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摘要：本文主要介绍了采用变频串联谐振对交联聚乙烯电缆进行现场交流耐压试验的原理及实际操作。通过案例分析了现场交联聚乙烯电缆谐振交流耐压试验值得注意的事项.
关键词：交联聚乙烯电缆；变频串联谐振；注意事项
引言：随着城市电网的快速发展，交联聚乙烯绝缘电力电缆以其合理的工艺和结构，优良的电气性能和安全可靠的运行特点，在国内外获得越来越广泛的使用。交联聚乙烯电缆的广泛使用，而其又是隐蔽工程这个特殊性，这对安装后发现绝缘缺陷提出了更高的要求。目前交流耐压试验是较为流行的有效试验方法之一。
1、串并联谐振原理
在工频耐压试验方案中，当试变的输出电压和电流都不能满足试验要求时，可采取串并联电感进行补偿的方法来提高试验容量。在谐振耐压试验方法中，若所试电缆等值电容较大，励磁变高压侧输出电流不够时，同样可通过合理布置电抗器的接线来实现串并联补偿。串联电感的目的是实现电压谐振，以解决励磁变输出电压不够的问题；并联电感则是实现电流谐振，从而解决励磁变输出电流有限的缺憾。其等效原理图如图1所示：
图1 串并联谐振等效电路图
图中：U为励磁变压器输出电压，L1为串联补偿电抗器，L2为并联补偿电抗器，C为被试电缆等值电容，UC为被试电缆试验电压，I1为L1供给试品的电流，I2为L2供给试品的电流。从图1中可看出，试品获得的试验电流由L1和L2提供，其值为I1+I2，而励磁变提供的电流仅为I1，也就是说，在励磁变提供较低励磁电流的情况下，通过串并联电感方案实现了较大等值电容试品的耐压试验。若忽略电阻的影响，当试验频率
时（L为L1和L2的并联），整个电路即发生串并联谐振。
现场交流耐压试验采用调节频率式串联谐振方法具有明显的优势，采用高Q值电抗器所需电源容量小、电压波形好，试验设备体积小、总重量小，结构、操作简单，适合于现场使用。
2、电抗器补偿方案的比较
为分析方便，我们假设补偿用电抗器为2个电感量相等的电抗器。在谐振耐压试验中电抗器的补偿方式有以下4种方式，如图3（a-d）。
(d)
图3 电抗器的补偿方式
图3（a，b，c）均发生串联谐振，图3（d）仅发生并联谐振。由于励磁变输出为电压源，而图3（d）的结构为电流谐振，达不到耐压目的，所以图3（d）结构在试验中不采用。对于图3（a），当试品电容量较大时，为了满足一定的谐振频率范围，应尽量减小电感量，故在大等值电容量电缆耐压试验时，图3（a）的结构一般不采用。本文主要讨论大等值电容量电缆的情形，所以主要对图3（b，c）的结构进行比较。
图3（b）可以等效为下图4所示：
图4 2个电抗器并联等效方式
对图3（c）的结构，当
L》R时，电感和电阻的串联支路能等效为单个电感的支路，而实际中试验频率为50Hz左右，电感量为45亨,电阻值305欧，满足等效的条件，所以图3（c）的结构图等效如下图5所示：
图5 2个电抗器串并联等效方式
电路谐振时，输出电压
=QU，Q为谐振电路的品质因数，设图4、图5电路的品质因数分别为Q1、Q2 ，电路的谐振频率为
1、
2 ，电路电源的输出电压为U1、U2 ，输出电流为I1、I2 ，电源输出功率P1、P2。下面对2种电路结构的参数比值进行计算。
根据电路谐振时电路电抗的虚部为0可以计算出：
1= 
2。令电源输出电压一定并设为U，电路谐振时，电源电压全部施加在电阻上，则Q1：Q2=[(U/0.5R)*0.5L]/[(U/R)*L]=1：1。实际上图5中由于并联支路中电感阻抗的影响使得Q1略大于Q2，
1略大于 
2，但在平时试验中可近似认为Q1=Q2，
1= 
2 。这样对我们的耐压方案选取判断也是有利的。由于Q1=Q2，在相同的试验电压值下，电源输出电压U1：U2=1：1，输出电流I1：I2=2：1。
那么能知道相同试验电压值的情形下电源的输出功率P1：P2=2：1。
在图4中实际有2个电抗器，那么每个电抗器中电流为0.5 I1，在图5中2个电抗器端电压基本相等，故每个电抗器中电流几乎相等为I2。所以得到相同试验电压情况下2种结构图中单个电抗器中电流相等。
由以上分析我们很容易得出结论：电抗器串并联方式相对于单纯电抗器并联方式，得到相同试验电压值的情形下，试验电源输出电压相同，但电源输出电流串并联方式仅为单纯并联方式的一半。由于我们实际的励磁变压器有3个高压绕组，在使用中可以3绕组并联以输出更大电流，或3绕组串联以输出更高电压。将绕组的连接方式与电抗器的串并联谐振方案结合起来无疑能使我们充份利用现有设备对大电容量试品进行耐压试验。
3、对耐压试验过程中的注意事项
1、试验设备的系统接地线与被试品的外壳均应可靠接地。
2、在试验过程中，被试品未发生闪络、放电、击穿现象，试验前后绝缘电阻无明显变化，证明试验通过。
3、在升压过程中，避免因电晕作用而导致品质因数Ｑ值下降，影响试验电压降低。
4、长单芯电缆做交叉互联系统时，在升压前一定要认真检查交叉互联系统的联结情况是否良好。
5、试验全过程应该监测输入侧电流，通过折算控制电流不得超过试验设备的额定值。
6、对于采用交叉互联的长电缆接地系统不好的情况下，在试验时可能导致电缆受伤。
7、电缆外护层击穿，可以采用跨步电压法找到击穿点。
8、对于长距离电缆，特别是多节电抗器并联使用的情况，如电压升不上，可以考虑采用增大引线截面积的办法来达到提高品质因数Q的目的。
4、结束语
谐振耐压试验方法作为判定交联聚乙烯电缆绝缘状态的有效手段已在现场得到广泛应用。在生产实践过程中，熟悉配套谐振设备的原理特点、特性参数，特别是励磁变压器和补偿电抗器的性能参数，根据不同等值电容量电缆合理选配电抗器的串并联方案，对于试验的顺利开展有着重要意义。采用变频谐振耐压装置进行交联聚乙烯电缆交流耐压试验，是发现电缆绝缘缺陷行之有效的方法。现场正确操作变频谐振交流耐压装置，不断总结经验，关注平时耐压试验时遇到的问题，才能准确判断电缆的状态。
参考文献：
[1]朱匡宇 关于橡塑电力电缆交流耐压试验参数的讨论 安徽电力，2004
[2]李建明，朱康. 高压电气设备试验方法. 中国电力出版社，2001
[3]江苏省电力设备交接和预防性试验规程. 江苏省电力公司. 2001年9月
作者简介：庄丽亚（1982-），女，江苏滨海人，职称：工程师，学历：本科，主要研究方向：变电检修、运行。
论文作者:庄丽亚
论文发表刊物:《电力设备》2017年第23期
论文发表时间:2017/12/7
标签：谐振论文; 耐压论文; 串并联论文; 电压论文; 电缆论文; 电流论文; 电抗器论文; 《电力设备》2017年第23期论文;