串联谐振耐压试验在中压电缆试验中的应用研究

董黄正

中国核工业第五建设有限公司，上海 201512

摘要：本文阐述了长距离输送中压电缆采用串联谐振耐压试验方法的试验过程及方法优化，同时对比工频耐压试验方式的理论测算分析，论证了长距离输送电缆宜选用串联谐振耐压试验方式进行试验，不但适用范围广，而且可以提高工效。

关键词：串联谐振；电缆容量；工效

1. 引言

1. 1. 研究的意义与研究内容

1.1.1研究意义

通过对中压电缆耐压试验方法的研究，为解决现场长距离输送中压电缆的耐压试验提供合理可行的解决方案，同时对整个试验过程难点进行优化完善，为类似试验施工提高工效，为其他项目类似试验提供参考和借鉴。

1.1.2研究内容

1. 以循环水泵房电缆为例对工频耐压、串联谐振耐压两种耐压试验方式进行理论测算分析，判断两种实验方式的可行性。

2. 通过串联谐振耐压试验方式现场试验，判断该试验方式的适用性。

3. 通过现场实际运用，对试验过程进行调整和优化。

2. 中压电缆耐压试验设备可行性分析

2. 1. 工频耐压设备可行性理论分析

2. 1. 1. 试验原理

工频成套设备试验原理见图2.1所示：

图2.1 工频成套设备试验原理

工频交流耐压试验原理：高压试验操作台为试验变压器提供工频输入电压，试验变压器升压后为被试品提供工频试验电压，试验电压通过电容分压器经信号线传输到高压试验操作台。高压试验操作台配置有电压及电流表，用于监视试验电压和变压器输入电流。被试品悬空后经受规定时间的电压考验，过程中无放电击穿等现象且耐压前后被试品绝缘相差不大且绝缘值大于一般的1000兆欧，即为试验合格。

工频交流耐压成套的数据计算原理:根据被试电缆的电容和试验电压计算变压器需要输出的耐压电流大小：

1. C_X——为被耐压电缆的电容，可根据设计图纸及厂家资料查阅或在现场测试前用万用表测得；

2. U试为试验电压，根据国标 =2.5 ， 为电缆导体对地或对金属屏蔽层间的电压， 一般会标识在电缆外皮上，也可查阅产品资料获取。

通过比较变压器二次额定电流 与被耐压电缆电流 大小，判断试验变压器是否可以满足耐压需求。同时，当被耐压电缆的电流 时（如 ,则不满足），计算高压变压器一次侧电流 并与高压操作箱额定输出电流 比较，进一步判断设备选型是否满足理论计算。

1. 1. 2. 数据分析

经万用表测得中压柜至循环水泵房中压电缆对地电容 =233nF，根据电缆规格U₀=10kv，故 =2.5*U₀=30KV

被测电缆 =233nF, =30kV，f=50Hz，根据以下公式

可以计算出需要提供的二次侧电流

由试验变压器二次额定输出电流 =300mA， 可知试验变压器不满足要求。故现场的工频耐压设备无法满足循环水泵房中压电缆的耐压试验。

1. 2. 串联谐振耐压设备可行性理论分析

1. 2. 1. 试验原理

串谐成套设备试验原理见下图2.2。

图2.2 串谐成套设备试验原理

变频串联谐振试验原理，380V的工频交流电送入变频电源，经变频电源处理后，输出频率、幅值可调节的电压，输出电压送至励磁变压器T的低压侧，经励磁变压器升压后送入由试验电抗器、电容分压器以及被试品构成的串联谐振回路，回路谐振频率f由试验电抗器电感L、试品电容、分压器电容共同决定。在变频电源较小的输出电压下调节其输出频率，当输出频率等于谐振频率 ，串联谐振回路发生串联谐振，再调节变频电源输出电压使试品电压到达试验值，被试品不发生放电、击穿等现象，即为试验合格。

1. 1. 2. 电抗器配比选型

经万用表测得中压柜至循环水泵房中压电缆对地电容 ，单节电抗器额定电压23kV,电缆耐压试验电压U=30KV,至少需两节电抗器串联，通过计算确定电抗器的串并联方式。

可操作的频率范围测算，分别取30Hz和300Hz两个极限频率进行测算L，测算结果如下：

1. 当f=30Hz，L= 1.2H

2. 当f=300Hz，L=120H

故该试验回路的电抗器大小应在1.2H-120H之间。

单个电抗器 ,对 的电缆进行试验时，想要频率满足 ，至少需要6节电抗器采用两两串联，三支路并联的方式进行试验。

六节电抗器采取两两串联，三支路并联的方式：

= =34.3HZ

满足频率 要求。

再根据 =1.51A，三个并联支路中每个支路电流为1.51/3=0.50A小于电抗器的额定电流0.85A，满足试验要求。故可使用六节电抗器采取两两串联，三支路并联的方式进行串联谐振耐压设备测试该中压电缆。

1. 3. 耐压试验实施

1. 按下图连接各部件，各接地部件应一点接地，设备接线示意图见图2.3；

图2.3串联谐振耐压试验接线示意图

2. 检查控制箱面板上“电源”开关处于关断位置，连接电源线；

3. 检查控制箱面板上“过压整定”拨码开关，按动拨盘，使显示的整定值为试验电压的1.05-1.1倍；

4. 开机：接通电源开关，此时绿灯亮，屏幕显示参数设置界面；

5. 参数设置：根据试验要求设置各项参数，如试验电压、试验时间、过压整定、试验模式等;

6. 自动试验：按红色“高压通”按钮，红灯亮绿灯灭，主回路接通，选择【开始】即自动开始调谐、升压、计时、降压、关闭主回路、绿灯亮红灯灭，屏幕切换至试验结果;

7. 数据处理：在试验结果界面中，选择【保存】，再选择【返回】屏幕切换至参数设置界面；

1. 4. 试验结果

被测电缆经过5分钟的耐压，各项数据满足要求。试验结果如表2.4所示

表2.4试验结果表

由上表可以看出，试验参数基本与理论值保持一致，验证了试验方法是可行的。

3. 进一步验证串联谐振耐压试验的可行性

利用串联谐振耐压方式对两根、三根电缆进行同时耐压试验，被测电缆单根对地电容为100nF，同样长度、同型号，进行串联谐振耐压试验，得出结果如表3.1。

表3.1 100nF中压电缆测试结果

经试验，在电抗器足够的情况下可通过串联谐振耐压试验方式对容量较大的电缆进行耐压试验,且可对多根电缆同时试验，一定程度上提高了施工工效。

4. 结论

本文主要通过对中压电缆串联谐振耐压方式分析研究，同时选取循环水泵房中压电缆试验为例，对串联谐振耐压方式进行试验论证，试验证明串联谐振耐压设备可满足长距离输送中压电缆耐压试验要求，而且可通过电抗器的合理配置单次提高试验效率，达到多根电缆单次完成试验的目的。

参考文献

[1] GB516927.1-2011，高电压试验技术

[2] 陈天翔，电气试验（第二版），中国中压出版社，2008年11月

[3] GB50150-2006,电气装置安装工程电气设备交接试验标准

[4] 张仁豫等编.高电压试验技术[M].北京：清华大学出版社，2003

[5] 程剑烽.调频调感串联谐振在发电机试验中的应用[J].华电技术，2010

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