó)網(wǎng)浙江安吉縣供電有限公司，浙江安吉313300）

電纜耐壓試驗(yàn)中試驗(yàn)設(shè)備容量不足的解決方法

何寅，丁海華，鄭城，何鋒

（國(guó)網(wǎng)浙江安吉縣供電有限公司，浙江安吉313300）

電力電纜工頻耐壓試驗(yàn)中經(jīng)常需要考慮試驗(yàn)電源和試驗(yàn)設(shè)備的容量問(wèn)題，試品容量大會(huì)導(dǎo)致電流太大，可能會(huì)造成試驗(yàn)中跳閘或者試驗(yàn)設(shè)備損壞。試驗(yàn)需要的功率大部分都是無(wú)功功率，而且一般是容性無(wú)功，通過(guò)串并聯(lián)一定數(shù)量的電抗器可以很好地補(bǔ)償無(wú)功，減小試驗(yàn)功率，順利完成試驗(yàn)任務(wù)。

電纜試驗(yàn)；串聯(lián)諧振；并聯(lián)補(bǔ)償；勵(lì)磁電流

變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)相對(duì)于傳統(tǒng)的工頻耐壓試驗(yàn)具有電源電壓低、試驗(yàn)功率小、試驗(yàn)波形好等特點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于各類(lèi)大容量電力設(shè)備的交流耐壓試驗(yàn)。但是對(duì)特定的一套串聯(lián)諧振裝置，試品的容量還是受到裝置額定電流和額定容量的限制的。例如，1套型號(hào)VFSR-104/78的串聯(lián)諧振裝置（配備4臺(tái)電抗器），對(duì)1條型號(hào)為YJV22-8.7/10，截面積為300 m2的電纜，其標(biāo)稱(chēng)的試驗(yàn)極限長(zhǎng)度為1 470 m。當(dāng)電纜長(zhǎng)度更長(zhǎng)一些時(shí)，是否就需要用容量更大的裝置，當(dāng)長(zhǎng)度再增加時(shí)，是否就只能分段試驗(yàn)?zāi)?通過(guò)引入并聯(lián)補(bǔ)償這一方法，就可以很好地解決這一問(wèn)題。

1 案例分析

35 kV靈芝變35 kV安芝3557線入地工程電纜制作完成，需要進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)。根據(jù)之前的資料顯示，此次試驗(yàn)涉及的電纜型號(hào)為YJV22-26/35，截面積為240 mm2，長(zhǎng)度約為2 730 m。

查相關(guān)資料可知，此型號(hào)電纜的電容量為0.176 μF/km，電纜總電容量C為：

規(guī)程規(guī)定試驗(yàn)電壓U為52 kV，以頻率f為50 Hz來(lái)估算，則電容電流Ic為：

利用串聯(lián)諧振試驗(yàn)，需要諧振的電感量L為：

鑒于檢修工區(qū)現(xiàn)有的諧振試驗(yàn)裝置所配的4臺(tái)電抗器額定電壓為26 kV，額定電流為2 A，電感值為46 H。要滿足電壓要求則需要4臺(tái)兩兩串聯(lián)分壓，要滿足電流要求則需要4臺(tái)獨(dú)自分流，要滿足頻率要求則必須用且只用2臺(tái)并聯(lián)，即三者是相互矛盾的。

現(xiàn)有的串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置不能滿足試驗(yàn)要求，借用了6臺(tái)額定電壓為60 kV，電感值為110 H，額定電流為2.5 A的電抗器，試驗(yàn)裝置主機(jī)箱和勵(lì)磁變的容量都只有10 kVA，所以既要完成此次試驗(yàn)，同時(shí)要求在試驗(yàn)過(guò)程中必須滿足以下條件：

（1）小電抗器（L=46 H）通過(guò)的電流不得大于2 A；

（2）大電抗器（L=110 H）通過(guò)的電流不得大于2.5 A；

（3）試驗(yàn)容量S不得大于10 kVA。

2 利用并聯(lián)電抗器直接進(jìn)行串聯(lián)諧振的試驗(yàn)方法

按照以往的串聯(lián)諧振試驗(yàn)方法，將這6臺(tái)大電抗器并聯(lián)后串聯(lián)入諧振回路，并聯(lián)后的電感值L為：

試驗(yàn)的頻率f為：

試驗(yàn)頻率在要求范圍之內(nèi)，甚至接近工頻，滿足條件，計(jì)算試驗(yàn)的電流和容量：

電容電流Ic為：

每個(gè)電抗器電流IL為：

試驗(yàn)需要的容量S為：

Q為品質(zhì)因數(shù)，Q=ωL/R，諧振試驗(yàn)中一般為7左右，假設(shè)Q=20（非常理想的假設(shè)），試驗(yàn)容量為21.87 kVA，所以這種接線方式不能滿足試驗(yàn)容量的要求。

若是通過(guò)減少并聯(lián)電抗器數(shù)量來(lái)增大L，并由此來(lái)減小試驗(yàn)頻率以降低試驗(yàn)電流，或許可以減小試驗(yàn)容量。將電抗器數(shù)量為1～6臺(tái)分別代入計(jì)算，得到表1結(jié)果。

表1 電抗器并聯(lián)數(shù)與相關(guān)參數(shù)

由表1可知，1臺(tái)電抗器時(shí)，流過(guò)電抗器電流過(guò)大，存在燒毀電抗器的風(fēng)險(xiǎn)。而當(dāng)電抗器數(shù)量逐漸增加時(shí)，試驗(yàn)的容量也隨之增加，超出了設(shè)備的額定容量，由此利用電抗器組直接進(jìn)行串聯(lián)諧振的試驗(yàn)方法被否決。

3 利用電抗器進(jìn)行接地補(bǔ)償?shù)姆椒?/h2>

試驗(yàn)中，唯一不變的是電纜的試驗(yàn)電壓52 kV，它對(duì)應(yīng)的一定頻率下的電流也是一定的。雖然電流大小不能變，但是可以讓它盡量少地經(jīng)過(guò)勵(lì)磁變，即利用就地補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)降低勵(lì)磁電流，圖1是利用電抗器的補(bǔ)償接線。

圖1 利用電抗器的補(bǔ)償電路

圖中C為電纜等效電容，L1為并聯(lián)電抗器，L2為45 H的電抗器。L2的額定電壓為26 kV，試驗(yàn)電壓為52 kV，必須2臺(tái)串聯(lián)使用。為了讓更少的電流流過(guò)勵(lì)磁變和主機(jī)箱，除1組用于串聯(lián)諧振的電抗器外，其余電抗器均用于就地補(bǔ)償。L3=2L2，L4=2L2。

設(shè)L1的數(shù)量為n（1≤n≤6），L3的數(shù)量為m（0≤m≤1），由基爾霍夫電流定律可知，流過(guò)各個(gè)電感的電流總和應(yīng)該等于流過(guò)電容的電流：

式中：I1=U/ωL1；I4=U/ωL4；I3=U/ωL3；Ic=UωC。

把C=0.48 μF，ω=2πf，L1=110 H，L2=45 H，L3=90 H，代入式（1）得到：

把n和m的值代入式（1）中得到表2值。

表2 電抗器串并聯(lián)與相關(guān)參數(shù)

對(duì)比表1和表2，不難看出，在相同設(shè)備的情況下，第1種接線方案中，即使是在非常高的Q的情況，設(shè)備容量依舊很大；而第2種接線方案中，在假設(shè)Q很小的情況下，容量依然比之前的要小很多。

由表2可知，在選用6臺(tái)大電抗器，1組小電抗器同時(shí)并聯(lián)補(bǔ)償?shù)那闆r下，電抗器的電流只有不到2 A，估算的容量為10 kVA左右。考慮到Q的裕度以及電容值估算的誤差，在實(shí)際的試驗(yàn)中，設(shè)備的容量基本能滿足要求。為完成試驗(yàn)同時(shí)保障安全，試驗(yàn)開(kāi)始前對(duì)電纜電容量進(jìn)行測(cè)量，試驗(yàn)中在高壓側(cè)、低壓側(cè)、電抗器接地端都使用鉗型表對(duì)電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和記錄，與估算值對(duì)比基本相近，略有偏差。

4 結(jié)語(yǔ)

在一般交流耐壓試驗(yàn)中，試驗(yàn)設(shè)備提供的都是無(wú)功功率，其功率因數(shù)非常低，串聯(lián)諧振裝置利用補(bǔ)償電抗器對(duì)容性負(fù)載進(jìn)行補(bǔ)償，解決了大電容量設(shè)備的交流耐壓?jiǎn)栴}，但是串聯(lián)諧振中流過(guò)電容器的電流完全流過(guò)了勵(lì)磁變，導(dǎo)致試驗(yàn)電流隨試驗(yàn)電壓增大而迅速增大。

在并聯(lián)補(bǔ)償回路中，電容電流有很大一部分直接在高壓側(cè)被電感補(bǔ)償了，兩者形成回路，不經(jīng)過(guò)勵(lì)磁變，因而減小了試驗(yàn)的負(fù)荷，可僅有并聯(lián)電抗器又不能產(chǎn)生試驗(yàn)所需的高壓，需要配合串聯(lián)電抗器一起使用。

利用串聯(lián)電抗器產(chǎn)生高壓；利用并聯(lián)電抗器減小負(fù)荷；利用調(diào)頻來(lái)達(dá)到諧振狀態(tài)，三者相互結(jié)合，靈活應(yīng)用，使試驗(yàn)裝置能在最小的負(fù)荷下工作。針對(duì)電纜長(zhǎng)度較長(zhǎng)，電容量較大，需要大容量試驗(yàn)電源和試驗(yàn)設(shè)備的情況，此方法可以廣泛的應(yīng)用。

[1]上海思源電氣有限公司.VFSR串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置使用手冊(cè)[G].2005.

[2]浙江省電力公司.Q/GDW-11-125-2008浙江電網(wǎng)電氣設(shè)備交接試驗(yàn)規(guī)程[S].2012.

[3]陳天翔.電氣試驗(yàn)[M].2版.北京：中國(guó)電力出版社，2008.

（本文編輯：楊勇）

Solution to Insufficient Capacity of Test Equipment in Cable Withstand Voltage Test

HE Yin，DING Haihua，ZHENG Cheng，HE Feng
（State Grid Anji Power Supply Company，Anji Zhejiang 31330，China）

Capacity of test power and instrument in power-frequency withstand voltage test is frequently considered.The excess capacity of the tested article may result in excess current,causing tripping or instrument damage during test.The power needed for test is always reactive power，generally the capacitive reactive power.Significant amount of paralleled reactors can compensate reactive power and reduce test power,and hence better complete the test.

cable test；series resonance；parallel compensation；excitation current

TM247

：B

：1007-1881（2014）03-0066-03

2013-08-27

何寅（1974-），男，浙江安吉人，工程師，從事電氣試驗(yàn)工作。