变频串联谐振技术在高压电缆交接试验中的应用

赵金明，段肖华

（1.陕西省地方电力建设有限公司调试所，陕西西安710068；2.国家电网西北分部，陕西西安710048）

随着电网覆盖面迅速扩大，高压交联电缆特别是110 kV交联聚乙烯（XLPE）电缆在各地市供电系统开始大量使用。传统电缆的直流高压试验，也随着XLPE电缆的普及，被主管部门禁止或不推荐，而代之以轻便、简单的串联变频谐振方式进行容性试品的交流耐压试验。下面就陕西省地方电力建设有限公司调试所常采用的一种变频串联谐振技术在高压电缆交接试验中的应用进行分析与探讨[1-2]。

1 变频串联谐振试验技术

1.1 变频串联谐振的原理

电路输入端电压U与电流I同相，如图1所示在正弦电压U作用下

式中，电抗X＝XL-XC是角频率ω的函数，当条件满足纯电阻，此时的工作状态称为谐振。

串联电路中出现的谐振又称“串联谐振”[3]。

图1 串联谐振原理图Fig.1 Principle diagram of series resonance circuit

1.2 串联谐振的特点

1.3 变频串联谐振的组成

变频串联谐振由变频电源、励磁变压器、高压电抗器和电容分压器组成。运用串联谐振原理，利用励磁变压器激发串联谐振回路，调节变频控制器的输出频率，使回路电感L和试品C串联谐振，谐振电压即为加到试品上电压（如图2所示）。

图2 变频串联谐振组成图Fig.2 Frequency conversion series resonance circuit diagram

被试品的电容与电抗器构成串联谐振连接方式，分压器并联在被试品上，用于测量被试品的谐振电压，并作过压保护信号，调频功率输出经励磁变压器耦合给串联谐振回路，提供串联谐振的激励功率。

谐振耐压试验就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，电源只提供回路中消耗的有功功率的能量。而试品Cx两端电压UCX却为电源电压UAX的Q倍，即UCX＝QUAX。其中,Q为系统的谐振倍数，即电路的品质因数。

2 变频串联谐振技术在高压电缆交接试验中的应用

2011年8月24日，清涧110 kV清杨线电缆出线，电缆长240 m、电缆导体截面积500 mm2、YJLV 64/110 kV型电缆。

2.1 计算

1）根据电缆规格、查阅规范规程要求试验电压

2）根据电缆规格及长度计算试品电容量为0.169μF/km的0.24 km电缆电容量

3）据已有电抗量计算f0

4）在估算试验电流值，以判断电抗器及励磁变可否承受

以上满足设备和试品要求。

2.2 电力电缆的变频串联谐振耐压试验

1）电力电缆试品接线图如图3所示（电抗器放置时红面朝上白面朝下）。

图3 电缆试品接线图Fig.3 The wiring diagram of cable samplings

2）电缆芯线对外护套的绝缘电阻测量选用量程为5 000 V的兆欧表进行电缆绝缘电阻测量，绝缘电阻值应符合设计或规程要求。

3）电缆芯线对护套及地交流耐压试验，交流耐压试验参照GB50160-2006《电气安装工程电气设备交接试验标准》进行，试验电压为2U0=2×64 kV=128 kV。

2.3 电力电缆试验电抗器选配

本实验选3H电抗器。3H电抗器串并联的电感量选配如表1（主要用于长电缆，可兼顾发电机、变压器、GIS但要配大容量补偿容）。

3 串联谐振高压试品电源的优点分析

1）所需电源容量

高压电抗器电感值为L＝156 H；试验电压频率为f＝63.3 Hz；高压试验电流I＝2.063A；电源电流为I0≈27 A

上述电缆如果用常规的交流高压试验设备进行耐压试验，所需试品容量为P＝2.063 A×128 kV＝264 kV·A，采用串联谐振方法所需试验电源的功率仅为P＝27 A×220 V＝6 kW。通过以上分析计算，可以看出，串联谐振电源是利用谐振电抗器和被试品的电容通过调频发生谐振而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。

2）在串联谐振电源中省去了笨重的大功率调压装置和工频试验变压器，使得试验设备的重量和体积大大减少。

表1 3H电抗器串并联的电感量Tab.1 Inductance of 3H shunt reactors H

3）由于谐振电源是谐振式滤波电路，使得电压输出波形畸变改善为较好的正弦波形，从而能有效防止谐波峰值对试品的误击穿。

4）在串联谐振状态时，试品的绝缘弱点一旦被击穿，由于回路的电容值改变，使得电路立即脱谐，回路中的电流也迅速下降；从而使在被试品被击穿时串联谐振能有效地找到绝缘弱点，又不存在大的短路电流烧伤故障点的隐患。

4 结语

XLPE电缆交流耐压试验是现场电缆竣工交接试验的主要内容；目的是检查电缆的敷设及附件安装是否正确，电缆在运输、搬运、存放、敷设和回填的过程中是否受到意外损害。2011年2月29日西乡110 kV葛尧线电缆，2011年8月24日清涧110 kV清杨线电缆，2011年9月16日泾河工业园区孟姬35 kV电缆（YJV22-26/35 kV-3 300×4.2 km）等试验证明，在施工现场使用变频串联谐振技术对电缆进行高压试验，是科学、实用、高效的，也易于在实际工作中有效实施。

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