串聯諧振耐壓試驗渦流研究

謝云飛 呂永紅 吳懷玉 寧晉峰 吳斌

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

關鍵詞：交聯聚乙烯電纜；渦流損耗；耐壓試驗；串聯諧振；電抗器 文獻標識碼：A

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

隨著長治電網的改造和發展，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，工頻耐壓試驗設備的容量滿足不了現場的試驗要求，直流耐壓與電纜的運行工況有所差異，串聯諧振設備由于電源容量小、耐壓與運行工況相似等優點，越來越多地應用于電纜的交接耐壓試驗中，但串諧設備應用中存在的一些問題不容忽視。

1 現場交流耐壓試驗方法

交流耐壓試驗是電氣設備交接試驗中考察電氣設備絕緣的最重要、最關鍵的一環，現場實際中應用最廣泛也最經典的主要有以下兩種交流耐壓試驗方法：

1.1 工頻耐壓試驗

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

1.2 諧振耐壓試驗

諧振耐壓試驗是近工頻耐壓試驗，頻率在30～300Hz范圍內，耐壓試驗電氣設備絕緣內部的電壓分布和運行工況類似，在工頻耐壓器容量不夠時代替工頻耐壓試驗。諧振耐壓試驗分為工頻諧振耐壓和變頻串聯諧振耐壓試驗方法。工頻諧振耐壓試驗主要為調節電感，但操作繁瑣，不宜現場使用。變頻諧振耐壓試驗有效地避免了以上兩種耐壓試驗的缺點。另外變頻諧振耐壓試驗還有以下優點：

1.2.1 裝置體積較小，頻率調節簡單，所需電源容量大大減小。串聯諧振電源是利用諧振電抗器和被試品電容諧振產生高電壓和大電流的，在整個系統中，電源只需要提供系統中有功消耗的部分，因此試驗所需的電源功率只有試驗容量的1/Q，Q為系統的品質因數，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試品的誤擊穿。變頻串聯諧振耐壓試驗裝置防止大的短路電流燒傷故障點。在串聯諧振狀態，當試品的絕緣弱點被擊穿時，電路立即脫諧，回路電流迅速下降為正常試驗電流的1/Q。而并聯諧振或者試驗變壓器方式做耐壓試驗時，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百倍，所以串聯諧振能有效地找到絕緣弱點，又不存在大的短路電流燒傷故障點的憂患。

1.2.3 變頻串聯諧振耐壓試驗裝置不會出現任何恢復過電壓。試品發生擊穿時，因失去諧振條件，高電壓也立即消失，電弧即刻熄滅，不會出現任何恢復過

電壓。

2 變頻串聯諧振試驗系統

變頻串聯諧振耐壓試驗裝置由變頻電源、勵磁變壓器、避雷器、高壓電抗器和電容分壓器組成，通過改變試驗系統的電感量和試驗頻率，使回路處于諧振狀態，此時電路阻抗Z（f0）=R為純電阻，電壓和電流同相。這樣試驗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。被試電氣設備的電容量為C，電感為L，則諧振頻率為：

VF：變頻電源；T：勵磁變壓器；MOA：避雷器（與勵磁變壓器做成一體）；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回電纜進線交接耐壓試驗，該間隔為兩條并聯使用的三芯電纜，截面積為300mm2，單根電纜長度為1.3km。兩條電纜并聯起來的電容量為：

單節電抗器的電感值為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，則系統總電感值為：

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

電纜的A相耐壓時，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系，兩節串聯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通電密繞螺旋管，雖然每兩節電抗器距鐵板大概有10cm的空氣間隙，加上1cm的絕緣膠墊，構成了較大的空氣漏磁通，但由于下面的地槽是鐵板制成，鐵的導磁率遠大于空氣，這樣在鐵板和電抗器間形成了一個較強的磁場，于是鐵板上形成了較大的渦流，功率損耗就非常巨大。發現該問題后，把電抗器移到地面上做B、C相的試驗，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諧振系統的品質因數大大降低；另一方面對該系統的長時間運行有著不可估量的損害。

4 結語

對于長距離大電容量的電纜交接耐壓試驗，工頻耐壓由于試驗變壓器容量太大，且電源容量也非常大，這在現場均難以滿足或者非常不便，推薦使用變頻串聯諧振系統進行諧振耐壓試驗，但是試驗方法不當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，重則影響到品質因數降低，試驗電壓達不到規定值，無法順利地完成耐壓試驗。

參考文獻

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出版社，2005.

[2] 邱關源.電路[M].北京：高等教育出版社，1996.

[3] 李中勝.串聯諧振耐壓試驗中電抗器的組配驗算[J].

湖南工業職業技術學院學報，2014，（2）

作者簡介：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：電氣試驗與狀態檢修；呂永紅（1973-），男，山西省電力公司長治供電公司高級技師，研究方向：電氣試驗工作與狀態檢修；吳懷玉

（1968-），男，山西省電力公司長治供電公司高級工程師，研究方向：檢修及電氣試驗監督；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：檢修及電氣試驗監督；吳斌（1981-），男，山西省電力公司長治供電公司工程師，研究方向：絕緣監督。

（責任編輯：黃銀芳）