摘要：介绍串联谐振在橡塑电缆交流耐压试验实际应用中的工作原理、电容电抗配置方式、现场接线方法和计算过程，利用现场案例讲解了串联谐振在实际应用中的显著效果从而充分证明串联谐振能够有效发现橡塑电缆进行直流耐压所不能发现的缺陷，一种有效的交流耐压试验方法。
关键词：串联谐振；交流耐压试；橡塑电缆
引言
多年来，由于认识不足和试验设备的原因，橡塑电力电缆在现场以直流耐压代替交流耐压试验，但经过多年实践，发现橡塑电缆进行直流耐压存在严重缺陷，高压试验班为适应电力事业的发展，满足电力设备高压试验之需要，集思广益 提出了应用串联谐振试验方法，方便了试验操作，提高了试验工作效率。
1.工作原理及方案
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串联谐振，通过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，实现对被试品耐压试验的目的。其原理图如下：
根据上图可以把它简单的等效成1个RLC串联回路等效图
当RLC电路产生谐振时，XL=XC UC=UXL/R=UXC/R
此时的谐振频率为f=2∏(√LC)/1,在C上将产生很高的电压 UC=QUe
式中Ue为电源输入电压，Q是品质因数。即在被试品上获得的电压是电源输入电压的Q倍。
2.现场实施
高压试验班在确定了串联谐振的技术方案后，制定了科学、合理的工作流程：
（1）串联谐振回路各参数的计算
根据串联谐振回路等效电路图各参数的计算方式如下：
式中US为电源输入电压，Q是品质因数。即在被试品上获得的电压是电源输入电压的Q倍。
输入功率P=UsIscosδ
谐振时，电路为纯电阻性的，即cosδ=1,故P=UsIs
加在被试品上的容量PS是施加的电压UC和电流I的乘积：PS=UCIs=QUsIs=QP。也就是在被试品得到的容量为试验电源容量的Q倍。实际试验回路中的Q值一般可以达到20-70，激励电压仅为试验品谐振电压的1/Q，激励功率亦为谐振功率的1/Q。
（2）电抗器的组配
串联谐振设备主要运用于被试品主绝缘耐压。其中根据被试品不同，对电抗器的配置要求也不相同。
配置步骤：
A．根据试验标准选择试验电压，并根据试验电压考虑电抗器的组配。
如：0.5公里规格为8.7/15kv 95 mm2电缆试验
10KV电缆交流耐压试验电压为2.5U0=2.5*8.7=21.75kv F-DK18/2.8电抗器额定电压为18KV，单台不能满足21.75KV，就需要此型号两台电抗器串联使用。2*18KV=36kv>21.75kv
B．估算或者通过仪器测量被试品的电容量，根据电容量选择电抗器组配。
例：0.5公里规格为8.7/15kv 95 mm2电缆
估算电容量0.5*0.24=0.12μf 型号为 F-DK18/2.8电抗器最大负载为0.55μf。 0.55μf>0.12μf 所以单台电抗器就可满足要求。但是根据第1步电压要求,需要2台电抗器串联使用。那么两台电抗器串联后，最大负载量将减小1半即0.55/2=0.275μf>0.12μf。
C．频率核算。根据公式f=2∏(√LC) /1计算频率是否超出试验要求。
例：根据上两步配置需要2个电抗器串联使用则L=2*45H=90H Cx=0.12μf Cb=250Pf（分压器电容量与被试品相比极小时可忽略） f=48.45Hz>45Hz
结论：0.5公里规格为8.7/10kv 95 mm2电缆试验可以用2台型号为F-DK18/2.8的电抗器串联组合进行试验。
对于频率有特殊要求的试验（工频耐压试验）如：发电机、变压器、高压电机等
a.根据测出的被试品电容量，通过求感公式L=1/(2∏f)2C计算所需电感量。例：6kv发电机的对地电容量为0.2μf，要求试验频率50±2Hz则L=1/(2∏f)2C=50.71H
b.根据已知电抗器电感量组合。
例：型号为F-DK18/2.8电抗器的额定电感量；23H，用2台串联使用L=2*23=46H和50.71H比较接近。
c.根据试验标准的试验电压选择电抗器组配
例：6kv的发电机试验电压为（1000+6000*2）*0.8=10400V
=10.4kv2台电抗器串联使用额定电压为2*18kv=36kv>10.4kv
d.根据公式I=2∏fCUC计算谐振电流,与现有电抗器额定电流比较，选择组配方法。
例：I=2∏fCUC =0.653A型号为F-DK18/2.8电抗器的额定电流为2.8A>0.653A结论: 根据以上4个步骤,使用2台电抗器串联使用可以满足试验需要。
（3）耐压试验现场接线方式的选择
在现场实际应用中根据不同的电缆型号及距离采用不同的接线方式：如果试验电压，试验电流可以达到被试品要求，可以采用电抗器串联串联方式，如果试验电压可以达到被试品要求但试验电流不符合要求，那么在现场应将中须采用电抗器并联方式。如下图：
（4）现场试验注意的事项
a.电抗器放置必须与周围物件保持一定安全距离。
b.电抗器放置过程中严禁放置在铁板上，因为放置在铁板上将产生涡流，影响谐振试验。
c.电抗器串联平铺放置式使用时，第1节电抗器可直接放置在地上（输入电压低通常才几千伏，并且随设备配置了可拖地的高压引线不存在高压危险），第2节电抗器必须在底部放置转配绝缘筒。因为此时在第2节电抗器的低压端将产生第1节电抗器高压端输出的电压，根据电抗器型号不同，变频电源输出电压不同产生的高压通常都在几万伏。
3.总结
串联谐振在橡塑电缆交流耐压试验已经在橡塑电力中得到广泛应用。未发生一起由于电缆本身质量或者电缆终端头制作工艺不合格引起的事故而引起客户的停电问题和客户的投诉，有效的避免了客户的损失，保证了公司供电可靠率在此期间，发现了电力电缆的多起缺陷，有效的弥补了直流耐压的不足，实践中已经取得了良好的安全效益，经济效益和社会效益。同时仍需不断总结经验，取长补短、逐渐改进、加强对新设备、新试验方法应用。
论文作者:张晓博1,张伟1,周小燕2,杨拯3,豆河伟3
论文发表刊物:《电力设备》2017年第5期
论文发表时间:2017/5/27
标签：谐振论文; 电压论文; 耐压论文; 电抗器论文; 电缆论文; 榆林论文; 橡塑论文; 《电力设备》2017年第5期论文;