串聯(lián)諧振交流耐壓試驗(yàn)方法

來(lái)源：揚(yáng)州國(guó)浩電氣有限公司 2025年07月15日 07:06

交流耐壓試驗(yàn)是鑒定電氣設(shè)備絕緣強(qiáng)度的、和最直接的試驗(yàn)方法，它對(duì)判斷電氣設(shè)備能否繼續(xù)投入運(yùn)行具有決定性的意義，也是保證設(shè)備絕緣水平，避免發(fā)生絕緣事故的重要手段。根據(jù)國(guó)內(nèi)外交流耐壓試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)，IEC和CIGRE推薦了XLPE電力電纜進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：

交流耐壓試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

試驗(yàn)電壓與k值

通過(guò)大量的試驗(yàn)和研究都證明了，對(duì)XLPE電力電纜進(jìn)行類(lèi)工頻的交流耐壓試驗(yàn)，即采用50Hz或者接近50Hz的正弦波交流，不存在試驗(yàn)機(jī)理的等效性問(wèn)題，得到的試驗(yàn)電壓波形與運(yùn)行電壓波形類(lèi)似或者等同。1997年的CIGREWG 21.09工作組報(bào)告指出：30-300Hz的交流耐壓試驗(yàn)與工頻耐壓試驗(yàn)的等效性良好，推薦作為XLPE電纜線(xiàn)路的現(xiàn)場(chǎng)交接預(yù)防性試驗(yàn)使用。與此同時(shí)，瑞士的Zangel教授也提出了一個(gè)的論證：在50-300Hz下的交流絕緣耐壓試驗(yàn)中試品的電壓分布與50Hz下的電壓分布相同。目前使用串聯(lián)諧振方法進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)主要有調(diào)感式和固感式兩種方法。

1）調(diào)感型串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)方法
調(diào)感式串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)方法是在50Hz工頻電壓的基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)電抗器使電路呈純阻性產(chǎn)生諧振的原理進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。多節(jié)電抗器可以并聯(lián)也可以串聯(lián)使用，滿(mǎn)足不同電壓和電流等級(jí)下諧振的需求。但是調(diào)感式串聯(lián)諧振耐壓方法具有很大的局限性，雖然理論上電抗器可以實(shí)現(xiàn)容量和體積的無(wú)限制放大，但是目前的工藝并不能滿(mǎn)足這一點(diǎn)，所以調(diào)感式串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)不能夠完成現(xiàn)有公里級(jí)別的XLPE電纜的耐壓試驗(yàn)要求。

2）固定電感并聯(lián)工頻諧振變壓器試驗(yàn)方法
這種方法采用可調(diào)電感的工頻諧振變壓器配合固定電抗器進(jìn)行諧振耐壓試驗(yàn)，也屬于固感式串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)。典型接線(xiàn)圖如下圖所示：

固定電感并聯(lián)工頻諧振變壓器接線(xiàn)圖

圖中1為自耦調(diào)壓器，2為諧振調(diào)壓器，L1，L2，L3一起組成電抗器。由固定電抗器提供補(bǔ)償電流，補(bǔ)償工頻諧振變壓器容量的不足。缺點(diǎn)是可移動(dòng)性能不好，不便于進(jìn)行野外耐壓試驗(yàn)。

3）調(diào)頻式串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)方法
調(diào)頻式串聯(lián)諧振方法是利用RLC串聯(lián)諧振電路發(fā)生諧振的時(shí)候可以在試品電纜上產(chǎn)生高于輸入電壓Q倍電壓的原理來(lái)進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)的。調(diào)頻式串聯(lián)諧振裝置原理圖如圖所示。

調(diào)頻式串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置示意圖

調(diào)頻式串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)是利用可調(diào)高壓電抗器的電感與回路中試品電纜及分壓電容發(fā)生諧振，由串聯(lián)諧振變頻器輸出所需要的諧振頻率，在電纜上產(chǎn)生諧振高壓的原理研制而成的。典型的試驗(yàn)裝置示意圖如圖所示，裝置工作時(shí)候，首先由工頻電壓AC220V或者380V輸入，經(jīng)過(guò)隔離變壓器進(jìn)行隔離，防止諧振時(shí)高壓回路發(fā)生擊穿造成安全隱患。然后將電壓信號(hào)輸送到主控制器進(jìn)行調(diào)理，濾去雜散諧波等，然后通過(guò)變頻器和調(diào)壓器協(xié)調(diào)動(dòng)作輸送出所需要的頻率和電壓信號(hào)。勵(lì)磁變壓器用于升高電壓到合適的試驗(yàn)電壓范圍。通過(guò)高壓電抗器和分壓電容以及試品電纜組成的串聯(lián)LC回路產(chǎn)生諧振，完成整個(gè)調(diào)頻串聯(lián)諧振的試驗(yàn)過(guò)程。同時(shí)分壓電容器還擔(dān)負(fù)著采集試品電纜電壓信號(hào)的作用，并反饋到主控制器。

根據(jù)RLC串聯(lián)諧振的原理，當(dāng)RLC串聯(lián)電路發(fā)生諧振的時(shí)候，整個(gè)電路呈現(xiàn)純阻性的狀態(tài)，并且阻值到達(dá)最小值，此時(shí)電路的容性阻抗和感性阻抗相等，電源提供的有功功率全部消耗在回路電阻上，試品電纜中的電場(chǎng)能量與高壓電抗器中的電磁場(chǎng)能量互相補(bǔ)充。諧振回路中的無(wú)功功率全部由高壓電抗器提供。此時(shí)，高壓電抗器上的電壓降和試品電纜上的電壓降數(shù)值大小相等，相位相反。所以當(dāng)回路中的電抗器和試品電纜確定以后，只需要調(diào)節(jié)回路中的電源頻率就可以很容易的產(chǎn)生諧振。

RLC串聯(lián)回路原理圖

當(dāng)RLC回路發(fā)生串聯(lián)諧振的時(shí)候，電路呈現(xiàn)純阻性?；芈分械碾娏鳎?br> 公式1

電阻、高壓電抗器、電纜上的電壓分別為：
公式2

其中Q稱(chēng)為串聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因數(shù)，其數(shù)值等于諧振時(shí)感抗或者容抗與電阻的比值：
公式3

由上述分析可知，當(dāng)RLC串聯(lián)電路發(fā)生諧振時(shí)，電路消耗的有功功率僅僅為回路總電阻上的功耗，所以試驗(yàn)裝置電源僅需要提供很小的電壓就可以在試品電纜上得到Q倍于輸入電壓的電壓值，Q值可達(dá)20-80?？梢詷O大的降低試驗(yàn)電源的容量，便于工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)現(xiàn)。

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