(国网山西省电力公司晋城供电公司 山西省晋城市 048000)
摘要：有关电缆生产的国家标准中明确规定：工频耐压试验是电缆出厂试验项目之一，电缆的绝缘性能将在试验中得到全面的验证。因此，工频耐压试验设备是电缆厂必备的检验设备。串联谐振交流耐压试验不仅能够达到高压电力电缆的耐压试验要求，同时还具有方便快捷、有利于电力电缆进行现场试验等优点。鉴于此，文章将针对串联谐振交流耐压试验在电缆耐压试验中的应用进行深入探究。
关键词：串联谐振；试验系统；电缆耐压试验；应用
1、前言
直流耐压试验不能模拟高压交联电缆的运行工况,试验效果差,并且有一定的危害性,在现场竣工验收试验时,不宜再采用直流耐压的方法。交流耐压试验是现场检验交联电缆的敷设和附件安装质量最有效的手段。
2、两种耐压设备的比较
常见的工频耐压设备大致可分为两类：其一是普通的升压变压器系统；其二是串联谐振试验系统。这两种试验系统各有长短，互为补充，用户可根据自身试品的试验要求进行选择。一些老的电缆厂和低压电缆生产厂，一般习惯采用普通的升压变压器试验系统。这类系统由调压器、升压变压器、分压器和控制台组成，其电路原理图如图1所示。
图1
升压变压器系统工作原理是：由调压器输出一个可变电压供给升压变压器，由升压变压器将电压升至电缆试验所需要的电压值。由于电缆是一个电容性负载，升压变压器输出到电缆上的工频电压将会有容升效应，容升的大小与电缆电容量大小及升压变压器和电缆电容的谐振有关，通常容升可能会超过20％～30％。因此，需要在升压变压器的输出端并联一个分压器，以准确测量电缆上的试验电压，防止电缆上电压过高而损坏电缆的绝缘。这种试验系统的优点是线路简单，操作方便，并可对有绝缘缺陷的电缆进行加压燃烧，以发现故障点。缺点是系统体积大，输出功率与输入功率相同，耗电大，试品击穿时升压变压器的高压输出直接对地放电，容易造成地电位升高，设备损坏，威胁人身安全。而且，由于电缆燃烧的程度较难把握，常常会出现几层电缆全被烧毁的情况，给电缆厂造成不必要的损失。
由于电力发展的需要，电缆厂生产的电缆，电压等级越来越高，截面积越来越大，长度越来越长，因此，出厂耐压试验设备的容量也随之越来越大。通常的升压变压器试验系统由于自身的缺陷，已无法满足电缆出厂耐压试验的要求。尤其是随着两网改造的深入，对架空绝缘导线和高压交联电缆的需求日益增大，使更为先进、经济的串联谐振式工频耐压试验系统逐渐被广大电缆厂所接受。
3、耐压试验方法的选择
3.1超低频0.1Hz耐压试验
因被试XLPE电缆的电容量很大,工频试验时所需试验变压器的容量也要很大,导致试验设备笨重而不适于现场使用。采用0.1Hz作为试验电源,理论上可以将试验变压器的容量降低到1/500,试验变压器的重量可大大降低,可以较容易地移动到现场进行试验。目前,此种方法主要应用于中低压电缆的试验,由于试验条件的真实性毕竟不如近工频交流电压,电压等级偏低,还不能用于110kV及以上的高压电缆试验。
3.2振荡电压试验
振荡电压试验是用直流电源给电缆充电,当达到试验电压后使放电间隙击穿而通过电感线圈放电,对电缆施加一定电压幅位、频率为kHz级的衰减振荡波电压作为挤包绝缘电缆线路的竣工试验方法的另一种途径。此种方法比直流耐压试验方法有效,但与工频电压试验相比,其检查电缆主绝缘和附件缺陷的效果仍不理想,一是波的衰减厉害,难以满足长电缆的需要;二是使局放增大,对电缆有较大伤害。
3.3谐振耐压试验
谐振耐压试验方法是通过改变试验系统的电感量和试验频率,使回路处于谐振状态,这样试验回路中试品上的大部分容性电流与电抗器上的感性电流相抵消,电源供给的能量仅为回路中消耗的用功功率,为试品容量的1/Q(Q为系统的谐振倍数);因此试验电源的容量在降低,重量大大减轻。谐振耐压试验系统按调节方式分为调感式(VISR)和调频式(VFSR)两种。
可调电感型谐振试验系统可以满足耐压要求,但由于重量大,可移动性差,主要用于试验室。变频串联谐振耐压试验是利用电抗器的电感与被试品电容实现电容谐振,在被试品上获得高电压、大电流,是当前高电压试验的一种新的方法与潮流,在国内外已经得到广泛的应用。变频串联谐振是谐振式电流滤波电路,能改善电源波形畸变,获得较好的正弦电压波形,有效防止谐波峰值对被试品的误击穿。变频串联谐振工作在谐振状态,当被试品的绝缘点被击穿时,电流立即脱谐,回路电流迅速下降为正常试验电流的数十分之一。发生闪络击穿时,因失去谐振条件,除短路电流立即下降外,高电压也立即消失,电弧即可熄灭。其恢复电压的再建立过程很长,很容易在再次达到闪络电压断开电源,所以适用于高电压、大容量的电力设备的绝缘耐压试验。变频谐振试验系统不但能满足高压XLPE电缆的耐压要求,而且具有重量轻、可移动性好的优点,适宜现场试验。
4、串联谐振试验系统的特点
串联谐振工频耐压试验系统，在高电压、大截面、长电缆的耐压试验方面与普通的升压变压器试验系统相比，具有以下显著的优点：
(1)串联谐振试验系统中，所需电源容量远小于被试品的试验容量。由前面的分析可看出，前者是后者的l／Q。通常，设备制造厂设计的Q值均在40以上，也就是说，假若电缆试验需要800kVA的输出功率，但所需输入的电源功率却只要20kVA即可，从而大大降低了对工厂供电系统的要求。试验供电回路中所需的高压开关、继电保护元件、供电线路导线截面积等，都只需按20kVA设计。若采用普通升压变压器系统，800kVA的供电回路，对电缆厂将是一个沉重的负担。
(2)输出电流波形好。试验回路仅对工作频率(即基波)的电流是零电抗回路，而对其它谐波的电流是高电抗回路。所以，输出电流的波形基本上是正弦波。
(3)自保护性能好。当串联谐振回路达到ωL=1／ωC的条件时，系统才有高压输出，而被试电缆一旦发生击穿，相当于电容被短路，回路失谐，高压立即降落，电抗器的电抗限制短路电流，保护试验装置不会遭受过电压及大电流的冲击。所以在串联谐振试验装置中，不需要加球隙或电阻保护，也不需要其它保护方式来保护。
(4)由于串联谐振试验系统内各线路元件均可按输出功率的l／Q设计，使设备总造价并不比普通升压变压器系统高，同时还大大减小了试验设备所占用的场地空间。
(5)设备运行成本很低，同样800KVA的实验设备，其耗电量是普通升压变压器的1/40，若以每天试验4小时，每度电电费按0．5元计算，每年可为用户节省电费50万元。
串联谐振试验系统也有其本身的缺陷。由于整个试验系统的Q值不仅取决于设备本身值，还受试品Q值的影响，因此，对低电压，小负荷及绝缘性能较差的电缆试品，一般不宜采用串联谐振试验设备进行耐压试验。
5、结语
总之，上述两种试验系统，各有优势，普通升压变压器试验系统，适合小容量的电缆试验，而串联谐振系统适合高电压、大容量电缆试验。试验人员可根据自身试品需要，选择不同的试验设备。
参考文献：
[1]陈天翔,王寅仲.电气试验[M].北京:中国电力出版社,2005.
[2]李志斌,周春海.调频串联谐振装置在XLPE绝缘电缆试验中的应用[J].黑龙江电力,2006,(4).
论文作者:任毅,郑江丽
论文发表刊物:《电力设备》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/28
标签：谐振论文; 耐压论文; 电缆论文; 电压论文; 系统论文; 变压器论文; 回路论文; 《电力设备》2018年第1期论文;