串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)渦流研究

謝云飛 呂永紅 吳懷玉 寧晉峰 吳斌

摘要：文章針對(duì)長距離大容量交聯(lián)聚乙烯電纜在耐壓試驗(yàn)時(shí)，因電抗器放置在導(dǎo)體上引起較高的渦流損耗，從而引起耐壓試驗(yàn)系統(tǒng)大量功率損耗，敘述了該情況下的功率損耗及危害，對(duì)長距離大電容量的電纜耐壓試驗(yàn)有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：交聯(lián)聚乙烯電纜；渦流損耗；耐壓試驗(yàn)；串聯(lián)諧振；電抗器 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM154 文章編號(hào)：1009-2374（2016）15-0015-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.15.007

隨著長治電網(wǎng)的改造和發(fā)展，聚乙烯電纜越來越廣泛地用于變電站的35kV和10kV出線間隔中。但是電纜長度增加，工頻耐壓試驗(yàn)設(shè)備的容量滿足不了現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)要求，直流耐壓與電纜的運(yùn)行工況有所差異，串聯(lián)諧振設(shè)備由于電源容量小、耐壓與運(yùn)行工況相似等優(yōu)點(diǎn)，越來越多地應(yīng)用于電纜的交接耐壓試驗(yàn)中，但串諧設(shè)備應(yīng)用中存在的一些問題不容忽視。

1 現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓試驗(yàn)方法

交流耐壓試驗(yàn)是電氣設(shè)備交接試驗(yàn)中考察電氣設(shè)備絕緣的最重要、最關(guān)鍵的一環(huán)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際中應(yīng)用最廣泛也最經(jīng)典的主要有以下兩種交流耐壓試驗(yàn)方法：

1.1 工頻耐壓試驗(yàn)

電氣設(shè)備耐壓試驗(yàn)時(shí)常表現(xiàn)為一種容性設(shè)備，容性設(shè)備的電容量較小時(shí)，工頻耐壓試驗(yàn)是最佳的耐壓試驗(yàn)方法，工頻耐壓試驗(yàn)時(shí)的電壓、波形、頻率和被試電氣設(shè)備內(nèi)部絕緣的電壓分布，均符合實(shí)際運(yùn)行工況，因此能有效發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備內(nèi)部絕緣缺陷，是保證電氣設(shè)備安全運(yùn)行最為行之有效的方法之一。工頻耐壓設(shè)備一般較大，電壓較高，耐壓器一般處于空載運(yùn)行狀態(tài)，因此短路電流較小，能滿足變電站內(nèi)小電容量的被試設(shè)備的耐壓要求。

1.2 諧振耐壓試驗(yàn)

諧振耐壓試驗(yàn)是近工頻耐壓試驗(yàn)，頻率在30～300Hz范圍內(nèi)，耐壓試驗(yàn)電氣設(shè)備絕緣內(nèi)部的電壓分布和運(yùn)行工況類似，在工頻耐壓器容量不夠時(shí)代替工頻耐壓試驗(yàn)。諧振耐壓試驗(yàn)分為工頻諧振耐壓和變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)方法。工頻諧振耐壓試驗(yàn)主要為調(diào)節(jié)電感，但操作繁瑣，不宜現(xiàn)場(chǎng)使用。變頻諧振耐壓試驗(yàn)有效地避免了以上兩種耐壓試驗(yàn)的缺點(diǎn)。另外變頻諧振耐壓試驗(yàn)還有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.2.1 裝置體積較小，頻率調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單，所需電源容量大大減小。串聯(lián)諧振電源是利用諧振電抗器和被試品電容諧振產(chǎn)生高電壓和大電流的，在整個(gè)系統(tǒng)中，電源只需要提供系統(tǒng)中有功消耗的部分，因此試驗(yàn)所需的電源功率只有試驗(yàn)容量的1/Q，Q為系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)，一般在20～30之間。

1.2.2 改善輸出電壓的波形。諧振電源是諧振式濾波電路，能改善輸出電壓的波形畸變，獲得很好的正弦波形，有效地防止了諧波峰值對(duì)試品的誤擊穿。變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置防止大的短路電流燒傷故障點(diǎn)。在串聯(lián)諧振狀態(tài)，當(dāng)試品的絕緣弱點(diǎn)被擊穿時(shí)，電路立即脫諧，回路電流迅速下降為正常試驗(yàn)電流的1/Q。而并聯(lián)諧振或者試驗(yàn)變壓器方式做耐壓試驗(yàn)時(shí)，擊穿電流立即上升幾十倍，兩者相比，短路電流與擊穿電流相差數(shù)百倍，所以串聯(lián)諧振能有效地找到絕緣弱點(diǎn)，又不存在大的短路電流燒傷故障點(diǎn)的憂患。

1.2.3 變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置不會(huì)出現(xiàn)任何恢復(fù)過電壓。試品發(fā)生擊穿時(shí)，因失去諧振條件，高電壓也立即消失，電弧即刻熄滅，不會(huì)出現(xiàn)任何恢復(fù)過

電壓。

2 變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)系統(tǒng)

變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置由變頻電源、勵(lì)磁變壓器、避雷器、高壓電抗器和電容分壓器組成，通過改變?cè)囼?yàn)系統(tǒng)的電感量和試驗(yàn)頻率，使回路處于諧振狀態(tài)，此時(shí)電路阻抗Z（f0）=R為純電阻，電壓和電流同相。這樣試驗(yàn)回路中試品上的大部分容性電流與電抗器上的感性電流相抵消，電源只提供回路中消耗的有功功率的能量。被試電氣設(shè)備的電容量為C，電感為L，則諧振頻率為：

VF：變頻電源；T：勵(lì)磁變壓器；MOA：避雷器（與勵(lì)磁變壓器做成一體）；L：電抗器組合；CF：電容分壓器；Cx：被試電氣設(shè)備

3 案例詳述及分析

2013年4月1日在長治市110kV文王山站35kV潞寶興海Ⅱ回電纜進(jìn)線交接耐壓試驗(yàn)，該間隔為兩條并聯(lián)使用的三芯電纜，截面積為300mm2，單根電纜長度為1.3km。兩條電纜并聯(lián)起來的電容量為：

單節(jié)電抗器的電感值為52.5H，額定容量為55kVA，額定電壓為26kV。將電抗器兩串四并后，考慮到電抗器之間的互感系數(shù)，則系統(tǒng)總電感值為：

根據(jù)頻率式（1），有系統(tǒng)諧振時(shí)f0=41.5Hz。于是，一次電流I=2·π·f·C·U=6.7A，考慮到電抗器和勵(lì)磁變的電阻損耗以及引線和其他電暈損耗，實(shí)際的一次電流達(dá)到8A。

電纜的A相耐壓時(shí)，電抗器置于車廂的鐵板上。電抗器兩串四并，考慮到電抗器間的互感關(guān)系，兩節(jié)串聯(lián)電抗器的電感就增加了一倍多，每兩件電抗器就形成了一個(gè)通電密繞螺旋管，雖然每兩節(jié)電抗器距鐵板大概有10cm的空氣間隙，加上1cm的絕緣膠墊，構(gòu)成了較大的空氣漏磁通，但由于下面的地槽是鐵板制成，鐵的導(dǎo)磁率遠(yuǎn)大于空氣，這樣在鐵板和電抗器間形成了一個(gè)較強(qiáng)的磁場(chǎng)，于是鐵板上形成了較大的渦流，功率損耗就非常巨大。發(fā)現(xiàn)該問題后，把電抗器移到地面上做B、C相的試驗(yàn)，儀表盤上的功率損耗降為原來的1/2。這樣大的功率損耗一方面使得變頻串聯(lián)諧振系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)大大降低；另一方面對(duì)該系統(tǒng)的長時(shí)間運(yùn)行有著不可估量的損害。

4 結(jié)語

對(duì)于長距離大電容量的電纜交接耐壓試驗(yàn)，工頻耐壓由于試驗(yàn)變壓器容量太大，且電源容量也非常大，這在現(xiàn)場(chǎng)均難以滿足或者非常不便，推薦使用變頻串聯(lián)諧振系統(tǒng)進(jìn)行諧振耐壓試驗(yàn)，但是試驗(yàn)方法不當(dāng)造成的渦流損耗必須極為重視，否則，輕則造成能源不必要的浪費(fèi)，重則影響到品質(zhì)因數(shù)降低，試驗(yàn)電壓達(dá)不到規(guī)定值，無法順利地完成耐壓試驗(yàn)。

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湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，（2）

作者簡(jiǎn)介：謝云飛（1983-），男，山西省電力公司長治供電公司工程師，碩士，研究方向：電氣試驗(yàn)與狀態(tài)檢修；呂永紅（1973-），男，山西省電力公司長治供電公司高級(jí)技師，研究方向：電氣試驗(yàn)工作與狀態(tài)檢修；吳懷玉

（1968-），男，山西省電力公司長治供電公司高級(jí)工程師，研究方向：檢修及電氣試驗(yàn)監(jiān)督；寧晉峰（1961-），男，供職于山西省電力公司長治供電公司，研究方向：檢修及電氣試驗(yàn)監(jiān)督；吳斌（1981-），男，山西省電力公司長治供電公司工程師，研究方向：絕緣監(jiān)督。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）