串聯(lián)諧振在電力電纜絕緣試驗中的應(yīng)用及故障排除

宋維宏，張聰泰

（酒鋼（集團）宏晟電熱公司，甘肅嘉峪關(guān) 735100）

前言

串聯(lián)諧振耐壓試驗，是將電抗器的電感和被試設(shè)備對地電容串聯(lián)實現(xiàn)諧振試驗過電壓，從而實現(xiàn)通過控制一個小容量的變頻電源，在被試設(shè)備上獲得高電壓、大電流。這是當前對高壓設(shè)備進行交流耐壓測試的一種最常見的方式，在國內(nèi)已獲得了普遍的運用。串聯(lián)諧振利用了諧振式電流濾波電路，通過改變開關(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。當串聯(lián)諧振耐壓范圍測試中出現(xiàn)了閃絡(luò)擊穿現(xiàn)象時，由于沒有了諧振條件，此時的短路電流、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。

1 案例及計算

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

（1）電力電纜的最高測試頻段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）電力電纜的最大測試電壓為Us。

（4）在進行最大耐壓范圍測試的時間t。

1.1 被試設(shè)備基本參數(shù)

下面就以我電廠新#5 機循環(huán)泵8.7/10 kV 電纜試驗為例說明：

新#5 機循環(huán)泵電機的電源開關(guān)取自6 kV 工作VA 段。電纜的參數(shù)：型號：YJV-3×70-8.7/10 kV 的交聯(lián)聚乙烯電纜，長度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 試驗設(shè)備概況

試驗儀器采用（FKVF-10KFA/0.4 kV）一臺，激磁變（CQSB-8 kVA/1.2 kV/0.25 kV）一臺（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（分壓比1000∶1）。

電纜電容計算如式（1）：

電纜諧振頻率計算如式（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)電抗器進行試驗。

2 試驗方法

電力電纜現(xiàn)場測試時，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，且滿足在試驗電壓下的安全距離。注意：不能將三相電纜并聯(lián)對地同時進行交流耐壓測試。試驗接線見圖1。

圖1 試驗原理接線圖

3 常見故障原因及排除方法

3.1 現(xiàn)象1

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

圖2 串聯(lián)諧振耐壓試驗故障1曲線

3.1.1 原因

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

3.1.2 排除辦法

（1）檢測試驗儀器連接牢固，連接線是不是有斷裂點。

（2）檢測勵磁變壓器的高低壓輸入線圈之間的通斷。

（3）檢測每一個電抗器繞組的通斷。

（4）檢測分壓器的所有信號線的開關(guān)通斷。

3.2 現(xiàn)象2

（1）調(diào)諧曲線為一個平行直線，且具有較低的尖峰。

（2）當測試時一次電流較高，但高壓卻較低，又或者當電壓沒有升至測試電壓時，一次電流就已達到了額定電流，試驗設(shè)備自動降壓。見圖3。

圖3 串聯(lián)諧振耐壓試驗故障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。

（2）被試品的損耗較高。

（3）勵磁變壓器高壓輸出電壓較低。

（4）高壓測試連線過長。

3.2.2 排除辦法

（1）將補償電容并接到測試電路，增大回路電容量。

（2）盡量使多個電抗器串聯(lián)起來進行諧振，以增加測試回路電感的容量。

（3）進一步提高勵磁變壓器的輸出電壓。

（4）將被試設(shè)備干燥加工，進一步提高被試設(shè)備的絕緣強度，降低電路的有功損失。

（5）當被設(shè)備需要較高電壓時，將較長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

正常試驗曲線見圖4。

圖4 串聯(lián)諧振耐壓試驗正常曲線

根據(jù)試驗前粗略估算出的電流，當電流大于電抗額定電流時，我們就需要采用并聯(lián)電抗，防止電抗器過負荷，長時間耐壓損壞電抗器；根據(jù)諧振時被試電纜上的電壓找到諧振點，然后觀察頻率是否與我們估算的是否一致，再確定是否需要補償電容。確定好之后就可以開始升壓試驗，直線緩慢上升至試驗電源值，然后持續(xù)實驗要求耐壓時間。

4 結(jié)論

交流耐壓試驗作為發(fā)現(xiàn)電力電纜絕緣隱患的最有效手段，通過串聯(lián)諧振在符合測試頻率范圍內(nèi)的要求下，可以根據(jù)電抗器的電阻損耗與被測試電力電纜的損耗關(guān)系，通過調(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行交流耐壓試驗時對測試電源與試驗設(shè)備總?cè)萘康男枨螅奖阌趶?fù)雜現(xiàn)場、環(huán)境下進行交流耐壓試驗。