關(guān)于電力電纜耐壓試驗中變頻串聯(lián)諧振的應(yīng)用探討

朱亞東

【摘要】：隨著我國市場經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對于電力需求的逐年增長，高壓電纜的安裝與使用也越來越多，為了保證高壓電纜的使用質(zhì)量以及安全性能，在實際投入使用前，需要對電力電纜進行現(xiàn)場交流耐壓試驗是非常重要的一項工作。變頻串聯(lián)諧振能夠符合高壓電力電纜耐壓試驗的相關(guān)要求，并且具有操作便捷、利于現(xiàn)場試驗的優(yōu)勢。因此，文章主要針對電力電纜耐壓試驗中變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗的應(yīng)用展開分析與討論。

【關(guān)鍵詞】：電力電纜；耐壓試驗；變頻串聯(lián)諧振

由于現(xiàn)代社會以及城市的發(fā)展，對高壓電力電纜的需求不斷增長，導(dǎo)致了我國電網(wǎng)改造工程增多，高壓電纜是電網(wǎng)改造以及大型供電樞紐中的主要應(yīng)用品種，其具有輸送容量大、電性能好、維護方便等優(yōu)勢[1]。在現(xiàn)如今的供電企業(yè)中，變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗由于其獨特的優(yōu)勢得到了廣泛的應(yīng)用，同時也是未來電力電纜耐壓試驗中的重要方式，由此可見，研究變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗具有一定的現(xiàn)實意義。

一、電力電纜耐壓試驗的意義

電力電纜在使用過程中容易受到各種因素的影響，導(dǎo)致出現(xiàn)故障、短路等問題，這些問題都與絕緣部分缺損有一定的關(guān)系，其主要由下述幾方面引起的：①長期滿負荷運行。在一般情況下，電纜溫度上升8℃，絕緣壽命就會下降，若長期處于滿負荷運行狀態(tài)，就會導(dǎo)致長期處于高溫狀態(tài)，導(dǎo)致絕緣使用壽命縮短。②外力沖擊。這主要是電纜鋪設(shè)過程中受到施工技術(shù)的影響。③受潮。由于雨水具有導(dǎo)電作用，會導(dǎo)致介質(zhì)損耗增多，進而導(dǎo)致絕緣發(fā)熱，促使絕緣壽命縮短。④接觸不良。這主要是由于電纜制作工藝技術(shù)水平低，接頭沒有壓實、加熱不充分等導(dǎo)致的電纜接頭絕緣降低。⑤腐蝕作用。風(fēng)力侵蝕、雨水侵蝕以及地下電纜的酸堿腐蝕都會導(dǎo)致電纜絕緣降低。因此，檢測電力電纜有無故障或異常存在具有重要的現(xiàn)實意義。耐壓試驗就是以尋找電纜存在的故障為目的的一種檢驗方式。

二、目前電力電纜耐壓試驗的主要方法

1.超低頻耐壓試驗

超低頻（0.1Hz）耐壓試驗方法最早出現(xiàn)于1980年，其主要是用于觀察電纜運行是否存在絕緣缺損的一種無損試驗方法，并且該方法經(jīng)過大量的研究室試驗以及現(xiàn)場試驗，證實超低頻耐壓試驗在中低壓電力電纜耐壓試驗中有較好的應(yīng)用效果[2]。該方法利用的原理是將50Hz交流電通過整流與濾波轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷?，再?jīng)由逆變電路，將直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?kHz交流電壓，再通過0.1Hz正弦振蕩器完成調(diào)幅處理，當(dāng)經(jīng)過調(diào)幅后，1kHz交流電壓等幅波就會轉(zhuǎn)變?yōu)?.1Hz變化條幅波[3]。其主要是基于高壓變壓器與電壓倍增電路之間形成的高電壓，其主要表現(xiàn)為正弦波，并經(jīng)由壓敏電阻器進行調(diào)解，從而使高交流電壓負載輸出為0.1Hz高壓正弦波形。超低頻耐壓試驗的幼樹主要在于：①無損壞；②準確性高；③設(shè)備體積小，易于攜帶。但是該方法的輸出電壓等級較低，主要還是在中低壓電纜耐壓試驗中使用。

2.調(diào)感式工頻串聯(lián)諧振試驗

該方法主要是利用電抗器的感抗作用以及被測電纜電容的容抗在50Hz工頻環(huán)境中會產(chǎn)生諧振的工作原理，此過程中會產(chǎn)生高電壓。調(diào)感式工頻串聯(lián)諧振試驗的優(yōu)勢在于：①輸出電流波形基本為正弦波[4]；②特異性高，只有在串聯(lián)諧振回路滿足了產(chǎn)生諧振的條件后，才會形成高電壓，而被測電纜一旦出現(xiàn)問題，就會造成回路異常，就相當(dāng)于電纜短路，高電壓也會出現(xiàn)一致性降落，又由于電抗器能夠限制短路電流，從而保護裝置不受影響，從而不需要加裝電阻保護裝置。該試驗方式的劣勢在于操作復(fù)雜、系統(tǒng)品質(zhì)因數(shù)不高、自動化水平低、噪音大，導(dǎo)致其在實際中的應(yīng)用受到限制。

3.變頻串聯(lián)諧振試驗

變頻串聯(lián)諧振試驗原理與上述調(diào)感式工頻串聯(lián)諧振試驗原理相似[5]，唯一不同之處在于：變頻串聯(lián)諧振試驗是通過調(diào)節(jié)變頻電源中的輸出電壓頻率實現(xiàn)試驗回路產(chǎn)生諧振；而調(diào)感式工頻串聯(lián)諧振試驗則是通過基于50Hz工頻下的調(diào)節(jié)電抗器產(chǎn)生的電感量實現(xiàn)試驗回路產(chǎn)生諧振。變頻串聯(lián)諧振試驗的優(yōu)點為：當(dāng)試驗所需電源容量低于被測電纜的電源容量時，能夠在遠低于所需電源功率的情況下進行試驗，能夠有效提高現(xiàn)場試驗的效率，并且能夠克服調(diào)感式工頻耐壓試驗裝置中的缺點，使其能夠在實際生活中得到更加廣泛的應(yīng)用。此外，變頻串聯(lián)諧振試驗的工作頻率僅為30～300Hz，能夠完善超低頻耐壓試驗的頻率過低、損耗小導(dǎo)致與實際損耗量不符的問題。因此，變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗所得結(jié)果為精密、全面和可靠的，見表1。

三、變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗設(shè)計

變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗主要包括變頻電源主電路、勵磁變壓器、諧振電抗器、電容分壓器、補償電容器等設(shè)備。國際大電網(wǎng)會議組織建議以30～300Hz為試驗頻率范圍，但是由于實際生活中存在一些影響因素，可以20～300Hz為試驗頻率范圍。我國額定工頻為50Hz，在預(yù)防性試驗的工頻范圍為45～55Hz，這樣做的目的為了滿足對被測電纜絕緣下降進行實時監(jiān)測的需求，因此才選擇比額定工頻范圍更大的頻率。實際試驗中的接近工頻頻率為35～75Hz，這主要是在大量的試驗與研究中發(fā)現(xiàn)工頻頻率在35～75Hz時，擊穿電壓可信度為95%，因此，在變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗中將接近工頻選擇35～75Hz為最理想狀態(tài)。

結(jié)束語

隨著現(xiàn)代電力事業(yè)的不斷發(fā)展，電力電纜耐壓試驗的作用也越來越突出?，F(xiàn)階段中，變頻串聯(lián)諧振由于其優(yōu)勢在電力電纜耐壓試驗中得到了廣泛的應(yīng)用，旨在提高我國供電質(zhì)量，保障人們工作與學(xué)習(xí)的有序開展。文章主要通過分析現(xiàn)階段中電力電纜耐壓試驗中的低頻率耐壓試驗、調(diào)感式工頻串聯(lián)諧振試驗以及變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗的原理和優(yōu)缺點，最終得出變頻串聯(lián)諧振在高壓電力電纜耐壓試驗中的應(yīng)用效果最佳，能夠進行現(xiàn)場實時監(jiān)測、效率高、檢測時間短、準確性以及可靠性高的結(jié)論。

參考文獻

[1]李莉，梁廣恒.變頻串聯(lián)諧振法在并聯(lián)電容器組交流耐壓試驗中的應(yīng)用[J].電氣應(yīng)用，2013，26（10）：126-129.

[2]張鴻.變頻串聯(lián)諧振技術(shù)在電纜高壓試驗中的應(yīng)用和分析[J].廣東輸電與變電技術(shù)，2012，11（2）：25-28.

[3]林志軍.變頻串聯(lián)諧振試驗裝置在真空斷路器耐壓試驗中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2012，13（27）：101-101.

[4]趙金明，段肖華.變頻串聯(lián)諧振技術(shù)在高壓電纜交接試驗中的應(yīng)用[J].電網(wǎng)與清潔能源，2012，28（4）：23-25.

[5]張凱，鞏云峰，楊志華等.750kVGIS設(shè)備變頻串聯(lián)諧振交流耐壓試驗研究[J].工業(yè)儀表與自動化裝置，2014，21（4）：99-101.