高压电缆调频串谐交流耐压试验分析

杨剑+胡智卿

摘  要：本文针对《GB50150-2006电气装置安装工程电气设备交接试验规程》中橡塑绝缘电力电缆优先采用交流耐压的要求，对电缆进行现场交流耐压试验的必要性和有效性进行分析，并简单介绍调频式串联谐振耐压试验装置现场试验的原理和分析。

关键词：串联谐振;调频电源;塑胶绝缘电缆;交流耐压试验

1  概述

随着我国的电力事业的迅速发展，橡塑绝缘高压电力电缆中的交联聚乙烯电缆使用的数量越来越多。由于交流耐压试验的耐压时间加长，耐压电压值较低，能更好地反映电缆绝缘的状况以及发现绝缘中的缺陷。因此，《GB 50150-2006电气装置安装工程电气设备交接试验规程》第18.0.5条规定，橡塑绝缘电缆要优先采用20～300Hz交流耐压试验，取代原来的直流耐压试验。

本文介绍如何利用调频电源装置，采用带补偿电抗器的串联谐振方式对电缆进行交流耐压试验方法。

2  交流耐压代替直流耐压的必要性分析

近年来，国际、国内很多研究机构的研究成果表明：直流耐压试验不适合用于交联聚乙烯电缆试验。一些电缆即使通过了直流耐压试验，投运后不久仍然发生绝缘击穿事故。直流耐压试验时对绝缘的影响主要表现在：

（1）直流电压对交联聚乙烯绝缘有积累效应，即"记忆性"。电缆一旦有了由于直流试验而引起的"记忆性"， 残留在电缆中的直流电荷就需要很长时间来释放。而当该电缆投入运行时，直流电荷便会叠加在交流电压峰值上，产生超过电缆的额定电压的"和电压"时，绝缘就容易老化，使用寿命也因此而缩短。

（2）试验电压偏高，绝缘承受的电场强度较高，这种高电压可能使原本良好的绝缘造成损伤和产生缺陷。

（3）直流电压与实际运行的交流电压作用不同。直流电压作用下，只有绝缘材料的电阻率决定绝缘中的电场分布，而交流下的电场分布则由电阻率和介电系数两者决定。因此在实际应用中，经常发生直流耐压试验合格的电缆，投入运行后，在正常工作电压作用下，也会发生绝缘故障。也就是说，直流耐压试验并不能象交流耐压一样可以准确地反映电缆中的绝缘缺陷。

（4）在直流电压下，交联电缆绝缘层出现的水树枝，易形成电树枝放电，加速绝缘老化。

因此，为了检验和保证电缆的安装质量，在送电投运前进行现场交流耐压试验十分必要;新出台的国标《GB50150-2006电气装置安装工程电气设备交接试验标准》也要求采用交流耐压的方法进行橡塑绝缘电缆的耐压试验。但是，由于电力电缆对地电容量很大，需要较大容量的试验设备和电源，在现场采用50Hz工频进行交流耐压试验条件难以具备。因此，可根据具体情况，采用串联谐振的方法解决试验设备容量不足的问题。

3  变频串联谐振交流耐压的原理与试验方法

（1）串联谐振耐压的原理

如果被试品的试验电压较高，而电容量较小， 一般可采用串联谐振方法，其等效电路图如图一所示。

当试验回路中ωXL =ωXC（C包括CX、C1、C2）时，试验回路产生串联谐振，此时能在试品上产生较高的试验电压（试验电压高低与回路品质因数有关）。对于电力电缆来说， 电容量较大，采用传统的工频试验变压器很笨重，且大电流的工作电源在现场不易取得。其输入电源的容量能显著降低，重量减轻，便于使用和运输。被试设备的电容量C是固定的，要使试验回路产生谐振就要改变试验回路的电感L或频率ω。

（2）调频式串联谐振耐压试验方法

高压电缆的现场交流耐压一般采用的调频式（30～300Hz）串联谐振试验设备，可以得到更有较高的品质因数（Q值），并具有自动调谐、多重保护，以及低噪音、灵活的组合方式等优点。

图二为调频式串联谐振试验回路的原理图，试品上电压Uc和电源电压Ue的关系如下式（1）：

当调节电源频率达到谐振状态，即XL=Xc时，

（式中Q=XC/R，称为谐振回路的品质因数）

（3）橡塑绝缘电缆交流耐压的试验标准

根据国标《GB50150-2006电气装置安装工程电气设备交接试验标准》的要求，橡塑绝缘电缆优先采用20～300Hz交流耐压试验。耐压试验电压和时间如下表所示：

4  现场使用调频串谐装置进行电缆交流耐压分析及其注意事项

以下将以±800kV复龙换流站的10kV电缆交流耐压试验为例，简单介绍HVFRF型调频串联谐振系统使用方法。

（一）使用调频串谐装置进行10kV电缆现场交流耐压实例：

电缆参数：

电缆型号：ZR-YJV-10      额定电压（Uo/U）：8.7/10kV

电缆截面积：1X500mm2      电缆长度：217米

试验设备参数：

HK型高压电抗器： L1=L2=L3=22kV/2A/45H

HV型电容分压器： 电容量：300pF

首先根据电缆的参数，选择交流耐压试验电压：

2.5UO=2.5×8.7=21.75KV

然后根据查阅表二数据，得出截面积为500mm2的10kV电缆的每公里电容量为0.44μF/kM。可求得试品电容。

试验接线如图三所示，图中采用将三台电抗器并联接线使用，此时整体输出为：电抗器并联后的参数为22kV/6A/15H，谐振频率及试验电流计算如下。

根据试验回路中的电感、电容参数计算出谐振点的频率：

根据所得到的谐振点频率和试验所需电压，计算出所需的最大电流，以核对试验设备能否满足要求：

由以上计算数据可知，试验采用三台额定参数为22kV/2A/45H的电抗器并串联组成，能够通过的最大电流为6A。由以上计算数据可知，该设备完全能满足试验要求。而且可知当实际上在试验电流小于或等于2A时可仅采用一台电抗器即可;当试验电流为2-4A时可采用两台电抗器并联;当试验电流为4-6A时可需采用三台电抗器并联使用。

（二）试验分析

（1）试验分析

在交流耐压中，绝缘良好的被试品是不易被击穿的，是否击穿可根据下述现象来分析：

①根据试验回路接入表计记的指示进行分析。如果电流表突然上升，一般则说明被试品已击穿。

②根据被试品的状况进行分析。被试品是不容许发出击穿响声（或断续放电声）、冒烟、出气、焦臭、闪弧、燃烧等现象的。这些现象如果确定是绝缘部分出现的，则认为是被试品存在缺陷或击穿，应及时查明原因并妥善处理。

（2）补偿电容器的使用：

当电缆长度较短时，电容量小、与电抗器无法谐振，可将补偿电容器并接于试品作为补偿，然后再根据串谐频率公式计算达，以到谐振的条件。

5  小结

出于安全运行的考虑，对电缆产品的要求越来越严，电缆的制造质量也越来越得到重视。我们根据现场试验的实践证明，调频式串联谐振耐压试验装置与工频试验变压器相比，具有运输方便，所需电源容量小，输出电压波形好，被试品击穿闪络时对被试品损伤小等优点，在现场试验中将会得到越来越多的运用。

参考文献：

[1]周文华，徐青龙.橡塑电缆串联谐振耐压试验中补偿电抗器的选择[J].江苏电机工程，2008（04）.

[2]田韧.变频串联谐振装置在长交联电缆交流利压试验中的应用[J].上海铁道科技，2009（01）.endprint

摘  要：本文针对《GB50150-2006电气装置安装工程电气设备交接试验规程》中橡塑绝缘电力电缆优先采用交流耐压的要求，对电缆进行现场交流耐压试验的必要性和有效性进行分析，并简单介绍调频式串联谐振耐压试验装置现场试验的原理和分析。

关键词：串联谐振;调频电源;塑胶绝缘电缆;交流耐压试验

1  概述

随着我国的电力事业的迅速发展，橡塑绝缘高压电力电缆中的交联聚乙烯电缆使用的数量越来越多。由于交流耐压试验的耐压时间加长，耐压电压值较低，能更好地反映电缆绝缘的状况以及发现绝缘中的缺陷。因此，《GB 50150-2006电气装置安装工程电气设备交接试验规程》第18.0.5条规定，橡塑绝缘电缆要优先采用20～300Hz交流耐压试验，取代原来的直流耐压试验。

本文介绍如何利用调频电源装置，采用带补偿电抗器的串联谐振方式对电缆进行交流耐压试验方法。

2  交流耐压代替直流耐压的必要性分析

近年来，国际、国内很多研究机构的研究成果表明：直流耐压试验不适合用于交联聚乙烯电缆试验。一些电缆即使通过了直流耐压试验，投运后不久仍然发生绝缘击穿事故。直流耐压试验时对绝缘的影响主要表现在：

（1）直流电压对交联聚乙烯绝缘有积累效应，即"记忆性"。电缆一旦有了由于直流试验而引起的"记忆性"， 残留在电缆中的直流电荷就需要很长时间来释放。而当该电缆投入运行时，直流电荷便会叠加在交流电压峰值上，产生超过电缆的额定电压的"和电压"时，绝缘就容易老化，使用寿命也因此而缩短。

（2）试验电压偏高，绝缘承受的电场强度较高，这种高电压可能使原本良好的绝缘造成损伤和产生缺陷。

（3）直流电压与实际运行的交流电压作用不同。直流电压作用下，只有绝缘材料的电阻率决定绝缘中的电场分布，而交流下的电场分布则由电阻率和介电系数两者决定。因此在实际应用中，经常发生直流耐压试验合格的电缆，投入运行后，在正常工作电压作用下，也会发生绝缘故障。也就是说，直流耐压试验并不能象交流耐压一样可以准确地反映电缆中的绝缘缺陷。

（4）在直流电压下，交联电缆绝缘层出现的水树枝，易形成电树枝放电，加速绝缘老化。

因此，为了检验和保证电缆的安装质量，在送电投运前进行现场交流耐压试验十分必要;新出台的国标《GB50150-2006电气装置安装工程电气设备交接试验标准》也要求采用交流耐压的方法进行橡塑绝缘电缆的耐压试验。但是，由于电力电缆对地电容量很大，需要较大容量的试验设备和电源，在现场采用50Hz工频进行交流耐压试验条件难以具备。因此，可根据具体情况，采用串联谐振的方法解决试验设备容量不足的问题。

3  变频串联谐振交流耐压的原理与试验方法

（1）串联谐振耐压的原理

如果被试品的试验电压较高，而电容量较小， 一般可采用串联谐振方法，其等效电路图如图一所示。

当试验回路中ωXL =ωXC（C包括CX、C1、C2）时，试验回路产生串联谐振，此时能在试品上产生较高的试验电压（试验电压高低与回路品质因数有关）。对于电力电缆来说， 电容量较大，采用传统的工频试验变压器很笨重，且大电流的工作电源在现场不易取得。其输入电源的容量能显著降低，重量减轻，便于使用和运输。被试设备的电容量C是固定的，要使试验回路产生谐振就要改变试验回路的电感L或频率ω。

（2）调频式串联谐振耐压试验方法

高压电缆的现场交流耐压一般采用的调频式（30～300Hz）串联谐振试验设备，可以得到更有较高的品质因数（Q值），并具有自动调谐、多重保护，以及低噪音、灵活的组合方式等优点。

图二为调频式串联谐振试验回路的原理图，试品上电压Uc和电源电压Ue的关系如下式（1）：

当调节电源频率达到谐振状态，即XL=Xc时，

（式中Q=XC/R，称为谐振回路的品质因数）

（3）橡塑绝缘电缆交流耐压的试验标准

根据国标《GB50150-2006电气装置安装工程电气设备交接试验标准》的要求，橡塑绝缘电缆优先采用20～300Hz交流耐压试验。耐压试验电压和时间如下表所示：

4  现场使用调频串谐装置进行电缆交流耐压分析及其注意事项

以下将以±800kV复龙换流站的10kV电缆交流耐压试验为例，简单介绍HVFRF型调频串联谐振系统使用方法。

（一）使用调频串谐装置进行10kV电缆现场交流耐压实例：

电缆参数：

电缆型号：ZR-YJV-10      额定电压（Uo/U）：8.7/10kV

电缆截面积：1X500mm2      电缆长度：217米

试验设备参数：

HK型高压电抗器： L1=L2=L3=22kV/2A/45H

HV型电容分压器： 电容量：300pF

首先根据电缆的参数，选择交流耐压试验电压：

2.5UO=2.5×8.7=21.75KV

然后根据查阅表二数据，得出截面积为500mm2的10kV电缆的每公里电容量为0.44μF/kM。可求得试品电容。

试验接线如图三所示，图中采用将三台电抗器并联接线使用，此时整体输出为：电抗器并联后的参数为22kV/6A/15H，谐振频率及试验电流计算如下。

根据试验回路中的电感、电容参数计算出谐振点的频率：

根据所得到的谐振点频率和试验所需电压，计算出所需的最大电流，以核对试验设备能否满足要求：

由以上计算数据可知，试验采用三台额定参数为22kV/2A/45H的电抗器并串联组成，能够通过的最大电流为6A。由以上计算数据可知，该设备完全能满足试验要求。而且可知当实际上在试验电流小于或等于2A时可仅采用一台电抗器即可;当试验电流为2-4A时可采用两台电抗器并联;当试验电流为4-6A时可需采用三台电抗器并联使用。

（二）试验分析

（1）试验分析

在交流耐压中，绝缘良好的被试品是不易被击穿的，是否击穿可根据下述现象来分析：

①根据试验回路接入表计记的指示进行分析。如果电流表突然上升，一般则说明被试品已击穿。

②根据被试品的状况进行分析。被试品是不容许发出击穿响声（或断续放电声）、冒烟、出气、焦臭、闪弧、燃烧等现象的。这些现象如果确定是绝缘部分出现的，则认为是被试品存在缺陷或击穿，应及时查明原因并妥善处理。

（2）补偿电容器的使用：

当电缆长度较短时，电容量小、与电抗器无法谐振，可将补偿电容器并接于试品作为补偿，然后再根据串谐频率公式计算达，以到谐振的条件。

5  小结

出于安全运行的考虑，对电缆产品的要求越来越严，电缆的制造质量也越来越得到重视。我们根据现场试验的实践证明，调频式串联谐振耐压试验装置与工频试验变压器相比，具有运输方便，所需电源容量小，输出电压波形好，被试品击穿闪络时对被试品损伤小等优点，在现场试验中将会得到越来越多的运用。

参考文献：

[1]周文华，徐青龙.橡塑电缆串联谐振耐压试验中补偿电抗器的选择[J].江苏电机工程，2008（04）.

[2]田韧.变频串联谐振装置在长交联电缆交流利压试验中的应用[J].上海铁道科技，2009（01）.endprint

摘  要：本文针对《GB50150-2006电气装置安装工程电气设备交接试验规程》中橡塑绝缘电力电缆优先采用交流耐压的要求，对电缆进行现场交流耐压试验的必要性和有效性进行分析，并简单介绍调频式串联谐振耐压试验装置现场试验的原理和分析。

关键词：串联谐振;调频电源;塑胶绝缘电缆;交流耐压试验

1  概述

随着我国的电力事业的迅速发展，橡塑绝缘高压电力电缆中的交联聚乙烯电缆使用的数量越来越多。由于交流耐压试验的耐压时间加长，耐压电压值较低，能更好地反映电缆绝缘的状况以及发现绝缘中的缺陷。因此，《GB 50150-2006电气装置安装工程电气设备交接试验规程》第18.0.5条规定，橡塑绝缘电缆要优先采用20～300Hz交流耐压试验，取代原来的直流耐压试验。

本文介绍如何利用调频电源装置，采用带补偿电抗器的串联谐振方式对电缆进行交流耐压试验方法。

2  交流耐压代替直流耐压的必要性分析

近年来，国际、国内很多研究机构的研究成果表明：直流耐压试验不适合用于交联聚乙烯电缆试验。一些电缆即使通过了直流耐压试验，投运后不久仍然发生绝缘击穿事故。直流耐压试验时对绝缘的影响主要表现在：

（1）直流电压对交联聚乙烯绝缘有积累效应，即"记忆性"。电缆一旦有了由于直流试验而引起的"记忆性"， 残留在电缆中的直流电荷就需要很长时间来释放。而当该电缆投入运行时，直流电荷便会叠加在交流电压峰值上，产生超过电缆的额定电压的"和电压"时，绝缘就容易老化，使用寿命也因此而缩短。

（2）试验电压偏高，绝缘承受的电场强度较高，这种高电压可能使原本良好的绝缘造成损伤和产生缺陷。

（3）直流电压与实际运行的交流电压作用不同。直流电压作用下，只有绝缘材料的电阻率决定绝缘中的电场分布，而交流下的电场分布则由电阻率和介电系数两者决定。因此在实际应用中，经常发生直流耐压试验合格的电缆，投入运行后，在正常工作电压作用下，也会发生绝缘故障。也就是说，直流耐压试验并不能象交流耐压一样可以准确地反映电缆中的绝缘缺陷。

（4）在直流电压下，交联电缆绝缘层出现的水树枝，易形成电树枝放电，加速绝缘老化。

因此，为了检验和保证电缆的安装质量，在送电投运前进行现场交流耐压试验十分必要;新出台的国标《GB50150-2006电气装置安装工程电气设备交接试验标准》也要求采用交流耐压的方法进行橡塑绝缘电缆的耐压试验。但是，由于电力电缆对地电容量很大，需要较大容量的试验设备和电源，在现场采用50Hz工频进行交流耐压试验条件难以具备。因此，可根据具体情况，采用串联谐振的方法解决试验设备容量不足的问题。

3  变频串联谐振交流耐压的原理与试验方法

（1）串联谐振耐压的原理

如果被试品的试验电压较高，而电容量较小， 一般可采用串联谐振方法，其等效电路图如图一所示。

当试验回路中ωXL =ωXC（C包括CX、C1、C2）时，试验回路产生串联谐振，此时能在试品上产生较高的试验电压（试验电压高低与回路品质因数有关）。对于电力电缆来说， 电容量较大，采用传统的工频试验变压器很笨重，且大电流的工作电源在现场不易取得。其输入电源的容量能显著降低，重量减轻，便于使用和运输。被试设备的电容量C是固定的，要使试验回路产生谐振就要改变试验回路的电感L或频率ω。

（2）调频式串联谐振耐压试验方法

高压电缆的现场交流耐压一般采用的调频式（30～300Hz）串联谐振试验设备，可以得到更有较高的品质因数（Q值），并具有自动调谐、多重保护，以及低噪音、灵活的组合方式等优点。

图二为调频式串联谐振试验回路的原理图，试品上电压Uc和电源电压Ue的关系如下式（1）：

当调节电源频率达到谐振状态，即XL=Xc时，

（式中Q=XC/R，称为谐振回路的品质因数）

（3）橡塑绝缘电缆交流耐压的试验标准

根据国标《GB50150-2006电气装置安装工程电气设备交接试验标准》的要求，橡塑绝缘电缆优先采用20～300Hz交流耐压试验。耐压试验电压和时间如下表所示：

4  现场使用调频串谐装置进行电缆交流耐压分析及其注意事项

以下将以±800kV复龙换流站的10kV电缆交流耐压试验为例，简单介绍HVFRF型调频串联谐振系统使用方法。

（一）使用调频串谐装置进行10kV电缆现场交流耐压实例：

电缆参数：

电缆型号：ZR-YJV-10      额定电压（Uo/U）：8.7/10kV

电缆截面积：1X500mm2      电缆长度：217米

试验设备参数：

HK型高压电抗器： L1=L2=L3=22kV/2A/45H

HV型电容分压器： 电容量：300pF

首先根据电缆的参数，选择交流耐压试验电压：

2.5UO=2.5×8.7=21.75KV

然后根据查阅表二数据，得出截面积为500mm2的10kV电缆的每公里电容量为0.44μF/kM。可求得试品电容。

试验接线如图三所示，图中采用将三台电抗器并联接线使用，此时整体输出为：电抗器并联后的参数为22kV/6A/15H，谐振频率及试验电流计算如下。

根据试验回路中的电感、电容参数计算出谐振点的频率：

根据所得到的谐振点频率和试验所需电压，计算出所需的最大电流，以核对试验设备能否满足要求：

由以上计算数据可知，试验采用三台额定参数为22kV/2A/45H的电抗器并串联组成，能够通过的最大电流为6A。由以上计算数据可知，该设备完全能满足试验要求。而且可知当实际上在试验电流小于或等于2A时可仅采用一台电抗器即可;当试验电流为2-4A时可采用两台电抗器并联;当试验电流为4-6A时可需采用三台电抗器并联使用。

（二）试验分析

（1）试验分析

在交流耐压中，绝缘良好的被试品是不易被击穿的，是否击穿可根据下述现象来分析：

①根据试验回路接入表计记的指示进行分析。如果电流表突然上升，一般则说明被试品已击穿。

②根据被试品的状况进行分析。被试品是不容许发出击穿响声（或断续放电声）、冒烟、出气、焦臭、闪弧、燃烧等现象的。这些现象如果确定是绝缘部分出现的，则认为是被试品存在缺陷或击穿，应及时查明原因并妥善处理。

（2）补偿电容器的使用：

当电缆长度较短时，电容量小、与电抗器无法谐振，可将补偿电容器并接于试品作为补偿，然后再根据串谐频率公式计算达，以到谐振的条件。

5  小结

出于安全运行的考虑，对电缆产品的要求越来越严，电缆的制造质量也越来越得到重视。我们根据现场试验的实践证明，调频式串联谐振耐压试验装置与工频试验变压器相比，具有运输方便，所需电源容量小，输出电压波形好，被试品击穿闪络时对被试品损伤小等优点，在现场试验中将会得到越来越多的运用。

参考文献：

[1]周文华，徐青龙.橡塑电缆串联谐振耐压试验中补偿电抗器的选择[J].江苏电机工程，2008（04）.

[2]田韧.变频串联谐振装置在长交联电缆交流利压试验中的应用[J].上海铁道科技，2009（01）.endprint