电力电缆20～300Hz交流变频耐压试验技术方法

    工频交流试验虽然既能检测出电缆绝缘缺陷又不损伤电缆绝缘，但试验设备的容量就较大，电缆电压越高，电缆线路越长，试验设备的容量就越大。调频串联谐振装置能够以较低电压、较小容量的电源设备使电缆绝缘承受较高的试验电压。现在大多采用变频谐振，可以得到更高的品质因数(Q值)，并具有自动调谐，多重保护等优点。

   (1)基本原理。

   1)串联谐振。串联谐振耐压试验利用电抗器的电感与被试品的电容来实现串联谐振。串联谐振有调感式和调频式两种。调感式采用可调节铁芯气隙的电抗器，通过调节电感量，使回路处于工频谐振状态，其缺点是机械结构复杂，设备笨重，搬运困难，故主要用于实验室。而变频谐振试验方法不但能满足高压交联电缆的耐压要求，而且它还有试验设备体积小、质量轻，品质因数高，使用方便等优点，适宜现场试验。调频式串联谐振采用固定电感电抗器，调节激励电源的频率使其与试验回路的固有频率相同，串联回路达到谐振状态，从而在被试品上产生高电压或大电流，最终实现对被试品耐压试验的目的。

    图6-7所示为串联谐振的等值电路图。

    图6-7中，L为电感，C为电容。由图6-7可得：

    当回路串联谐振时，有

   XL=XC

    谐振频率

   (6-1)

    谐振回路的品质因数为Q，其计算式为

   (6-2)

   (6-3)

   (6 4)

   (6-5)

    由式(6-3)、式(6-5)可以看出，被试品电缆的容量为试验电源容量的Q倍，被试品电缆上的电压为试验变压器输出电压的Q倍。Q值一般大于25。

   2)并联谐振。图6-8所示为并联谐振的等值电路图。

    图6-7    串联谐振的等值电路图

    图6-8    并联谐振的等值电路图

    图6-8中，L为电感，C为电容（包括被试电容、电容分压器、高压试验回路电容）。

    一般情况下，试验变压器容量不足（满足试验电压，但达不到试验电流）时，可以采用并联谐振加以补偿。如图6-8所示，并联回路的两个支路感抗XL和容抗XC，当XL=XC时，回路产生谐振。此时，IL和IC都很大，但是总回路的电流I≈0，XC上的电压等于电源电压。

   (2)调频式串联谐振工作原理。调频式串联谐振原理图如图6-9所示。

    图6-9    调频式串联谐振原理图

   1-变频电源；2-励磁变压器；3-电抗器；4-分压器；5-补偿电容；6-被试电缆

    先由变频电源经过励磁变压器向主谐电路送入一个较低电压Us，调节变频电源的输出频率，使频率满足f=条件，试验回路发生谐振。此时，在较小的励磁电压下，使被试品Cx上产生几十倍于Us的电压Uc，实际试验回路中的Q值一般大于、25，成套调频串联谐振装置试验设备的Q值可达160。因此，调频串联谐振装置能以较低电压、较小容量的电源设备，使电缆绝缘承受较高的试验电压。

   (3)交流调频串联谐振(20～300Hz)装置。交流调频串联谐振主要由变频电源、励磁变压器、谐振电抗器、高压分压器和补偿电容五部分组成。

   1)变频电源一般分手动和自动两种工作方式。在手动方式下，在较低输出电压（或试验电压）下，通过调节变频电源的输出频率使试验回路发生谐振，锁定谐振频率后再调节变频电源的电压输出，使试验电压达到所需的电压。在自动方式下，启动变频电源后，将按设定的电压、时间等参数自动进行试验。

   2)励磁变压器主要有两个作用。隔离作用：将变压试验回路与变频电源隔离；变压匹配作用：最大限度做到变频电源与被试电缆的功率和电压相匹配。

   3)谐振电抗器与被试电缆串联或并联组成谐振回路。

   4)高压分压器用来测量被试电缆的试验电压。

   5)高压补偿电容补偿短距离、小等效电容量（几千皮法以下）的电缆电容量，通常并联在回路中，以使回路的固有谐振频率在变频电源或规定的频率范围内。

   (4)配置试验装置前需要确定的参数。

   1)电缆的最高试验电压。

   2)电缆的最大和最小等效电容量。

   3)电缆的试验频率。

   4)耐压试验时间。

   5)其他试验要求。

   (5)调频串联谐振试验装置的现场使用方法。

   1)估算或测量被试电缆线路的等效电容量Cx，有

   Cx=LcC0    (6-6)

式中Lc-电缆长度，km；

   C0-电缆单相等效电容量，μF/km，C0值可查表得到，见表6-2。

    表6-2    部分XLPE电缆单相等效电容量    单位：μF/km

   2)根据现有的电抗器，选择串并联应用，计算回路电流和频率范围，并考虑电抗器的实际耐压情况。

   3)根据选择电抗器的串并联应用，进行试验线路连接，应特别注意电抗器并联时的同名端及耐压等。当一组同型号电抗器串联使用时：

    电感量    L∑=nL (H)

    耐压   U∑=nUL(kV)

    电流   I∑=IL(A)

并联使用时：

    电感量    L∑=L/n(H)

    耐压   U∑=UL/n(kV)

    电流   I∑=nIL(A)

    如用不同型号的电抗器串并联时，则应分别计算每个电抗器在回路中的电流及耐压，电感量的计算式可表示为：

    串联时    L∑=L1+L2+…+Ln(H)

    并联时    1/L∑=1/L1+1/L2+…+1/Ln(H)

   4)设置好有关参数，启动变频电源，如选用手动方式，则调节变频电源输出频率使试验回路发生谐振，然后进行电压调节，调到所需试验电压值后即可进行试验。

   5)试验完毕后，电压降为零后关机，将被试电缆充分放电后拆除接线。

   (6)注意事项。

   1)断开电缆终端与电力系统的连接，将电缆充分放电，并将与电缆连接的其他设备拆开。

   2)将电缆的两个终端擦拭干净并保持干燥。

   3)先用兆欧表对电缆进行绝缘电阻测试，如果存在低阻或短路故障，则不必再进行超低频耐压试验。

   4)试验过程中应设置围栏，试验人员与高压设备应保持安全距离。