1、武汉高压研究所电力试验用串联谐振技术 - 1 -第一篇 串联谐振原理本篇将和大家讨论串联谐振电源产生的原理，并分析串联谐振现象的一些特征，探索串联谐振现象的一些基本规律，以便在应用中能更自如的使用串联谐振电源产品和分析在试验过程中发生的一些现象。一、串联谐振的产生：谐振是由 R、L、C 元件组成的电路在一定条件下发生的一种特殊现象。首先，我们来分析 R、L、C 串联电路发生谐振的条件和谐振时电路的特性。图 1 所示 R、 L、C 串联电路，在正弦电压 U 作用下，其复阻抗为：式中电抗 XXl Xc 是角频率 的函数，X 随 变化的情况如图 2 所示。当 从零开始向变化时，X 从向变化，在 o
2、时、X0 ，电路为容性；在 o 时，X 0 ，电路为感性；在 o 时图 1 图 2此时电路阻抗 Z(o) R 为纯电阻。电压和电流同相，我们将电路此时的工作状态称为谐振。由于这种谐振发生在 R、L、C 串联电路中，所以又称为串联谐振。式 1 就是串联电路发生谐振的条件。由此式可求得谐振角频率 o如下：式 1武汉高压研究所电力试验用串联谐振技术 - 2 -谐振频率为由此可知，串联电路的谐振频率是由电路自身参数 L、C 决定的与外部条件无关，故又称电路的固有频率。当电源频率一定时，可以调节电路参数 L或 C，使电路固有频率与电源频率一致而发生谐振；在电路参数一定时，可以改变电源频率使之与电路固有频
3、率一致而发生谐振。二、串联谐振的品质因数：串联电路谐振时，其电抗 X(o)0，所以电路的复阻抗呈现为一个纯电阻，而且阻抗为最小值。谐振时，虽然电抗 XX LXc=0，但感抗与容抗均不为零，只是二者相等。我们称谐振时的感抗或容抗为串联谐振电路的特性阻抗，记为 ，即 的单位为欧姆，它是一个由电路参数 L、C 决定的量，与频率无关。工程上常用特性阻抗与电阻的比值来表征谐振电路的性能，并称此比值为串联电路的品质因数，用 Q 表示，即品质因数又称共振系数，有时简称为 Q 值。它是由电路参数 R、L、C 共同决定的一个无量纲的量。三、串联谐振时的电压关系谐振时各元件的电压分别为武汉高压研究所电力试验用串联
4、谐振技术 - 3 -即谐振时电感电压和电容电压有效值相等，均为外施电压的 Q 倍，但电感电压超前外施电压 900，电容电压落后外施电压 900，总的电抗电压为 0。而电阻电压和外施电压相等且同相，外施电压全部加在电阻 R 上，电阻上的电压达到了最大值。在电路 Q 值较高时，电感电压和电容电压的数值都将远大于外施电压的值，所以串联谐振又称电压谐振。四、串联谐振时的能量关系：现在分析谐振时的能量关系。设谐振时电路电流为则电容电压为电路中的电磁场总能量为 由于谐振时有 即所以这表明，串联谐振时，电路中电场能量最大恒等于磁场能量的最大值、而武汉高压研究所电力试验用串联谐振技术 - 4 -电感和电容中储
5、存的电磁能量总和是不随时间变化的常量，且等于电场或磁场能量的最大值。图 3 的曲线反映了谐振时电、磁场能量的关系。当电场能量增加某一数值时，磁场能量必减小同一数值，反之亦然。这意味着在电容和电感之间，存在着电场能量和磁场能经相互转换的周期性振荡过程。电磁场能量的交换只在电感和电容元件之间进行和电路外部没有电磁能量的交换。电源只向电阻提供能量，故电路呈纯阻性。图 3因为所以这就是说，在外加电压一定时，电磁场总能量与 Q2 成正比，因此可用提高或降低 Q 值的办法来增强或削弱电路振荡程度。由于武汉高压研究所电力试验用串联谐振技术 - 5 -可知 Q 值的物理意义：即 Q 等于谐振时电路中储存的电磁
6、场总能量与电路消耗的平均功率之比乘以 o，或 Q 等于谐振时电路中储存的电磁场总能量与电路在一个周期中所消耗的能量之比乘以 2。电阻 R 越小，电路消耗的能量(或功率 )越小， Q 值越大，振荡越激烈。五、串联谐振的谐振曲线电路中的阻抗(导纳) 是随频率的变化而变化的。在输入信号的有效值保持不变情况下，电路的电压、电流的大小也会随频率的变化而变化。阻抗(导纳)、电流或电压与频率之间的关系称为它们的频率特性。在串联谐振电路中描绘电流、电压与频率关系的曲线称谐振曲线。先来看复阻抗的频率特性：复阻抗 Z 的频率特性为电路中电流为即武汉高压研究所电力试验用串联谐振技术 - 6 -Z（）特性曲线 电流的
7、谐振曲线 电流的相频特性曲线图 4从图 4 各曲线可以看出，在 o 处，X0，此时电路阻抗最小，为ZR；电流最大，为 IoU S/R，电流与电压同相位；电路处于谐振状态。o 时， ZR，IIo ，0 ，电路处于失谐状态。 偏离 o 越远，Z越大，I 越小， 越大，失谐越严重。其中，当 o 时，电路呈电容性，称为容性失谐；当 o 时，电路呈电感性，称为感性失谐。从电流谐振曲线可以看出，在谐振频率及其附近，电路具有较大的电流，而当外施信号频率偏离谐振频率越远，电流就越小。换言之，串联谐振电路具有选择最接近于谐振频率附近的信号同时抑制其它信号的能力，我们把电路所具有的这种性能称为电路的选择性。初步的
8、观察可以看出，选择性的好坏与电流谐振曲线在谐振频率附近的尖锐程度有关，曲线越尖锐、陡峭，选样性越好。进一步的研究表明，电流谐振曲线的形状与电路品质因数 Q 值直接相关。因为以 II。为纵坐标，。叫为横坐标Q 为参变量，可以画出如图 5武汉高压研究所电力试验用串联谐振技术 - 7 -所示的电流谐振曲线。从图中可以清楚地看出Q 值越高，曲线越尖锐，当。稍偏离 1(即 稍偏离 。)时，II。就急剧地下降，表明电路对非谐振频率的信号具有较强的抑制能力，电路的选择性就越好。而 Q 值越低，在谐振频率附近，电流变化不大，曲线顶部越平缓。选择性就越差。由于 Q 值相同的任何 R、L、C 串联电路只有条这样的
9、曲线与之对应，故称这种曲线为通用谐振曲线。图 5 通用谐振曲线 六、串联谐振的幅频特性R、L、C 串联谐振电路中，电路中各元件电压的幅频特性为武汉高压研究所电力试验用串联谐振技术 - 8 -图 6 电压的谐振曲线由电压的谐振曲线可以看出，试品上出现电压最高时并非系统处于完全谐振时，而是处于容性失谐状态，此时电抗器上承受的电压低于试品两端的电压，有利于设备的安全，因此,我们建议串联谐振电源系统工作在这种状态下。武汉高压研究所电力试验用串联谐振技术 - 9 -第二篇 串联谐振电源在电力系统中的应用本篇将分析谐振产品在电力系统中应用的一些优点，并提供电力系统一些主要产品的谐振试验方法和要点，为谐振产
10、品在电力系统中更好的应用提供一些技术思想和数据。在最后，列举了两个常用的选型方案，一方面可以帮助大家分析怎么样对自己将要做试验的对象进行设备选型，另一方面可以帮助大家分析怎么样使用谐振试验方法有效的对自己将要做试验的对象进行试验。一、串联谐振电源在电力系统应用中的优点：1、所需电源容量大大减小。串联谐振电源是利用谐振电抗器和被试品电容谐振产生高电压和大电流的，在整个系统中，电源只需要提供系统中有功消耗的部分，因此，试验所需的电源功率只有试验容量的 1/Q。2、设备的重量和体积大大减少。串联谐振电源中，不但省去了笨重的大功率调压装置和普通的大功率工频试验变压器，而且，谐振激磁电源只需试验容量的
11、1/Q，使得系统重量和体积大大减少，一般为普通试验装置的 1/3-1/5。3、改善输出电压的波形。谐振电源是谐振式滤波电路，能改善输出电压的波形畸变，获得很好的正弦波形，有效的防止了谐波峰值对试品的误击穿。4、防止大的短路电流烧伤故障点。在串联谐振状态，当试品的绝缘弱点被击穿时，电路立即脱谐，回路电流迅速下降为正常试验电流的 1/Q。而并联谐振或者试验变压器方式做耐压试验时，击穿电流立即上升几十倍，两者相比，短路电流与击穿电流相差数百倍。所以，串联谐振能有效的找到绝缘弱点，又不存在大的短路电流烧伤故障点的忧患。5、不会出现任何恢复过电压。试品发生击穿时，因失去谐振条件，高电压也立即消失，电弧即
12、刻熄灭，且恢复电压的再建立过程很长，很容易在再次达到闪落电压前断开电源，这种电压的恢复过程是一种能量积累的间歇振荡过程，其过程长，而且，不会出现任何恢复过电压。二、电缆交的流耐压试验1、问题的提出目前在国际和国内已有越来越多的 XLPE 交联聚乙烯绝缘的电力电缆替代原有的充油油纸绝缘的电力电缆。但在交联电缆投运前的试验手段上由于被试容量大和试验设备的原因，很长时间以来，仍沿袭使用直流耐压的试验方法。武汉高压研究所电力试验用串联谐振技术 - 10 -近年来国际、国内的很多研究机构的研究成果表明直流试验对 XLPE 交联聚乙烯电缆有不同程度的损害。有的研究观点认为 XLPE 结构具有存储积累单极性
13、残余电荷的能力，当在直流试验后，如不能有效的释放掉直流残余电荷，投运后在直流残余电荷加上交流电压峰值将可能致使电缆发生击穿。国内一些研究机构认为，交联聚乙烯电缆的直流耐压试验中，由于空间电荷效应，绝缘中的实际电场强度可比电缆绝缘的工作电场强度高达 11 倍。交联聚乙烯绝缘电缆即使通过了直流试验不发生击穿，也会引起绝缘的严重损伤。其次，由于施加的直流电压场强分布与运行的交流电压场强分布不同。直流试验也不能真实模拟运行状态下电缆承受的过电压，并有效的发现电缆及电缆接头本身和施工工艺上的缺陷。因此，使用非直流的方法对交联电缆进行耐压试验就越来越受到人们的重视。目前，在中低压电缆上国外已使用超低频电源
14、（VLF）进行耐压试验。但由于此类 VLF 的电压等级偏低，尚不能用于 110kV 及以上的高压电缆试验。在国内，对于低压电缆,这种方法也使用过，但由于试验设备的原因，没能得到大面积的推广。而近些年由于城、农网建设改造的进行， XLPE 交联电缆越来越多，仅仅靠直流耐压试验后就将电缆投入运行，而在运行电压下发生电缆或电缆头击穿的事例也时有发生。所以，大家都在探索新的试验方法。2、试验频率由于电缆的电容量较大，采用传统的工频试验变压器很笨重，庞大，且大电流的工作电源在现场不易取得。因此一般都采用串联谐振交流耐压试验设备。其输入电源的容量能显著降低，重量减轻，便于使用和运输。初期多采用调感式串联谐
15、振设备（50Hz） ，但存在自动化程度差、噪音大等缺点。因此现在大都采用调频式（30-300Hz ）串联谐振试验设备，可以得到更高的品质数（Q 值），并具有自动调谐、多重保护，以及低噪音、灵活的组合方式（单件重量大为下降）等优点。综合国内外有关技术资料，选择合适的试验频率范围是个比较重要的问题。在这方面，有一些不同的观点和提法。就目前的国内外的提法来看，我们总结可分成 3 类：第 1 类为较宽频率范围 30-300Hz、20-300Hz、1-300Hz；第 2类为工频范围，45-65Hz，45-55Hz ；第 3 类为接近工频，35-75Hz。 （1）第 1 类较宽频率范围国际大电网会议第 2
16、1、09 工作组发布的试验导则 ，建议频率范围为30-300Hz。但实际上更低一些频率也具有较好地等效性。IEC60840 和IEC62067 标准草案（2001 年和 2000 年）就规定可采用 20-300Hz。国外有些厂家设计串联谐用电抗器，在特殊情况下也有采用最低频率为25Hz 或 20Hz 的。当然频率愈低，被试电缆的长度（电容量）可增大。但是电武汉高压研究所电力试验用串联谐振技术 - 11 -抗器铁心因此放大，使重量增加。个别资料显示, 1-300Hz 的交流试验也具有与工频交流试验的等效性，这说明实际应用中频率下限有可能取得更低，例如小于 20Hz 甚至到 0.1Hz 也是可行的
17、。进一步表明在这样的频率范围内，绝缘内部各介质的电压分布及介质特性仍基本相同。工作频率超过 300Hz 是否适当？有资料报导说，随频率增高，串谐电抗器及励磁变压器的损耗降低，但是要考虑被试品电容介质的极化发热问题，因此频率高于 300Hz 是不可取的。（2）第 2 类为工频范围国际上工业频率主要指 50Hz 和 60Hz 两种，故 IEC 标准规定对高压绝缘的工业试验频率范围为 45-65Hz，在我国额定工频为 50Hz。GB/T16927.1-1997 规定工频试验频率范围为 45-55Hz。认为工频电力电缆的试验电压也必须是工频，这是趋于比较保守的观点。针对此问题应该着重说明交接和预防性试
18、验的目的在于发现绝缘缺陷的能力来定的。在不同的频率下只要绝缘内部介质电压分布相同，又有基本相同的检出绝缘故障的能力，就能达到试验的目的。因此即使选用比工频范围更宽的频率也是可以接受的。在 90 年代中期为了选择适当的交流耐压试验的频率范围，做了大量、仔细的基础研究工作。得出频率在 30-300Hz 范围内，橡塑电缆内部几种典型绝缘缺陷的击穿特性没有明显差别。这应该是可信的，也得到普遍采用。分析形成这种在不同频率下良好的击穿特性，主要原因是优良的同轴绝缘结构，单一的绝缘介质，材质相对纯洁、电场分布合理、规则。因此，在不同频率下结构内部电压分布相同，形成宽频率范围试验的条件。油纸绝缘电缆一直采用频
19、率等于零的直流电压进行耐压试验，其实际效果很好，数十年来未受到置疑。（3）第 3 类为接近工频频率， 35-75Hz国外曾对正常 XLPE（交联聚乙烯）绝缘电缆样品，在不同频率下进行击穿试验。结果表明在频率为 35-75Hz 时击穿电压均落在可置信度 95%之内。因此有观点赞成试验电压频率最好选在 35-75Hz,也较为靠近运行电压频率50Hz。值得注意的是，上述测试结果是对正常绝缘做的击穿试验。而交接和预防性试验所采用的试验电压值是偏低的，它只能击穿有缺陷的绝缘弱点（机械损伤、水树枝、终端头或接头盒应力铁锥施工或用料错误，等等） ，完全不足以击穿电缆本体的正常绝缘。可见两种试验的目的和工作机
20、理均不相同。似乎没有必要将正常绝缘 35-75Hz 的击穿特性“延伸”应用到检测绝缘缺陷方面。武汉高压研究所电力试验用串联谐振技术 - 12 -3、标准问题由于设备容量和体积等问题，目前国家尚无高压电力电缆敷设后在现场进行交流耐压试验的相应标准。但对直流耐压试验的标准,由于前面所述原因人们也产生了一些疑问。CIGRI 国际大电网工作会议 21 工作组的高压挤包绝缘电缆竣工验收试验建议导则中对目前采用的直流耐压试验方法提出疑议，并推荐使用工频及近似工频（30-300Hz）的交流试验方法。IEC 60840 标准中在45-150kV 敷设后电缆试验标准中除原直流试验标准外，增加了 1.7U0 5
21、分钟或 1U0 24 小时的交流试验标准。而在 220kV 等级中 IEC 62067/CD 草案中则取消了电缆敷设后试验中直流试验的标准，只有交流试验的要求，即 20-300Hz 1.4U0 60 分钟。为了更有效的对施工后的交联电缆进行交接试验, 华北电力集团公司在电力设备交接和预防性试验规程修订内容中在电缆主绝缘耐压试验一项中增加了电缆的交流耐压试验标准。之后，国内很多地方也相应的出台了地方性试验标准，其试验频率大多都在 30-300Hz，中低压电缆试验电压为 1.6-2.0 倍的相电压，高压电缆试验电压一般都在 1.4-1.7 倍的相电压，具体根据各个地方略有不同，浙江推荐中低压电缆试
22、验频率为 45-65 Hz，高压电缆试验频率为 35-75 Hz。4、交联聚乙烯电缆单位长度电容量下表为交联聚乙烯电力电缆单位长的电容量电容量（uF/km ）YJV、YJLVYJV、YJLVYJV、YJLVYJV、YJLVYJV、YJLVYJV、YJLVYJV、YJLV电缆导体截面积mm2 6/6kV、6/10kV8.7/6kV、8.7/10kV12/35kV21/35kV26/35kV64/110kV128/220kV1(3)*35 0.212 0.173 0.1521(3)*50 0.237 0.192 0.166 0.118 0.1141(3)*70 0.270 0.217 0.187
23、0.131 0.1251(3)*95 0.301 0.240 0.206 0.143 0.1351(3)*120 0.327 0.261 0.223 0.153 0.1431(3)*150 0.358 0.284 0.241 0.164 0.1531(3)*185 0.388 0.307 0.267 0.180 0.1631(3)*240 0.430 0.339 0.291 0.194 0.176 0.1291(3)*300 0.472 0.370 0.319 0.211 0.190 0.139武汉高压研究所电力试验用串联谐振技术 - 13 -1(3)*400 0.531 0.418 0.35
24、2 0.231 0.209 0.156 0.1181(3)*500 0.603 0.438 0.388 0.254 0.232 0.169 0.1241(3)*600 0.667 0.470 0.416 0.287 0.2563*630 0.188 0.1383*800 0.214 0.1553*1000 0.231 0.1723*1200 0.242 0.1793*1400 0.259 0.1903*1600 0.273 0.1983*1800 0.284 0.2973*2000 0.296 0.2153*2200 0.2213*2500 0.2325、橡塑绝缘电力电缆 30-75Hz（45
25、-65Hz）交流耐压的试验电压交接试验电压 预防性试验电压电缆额定电压 倍数 电压值（kV ） 倍数 电压值（kV ）1.8/3 2 U0 3.6 1.6 U0 33.6/6 2 U0 7.2 1.6 U0 66/6 2 U0 12 1.6 U0 106/10 2 U0 12 1.6 U0 108.7/10 2 U0 17.4 1.6 U0 1412/20 2 U0 24 1.6 U0 1921/35 2 U0 42 1.6 U0 3436/35 2 U0 52 1.6 U0 4264/110 1.7 U0 109 1.36 U0 87127/220 1.4 U0 178 1.15 U0 14
26、6三、变压器的交流耐压试验1、试验频率目前，变压器的交流耐压只限于工频耐压，而国际上工业频率主要指50Hz 和 60Hz 两种，故 IEC 标准规定对高压绝缘的工业试验频率范围为 45-65Hz，在我国额定工频为 50Hz。GB/T16927.1-1997 规定工频试验频率范围武汉高压研究所电力试验用串联谐振技术 - 14 -为 45-55Hz。2、试验电压油浸式电力变压器交流试验电压线端交流试验电压值 kV 中性点交流试验电压值 kV额定电压kV最高工作电压kV全部更换绕组部分更换绕组或交接时全部更换绕组部分更换绕组或交接时1 1 3 2.5 3 2.53 3.5 18 15 18 156
27、6.9 25 21 25 2110 11.5 35 30 35 3015 17.5 45 38 45 3820 23.0 55 47 55 4735 40.5 85 72 85 72110 126.0 200 170（195） 95 80360 306 85 72220 252.0395 336 （200 ） （170）630 536 85 72500 550.0680 578 140 1203、电力系统常用变压器的电容量1)60kV 级全绝缘变压器的电容（pF）试品容量（kVA）类 型630 2000 3150 6300 8000 1600高压地 2700 4100 4600 5900 70
28、00 8200低压地 4200 6600 7900 10000 11000 15300对于表中没有的产品，可根据表中的上、下容量近似地估算。同容量的双绕组变压器，其绕组电容要比三绕组产品小。2)110kV 中性点分级绝缘变压器的电容（pF）试品容量（kVA）50000 31500 20000 10000 5600高压中压、低压、地 14200 11400 8700 6150 4200中压高压、低压、地 24800 11800 13200 9600 -武汉高压研究所电力试验用串联谐振技术 - 15 -低压高压、中压、地 19300 19300 12000 9400 68003)220kV 级中性
29、点非全级绝缘部分变压器的电容（pF）试品型号 SEPSL-63000 SSPSL-120000 SSPSL-240000高压中压、低压、地12100 13500 17050中压高压、低压、地18500 19700 23260类型低压高压、中压、地18200 23600 29940试品型号 SFPL-240000 SFP-360000 SFPSZL-120000高压中压、低压、地32230 33910 38020中压高压、低压、地- - 23260类型低压高压、中压、地22470 23790 22160四、发电机的交流耐压试验1、试验频率目前，变压器的交流耐压只限于工频耐压，而国际上工业频率主要
30、指 50Hz和 60Hz 两种，故 IEC 标准规定对高压绝缘的工业试验频率范围为 45-65Hz，在我国额定工频为 50Hz。 GB/T16927.1-1997 规定工频试验频率范围为 45-55Hz。就现行试验方法来看，主要为 50Hz 的工频试验。2、电力系统中常用发电机的电容量发电机类别 型号 生产厂家 额定容量MW额定电压kV相电容 uF火力QF-30-2 30 6.3 0.1武汉高压研究所电力试验用串联谐振技术 - 16 -QF-60-2 60 6.3 0.234QF-60-2 60 10.5 0.33QFS-125-2 上海电机厂 125 13.8 0.08-0.12QF-135
31、-2 135 13.8 0.47QFSN-200-2 哈尔滨电机厂 200 15.75 0.19-0.21QFQS-200-2 东方电机厂 200 15.75 0.1928-0.21QFQS-200-2 北京重型电机厂200 15.75 0.18-0.19QFS-300-2 上海电机厂 300 18.0 0.16-0.20QFSN-300-2 上海电机厂 300 18.0 0.18-0.20ATB-2 美国 GE 公司 352 23.0 0.268TBB-320-2 前苏联 320 20.0 0.312-105*234 美国西屋公司 600 20.0 0.2发电机50WT23E-138 ABB
32、 600 22.0 0.25372.5-85 10.5 0.694125-150 1.8-1.9300 15.75 1.7-2.5400 18.0 2-2.5水力发电机 600 2.1-2.53、试验电压发电机交流试验电压参考表容量 kVA 小于 10000 10000 及以上额定电压kV0.036 以上 6 以下6-18 18 以上1全部更换定子绕组并修好后试验电压 试验电压kV2Un+1且不小于1.52.5 Un2.5Un+3000按专门协议运行 20 年及以下者 1.5 Un运行 20 年以上与架空线直接连接者1.5 Un2 大修前或局部更换定子绕组并修好后 运行 20 年以上不与架空线
33、直接连接者(1.3-1.5 )Un武汉高压研究所电力试验用串联谐振技术 - 17 -五、谐振电源产品使用中的注意事项1、谐振电源产品大多都是高压试验设备，要求由高压试验专业人员使用，使用前应仔细阅读使用说明书，并经反复操作训练。2、操作人员应不少于 2 人。使用时应严格遵守本单位有关高压试验的安全作业规程。3、为了保证试验的安全正确，除必须熟悉本产品说明书外，还必须严格按国家有关标准和规程进行试验操作。4、各联接线不能接错，特别是接地线不能接错。否则可导致试验装置损坏。5、本装置使用时，输出的是高电压或超高电压，必须可靠接地，注意操作安全距离。6、串联谐振试验系统是利用谐振电抗器与被试品谐振产
34、生高电压的，也就是说，能不能产生高电压主要是看试品与谐振电抗器是否谐振，所以，试验人员在分析现场不能够产生所需高电压时，应该分析什么破坏了谐振条件，回路是否接通等。7、串联谐振试验系统的激磁变压器有特定的电压和电流要求，在选用代替品时，一定要考虑电压和电流，不能采用只是容量相同的普通的试验变压器。六、典型方案选型示例*关于 31.5MVA110kV 电力变压器和 10kV、35kV 交联电缆交流耐压试验设备配置的技术方案(一）被试对象：1、31.5MVA110kV 电力变压器2、10kV 交联电缆4、35kV 交联电缆(二）被试手段分析：1、试验标准目前，关于 GIS、交联电缆等大电容量的试品
35、，IEC 有相关的标准支持非工频的交流耐压试验，试验频率一般在 20300Hz 内，对于电压较低的试品，优先选用 45-65Hz 的频率范围。国内，各地区也有相应的规程支持交联电缆的非工频交流耐压试验，其试验频率一般在 30-300Hz 范围内。对于10kV、 35kV 的交联电缆，试验电压一般都低于相电压的 2 倍。在很多地方,工武汉高压研究所电力试验用串联谐振技术 - 18 -频定义为 45Hz-55Hz,甚至定义为 45Hz-65Hz,也就是说,电力变压器的共频交流耐压试验的试验频率可以为 45Hz-65Hz。2、试验方法谐振升压方法是目前对于电力系统大电容性试品比较适用的方法，分为工频
36、试验和变频试验。谐振升压方法有工频谐振升压法和变频谐振升压法，工频谐振主要用于发电机，变频谐振主要用于交联电缆。工频交流高压试验适用范围广，但是调谐比较繁琐，通常采用调感法；变频交流高压试验受到试验标准的限制，但是调谐简单，操作方便，通常采用调频法。工频定义为 45Hz-55Hz后(甚至定义为 45Hz-65Hz),变频交流试验在一定范围内得到了更为广泛的应用.特别是调频调感方法同时使用，使得系统很方便的满足规程对频率的要求和设备对宽范围电容量的试品的要求。3、用户要求用户希望购置这样的设备：既能满足 10kV 交联电缆的交流耐压试验，同时又能满足 31.5MVA110kV 电力变压器的交流耐
37、压试验。 10kV 交联电缆的交流耐压试验的试验频率可以为 30Hz-300Hz, 31.5MVA110kV 电力变压器的交流耐压试验的试验频率可以为 45Hz-65Hz。(三） 、选型依据1、31.5MVA110kV 电力变压器 (中性点分级绝缘)110kV 中性点分级绝缘变压器的电容(PF)试品容量(kVA)种类50000 31500 20000 10000 5600高压-中压、低压、地 14200 11400 8700 6150 4200中压-高压、低压、地24800 11800 13200 9600低压-高压、中压、地19300 19300 12000 9400 6800交接试验：试验
38、电压为 95kV，预防试验：试验电压为 80kV试验电流 I2 3.14450.019395518mA此时，需要的电感量为 648H。对于低压-高压、中压、地 ,谐振频率为45Hz；对于中压 -高压、低压、地，谐振频率为 57.6Hz；对于高压-中压、武汉高压研究所电力试验用串联谐振技术 - 19 -低压、地，谐振频率为 58.7Hz。电抗器设计为四节，单节电感量为 162H，单节耐压为 30kV。为了能满足 31.5MVA 以下容量的电力变压器的交流耐压试验，要求电抗器设计成150H-600H 连续可调。假设对于 10MVA 电力变压器，只要把电抗器电感值调节到 326H，就可以在 45Hz
39、 条件下对中压-高压、低压、地进行试验，同时还可以在 45.5Hz 条件下对低压-高压、中压、地进行试验和在 56.2Hz条件下对高压- 中压、低压、地进行试验。这样，同时满足了工品试验和宽范围使用的要求。2、10kV 交联电缆做 10kV 交联电缆的耐压试验时，可以将四节电抗器并联起来，最小电感量为 40.5H，因此，试品的最大电容量为 0.6956uF，对于常用的8.7/10kV 电缆，试验的最大长度（30Hz 下）见下表： 35 50 70 95 120 150 185 240 300 400 500 600 4.02 3.62 3.21 2.90 2.67 2.45 2.27 2.05
40、 1.88 1.66 1.59 1.48注：代表电缆截面积，单位为 mm2；代表电缆长度，单位为 km3、35kV 交联电缆 做 35kV 交联电缆的耐压试验时，可以将先将四节电抗器每两节串联起来分成两组，再将两组并联起来，最小电感量为 162H，因此，试品的最大电容量为 0.1739uF，对于常用的 26/35kV 电缆，试验的最大长度（30Hz 下）见下表： 50 70 95 120 150 185 240 300 400 500 600 1.52 1.39 1.29 1.21 1.13 1.06 0.98 0.91 0.83 0.75 0.68注：代表电缆截面积，单位为 mm2；代表电缆
41、长度，单位为 km(四)、系统容量1、单节电抗器参数：单节电抗器额定电压：25kV单节电抗器耐压：30 kV单节电抗器电流：500mA单节电抗器容量：12.5kVA系统总容量：50kVA单节电抗器电感量：150H600H武汉高压研究所电力试验用串联谐振技术 - 20 -2、系统组成：系统由控制源、激励变压器、电抗器、分压器四部分组成，其中电抗器设计单节为 25kV/0.5A，共四节，既可串联使用，也可并联并联。这种组合具有如下优点：1）单只电抗器重量小于 40kg2）25kV/0.5A 的电抗器一只可以用于更短 10kV 电缆的交流耐压试验3）25kV/0.5A 的电抗器两只串联可以用于更短
42、35kV 电缆的交流耐压试验4）组合方式灵活方便(五） 、系统主要技术参数及功能1、额定容量： 50 kVA2、额定电压： 25kV/50kV/75kV/100kV3、额定电流：25 kV：0.5A/1A/1.5A/2A50 kV：0.5A/1A75 kV：0.5A100 kV：0.5A4、输出电压波形畸变率：1 5、允许连续工作时间：额定输出电压下运行 30 分钟，1.1 倍额定电压下运行 5 分钟6、额定电流下连续运行 30 分钟后后温升小于 407、装置自身品质因数：优于 508、系统测量精度： 1.5 级9、输入电源：工频市电，单相 220V、频率为 50Hz；10、变频控制源输出频率
43、： 30300Hz11、频率分辨率：0. 1 Hz12、频率不稳定度：1%13、对被试品具有零位、过流、过压及闪络保护；14、环境温度：-15-40 15、相对湿度：小于 8016、海拔高度：2000 米(六）设备遵循标准武汉高压研究所电力试验用串联谐振技术 - 21 -电抗器 GB10229.88电力变压器 GB1094电气装置安装工程电气设备交换试验标准 GB50150.91电力设备预防性试验规程 DL/T596-11216外壳防护等级 GB1094.1-GB1094.6-96高电压试验技术 GB/T16927.12-11217绝缘油介电强度测定法 GB/T507-1986三相油浸式电力变
44、压器技术参数和要求 GB/T6451-11219变压器试验技术 JB/T501-11211试验变压器 JB/T9641-11219电磁兼容性 IEC1000耦合电容器和电容分压器 IEC358(11210)*、关于 300mm210kV5 公里和 185mm235kV2 公里交联电缆交流耐压试验设备配置的技术方案（一）被试对象：1、10kV，截面积 300 mm2，5km 交联电缆2、35kV，截面积 185 mm2，2km 交联电缆3、10kV，被试电容量小于 3.24uF 的交联电缆4、35kV，被试电容量小于 0.36uF 的交联电缆（二）被试手段分析：1、试验标准目前，关于 GIS、交
45、联电缆等大电容量的试品，IEC 有相关的标准支持非工频的交流耐压试验，试验频率一般在 20 300Hz 以内，对于电压较低的试品，优先选用 4565Hz 的频率范围。国内，各地区也有相应的规程支持交联电缆的非工频交流耐压试验，其试验频率一般在 30300 Hz 范围内。对于 10kV、35kV 的交联电缆，试验电压一般都不高于相电压的 2 倍。2、试验方法谐振升压方法是目前对于电力系统大电容性试品比较适用的方法，分为工频试验和变频试验。谐振升压方法有工频谐振升压法和变频谐振升压武汉高压研究所电力试验用串联谐振技术 - 22 -法，工频谐振主要用于发电机，变频谐振主要用于交联电缆。工频交流高压试
46、验适用范围广，但是调谐比较繁琐，通常采用调感法；变频交流高压试验受到试验标准的限制，但是调谐简单，操作方便，通常采用调频法。3、用户要求用户希望购置这样的设备：既能满足 10kV，截面积 300 mm2、5km交联电缆的试验方案，同时又能满足 35kV，截面积 185 mm2、2km 交联电缆的试验方案。（三）选型依据1、10kV，截面积 300 mm2、5km 交联电缆试品分析：8.7/10kV 的电缆每公里的电容量为 0.37uF，6/10kV 的电缆每公里的电容量为 0.472uF。交接试验：试验电压为 2U0，所以对于 8.7/10kV 电缆，试验电压为17.4kV，对于 6/10kV
47、 电缆，试验电压为 12kV。已运行的电缆：试验电压为 1.6 U0，所以对于 8.7/10kV 电缆，试验电压为 14kV，对于 6/10kV 电缆，试验电压为 9.6kV。综上所述：选择试验电压为 17.4kV 的 8.7/10kV 电缆为例计算：试验电流 I2 3.14350.37517.47075mA此时，需要的电感量为 11.2H，假设用于 6/10kV 的电缆，谐振频率为31Hz，满足 30300 Hz 的频率范围。2、35kV，截面积 185 mm2，2km 交联电缆试品分析：21/35kV 的电缆每公里的电容量为 0.194uF，26/35kV 的电缆每公里的电容量为 0.176uF。交接试验：试验电压为 2U0，所以对于 21/35kV 电缆，试验电压为42kV，对于 26/35kV 电缆，试验电压为 52kV。已运行的电缆：试验电压为 1.6 U0，所以对于 21/35kV 电缆，试验电压为 34k
