串聯(lián)諧振在電力電纜絕緣試驗(yàn)中的應(yīng)用及故障排除

宋維宏，張聰泰

（酒鋼（集團(tuán)）宏晟電熱公司，甘肅嘉峪關(guān) 735100）

前言

串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)，是將電抗器的電感和被試設(shè)備對(duì)地電容串聯(lián)實(shí)現(xiàn)諧振試驗(yàn)過(guò)電壓，從而實(shí)現(xiàn)通過(guò)控制一個(gè)小容量的變頻電源，在被試設(shè)備上獲得高電壓、大電流。這是當(dāng)前對(duì)高壓設(shè)備進(jìn)行交流耐壓測(cè)試的一種最常見的方式，在國(guó)內(nèi)已獲得了普遍的運(yùn)用。串聯(lián)諧振利用了諧振式電流濾波電路，通過(guò)改變開關(guān)電源輸入波形畸變，可以得到較好的正弦電壓，從而有效避免了諧波峰值導(dǎo)致被試設(shè)備誤擊穿。當(dāng)串聯(lián)諧振耐壓范圍測(cè)試中出現(xiàn)了閃絡(luò)擊穿現(xiàn)象時(shí)，由于沒(méi)有了諧振條件，此時(shí)的短路電流、高電壓迅速消失，可避免被試設(shè)備的損傷和損壞。此后，可重新設(shè)置高電壓，因此特別適用于高電壓、大容量的電力電纜的交流耐壓試驗(yàn)。

1 案例及計(jì)算

串聯(lián)諧振交流耐壓試驗(yàn)在進(jìn)行電力電纜高壓測(cè)試時(shí)，主要取決于下列幾方面：

（1）電力電纜的最高測(cè)試頻段f，工作頻段交流限制范圍為：45～65 Hz。

（2）電力電纜的最大和最小等效電容量為Cx。

（3）電力電纜的最大測(cè)試電壓為Us。

（4）在進(jìn)行最大耐壓范圍測(cè)試的時(shí)間t。

1.1 被試設(shè)備基本參數(shù)

下面就以我電廠新#5 機(jī)循環(huán)泵8.7/10 kV 電纜試驗(yàn)為例說(shuō)明：

新#5 機(jī)循環(huán)泵電機(jī)的電源開關(guān)取自6 kV 工作VA 段。電纜的參數(shù)：型號(hào)：YJV-3×70-8.7/10 kV 的交聯(lián)聚乙烯電纜，長(zhǎng)度800 m，根據(jù)表1 查知電纜等效電容量為0.217 μF/km。

表1 交聯(lián)聚乙烯電纜每公里電容量參考表 單位：μF/km

1.2 試驗(yàn)設(shè)備概況

試驗(yàn)儀器采用（FKVF-10KFA/0.4 kV）一臺(tái)，激磁變（CQSB-8 kVA/1.2 kV/0.25 kV）一臺(tái)（額定輸出電壓1.2 kV/電流6.67 A，額定輸入電壓0.25 kV/電流32 A），高壓電抗器（CHX-36 kVA/22 kV）4 節(jié)（額定電流1.6 4A，電感52 H±5%），電容分壓器（TRF-30 kVA/500 PF）一臺(tái)（分壓比1000∶1）。

電纜電容計(jì)算如式（1）：

電纜諧振頻率計(jì)算如式（2）：

電纜電流估算如式（3）：

由于I=1.0 A＜1.46 A，所有可以使用單節(jié)電抗器進(jìn)行試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)方法

電力電纜現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)，被試電纜的其中一相接交流高壓電源，而另外二根則與大地連接，被試電纜的另一端三相開路，且滿足在試驗(yàn)電壓下的安全距離。注意：不能將三相電纜并聯(lián)對(duì)地同時(shí)進(jìn)行交流耐壓測(cè)試。試驗(yàn)接線見圖1。

圖1 試驗(yàn)原理接線圖

3 常見故障原因及排除方法

3.1 現(xiàn)象1

調(diào)諧曲線為一個(gè)直線，調(diào)諧完畢后屏幕提示缺少諧振點(diǎn)，見圖2。

圖2 串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)故障1曲線

3.1.1 原因

電路連接不良，試驗(yàn)中傳輸電路接地錯(cuò)誤，或串聯(lián)諧振試驗(yàn)儀某一處開路。

3.1.2 排除辦法

（1）檢測(cè)試驗(yàn)儀器連接牢固，連接線是不是有斷裂點(diǎn)。

（2）檢測(cè)勵(lì)磁變壓器的高低壓輸入線圈之間的通斷。

（3）檢測(cè)每一個(gè)電抗器繞組的通斷。

（4）檢測(cè)分壓器的所有信號(hào)線的開關(guān)通斷。

3.2 現(xiàn)象2

（1）調(diào)諧曲線為一個(gè)平行直線，且具有較低的尖峰。

（2）當(dāng)測(cè)試時(shí)一次電流較高，但高壓卻較低，又或者當(dāng)電壓沒(méi)有升至測(cè)試電壓時(shí)，一次電流就已達(dá)到了額定電流，試驗(yàn)設(shè)備自動(dòng)降壓。見圖3。

圖3 串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)故障2曲線

3.2.1 原因

（1）電抗器與試品電容量不相匹配，不能正確找出諧振點(diǎn)。

（2）被試品的損耗較高。

（3）勵(lì)磁變壓器高壓輸出電壓較低。

（4）高壓測(cè)試連線過(guò)長(zhǎng)。

3.2.2 排除辦法

（1）將補(bǔ)償電容并接到測(cè)試電路，增大回路電容量。

（2）盡量使多個(gè)電抗器串聯(lián)起來(lái)進(jìn)行諧振，以增加測(cè)試回路電感的容量。

（3）進(jìn)一步提高勵(lì)磁變壓器的輸出電壓。

（4）將被試設(shè)備干燥加工，進(jìn)一步提高被試設(shè)備的絕緣強(qiáng)度，降低電路的有功損失。

（5）當(dāng)被設(shè)備需要較高電壓時(shí)，將較長(zhǎng)的普通輸出線換成較短的輸出線，或者將普通的輸出線換成高壓輸出線。

3.3 現(xiàn)象3

正常試驗(yàn)曲線見圖4。

圖4 串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)正常曲線

根據(jù)試驗(yàn)前粗略估算出的電流，當(dāng)電流大于電抗額定電流時(shí)，我們就需要采用并聯(lián)電抗，防止電抗器過(guò)負(fù)荷，長(zhǎng)時(shí)間耐壓損壞電抗器；根據(jù)諧振時(shí)被試電纜上的電壓找到諧振點(diǎn)，然后觀察頻率是否與我們估算的是否一致，再確定是否需要補(bǔ)償電容。確定好之后就可以開始升壓試驗(yàn)，直線緩慢上升至試驗(yàn)電源值，然后持續(xù)實(shí)驗(yàn)要求耐壓時(shí)間。

4 結(jié)論

交流耐壓試驗(yàn)作為發(fā)現(xiàn)電力電纜絕緣隱患的最有效手段，通過(guò)串聯(lián)諧振在符合測(cè)試頻率范圍內(nèi)的要求下，可以根據(jù)電抗器的電阻損耗與被測(cè)試電力電纜的損耗關(guān)系，通過(guò)調(diào)整交流電抗器的組成方法，可以降低大容量電力電纜在進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)時(shí)對(duì)測(cè)試電源與試驗(yàn)設(shè)備總?cè)萘康男枨?，方便于?fù)雜現(xiàn)場(chǎng)、環(huán)境下進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)。