利用串并聯諧振原理提高電纜試驗長度的思考

摘要：本文針對利用串聯諧振原理提高電纜試驗長度進行了可行性研究得出的結論是新方案能為公司節約費用，經濟效益顯著。

關鍵詞：變電站 串并聯 試驗 電纜

1 邯鄲電網建設背景

邯鄲地區十一五電網規劃建設方案實施以來，邯鄲電網110kV及以上變電站已達114座，伴隨著供電可靠性的大幅提升，也出現了一系列的新問題。一是，為了減少變電站占地面積和縮短建設周期，35kV、10kV配電裝置廣泛采用了成套式密封開關柜，配網線路進站段必須采用電纜線路；二是，隨著社會經濟發展，35kV及以下配網可用架空走廊資源已瀕臨枯竭，采用長距離的電纜線路來避免與其他高壓線路的交叉跨越、采用長距離電纜線路穿越工礦企業廠區、市政規劃建設區，已經成為一種通用有效的技術手段。以上兩個問題對35kV、10kV高壓電纜的試驗能力提出了更高要求。

2 我公司試驗設備配備情況

2.1 串聯諧振試驗主機

型號：HDSR-F-Y14 制造廠家：蘇州華電 制造日期：2006年8月

輸出頻率范圍：30-300HZ 輸出電壓：0-400V 額定輸出電流：5A

2.2 諧振電抗器（1）

型號：HDSR-F-45/37 制造廠家：蘇州華電 制造日期：2006年8月

頻率范圍：45-300HZ 輸出電壓：37kV 額定輸出電流：2A

額定電感：13OH 持續試驗時間15min 配置數量：6只

2.3 諧振電抗器（2）

型號：HDSR-F-36/18 制造廠家：蘇州華電 制造日期：2006年8月

頻率范圍：30-300HZ 輸出電壓：18kV 額定輸出電流：2A

額定電感：65H 持續試驗時間：60Min 配置數量：3只

2.4 電容分壓器

型號：HDSR-F-C250制造廠家：蘇州華電 制造日期：2006年8月

輸入電壓范圍：0-250kV 配置數量：1只

2.5 勵磁變壓器

型號：HDSR-F-B8I 制造廠家：蘇州華電 制造日期：2006年8月

輸入電壓范圍：0-450kV 輸出電壓：0-10kV 額定容量：8kVA

配置數量：1只

3 改進前試驗方案

3.1 試驗設備搭配 根據選型配置，進行110kV站主變、配電裝置耐壓試驗時，使用串聯諧振試驗主機、諧振電抗器（1）、勵磁變壓器和電容分壓器。進行35kV、10kV電纜試驗時，使用串聯諧振試驗主機、諧振電抗器（2）、勵磁變壓器和電容分壓器。

3.2 電纜試驗能力 試驗能力受諧振電抗器額定電流限制，試驗時高壓回路電流不能大于2A。電纜試驗能力詳見下表：

3.3 試驗原理及接線 變頻串聯諧振的原理接線圖如下圖所示。當在較低的電源電壓下改變變頻電源的頻率，逐步升高頻率時，諧振電抗器L的感康XL=2πfL逐漸增大，而試品電纜Cx的容抗Xc=1/(2πfCx)逐漸減小，在某一頻率下，XL=Xc，兩者相互抵消，回路中只剩下損耗等值電阻R，在電源電壓U的作用下，電流I達到最大。此時，視頻Cx的兩端電壓Uc和L的端電壓都達到最大，且兩者幅值基本相同，相位相反。這個時刻回路處于串聯諧振狀態，試驗就在這個狀態下進行。

此時，回路電流I=U/R，品質因素Q=2πfL/R，試品電壓Uc=QU，TE提供純有功功率，試品所需的無功功率由諧振電抗器提供，因此實現了以較小的電源電壓和容量，完成試品所需的高電壓和大無功功率試驗。

4 改進后試驗方案

4.1 試驗設備搭配 進行35kV、10kV電纜試驗時，使用串聯諧振試驗主機、諧振電抗器（2）、勵磁變壓器和電容分壓器的同時，把諧振電抗器（1）作為并聯補償電抗器使用。考慮到諧振電抗器（1）持續試驗時間為15Min，按照等效發熱原理即I2eRTe=I21RT1，當試驗時間改為電抗器額定試驗時間的4倍時，試驗電流時最大電流應控制在額定電流的0.5倍，即1A。

4.2 電纜試驗能力 試驗能力受串并聯諧振電抗器額定電流限制，試驗時高壓回路電流不能大于2A。

4.3 試驗原理及接線 當試品電容量Cx較大，所需的試驗電流Ic超過串聯諧振電抗器或變頻電源容量時，可以在試品兩端并聯諧振電抗器，使其補償一部分試品電流，從而降低流過串聯諧振電抗器的電流。

進行10kV電纜試驗時，使用一節諧振電抗器（2）做回路串聯諧振電抗器，其余三只作為并聯諧振電抗器，必要時可將6節諧振電抗器（1）也作為并聯諧振電抗器使用。

進行35kV電纜試驗時，使用三節諧振電抗器（2）串聯起來作為高壓回路串聯諧振電抗器，使用六節諧振電抗器（1），每兩節組合在一起作為三串并聯補償電抗器。

5 現場應用效果評價

以下是新金站35kV電纜試驗實例。

5.1 試品參數

電纜型號：YJV-26/35-1*240 電纜長度：1200米 電容量：0.19uf/km

試驗電壓：52kV 試驗時間：60Min

5.2 試驗方案

采用改進后串并聯諧振試驗方法，試驗接線原理圖如下：

試驗前參數估算表：

試驗結果表（見下表）：

5.3 現場應用結論

根據現場驗證，新方案能夠有效提高電纜試驗長度，就邯鄲電網發展前景來看，該方案在2015年前能滿足邯鄲地區電纜試驗要求。

5.4 經濟效益分析

對目前電纜試驗的費用進行統計，并預測未來5年電網的發展，經濟效益評估如下：

對未來5年電網建設發展預測，如果電纜進行委托試驗，委托試驗費約45.72萬元。

6 總體評價

該項試驗方案能為公司節約費用約45.72萬元，經濟效益顯著。