串联谐振在电力电缆绝缘试验中的应用及故障排除
2022-12-26宋维宏张聪泰
宋维宏,张聪泰
(酒钢(集团)宏晟电热公司,甘肃嘉峪关 735100)
前言
串联谐振耐压试验,是将电抗器的电感和被试设备对地电容串联实现谐振试验过电压,从而实现通过控制一个小容量的变频电源,在被试设备上获得高电压、大电流。这是当前对高压设备进行交流耐压测试的一种最常见的方式,在国内已获得了普遍的运用。串联谐振利用了谐振式电流滤波电路,通过改变开关电源输入波形畸变,可以得到较好的正弦电压,从而有效避免了谐波峰值导致被试设备误击穿。当串联谐振耐压范围测试中出现了闪络击穿现象时,由于没有了谐振条件,此时的短路电流、高电压迅速消失,可避免被试设备的损伤和损坏。此后,可重新设置高电压,因此特别适用于高电压、大容量的电力电缆的交流耐压试验。
1 案例及计算
串联谐振交流耐压试验在进行电力电缆高压测试时,主要取决于下列几方面:
(1)电力电缆的最高测试频段f,工作频段交流限制范围为:45~65 Hz。
(2)电力电缆的最大和最小等效电容量为Cx。
(3)电力电缆的最大测试电压为Us。
(4)在进行最大耐压范围测试的时间t。
1.1 被试设备基本参数
下面就以我电厂新#5 机循环泵8.7/10 kV 电缆试验为例说明:
新#5 机循环泵电机的电源开关取自6 kV 工作VA 段。电缆的参数:型号:YJV-3×70-8.7/10 kV 的交联聚乙烯电缆,长度800 m,根据表1 查知电缆等效电容量为0.217 μF/km。
表1 交联聚乙烯电缆每公里电容量参考表 单位:μF/km
1.2 试验设备概况
试验仪器采用(FKVF-10KFA/0.4 kV)一台,激磁变(CQSB-8 kVA/1.2 kV/0.25 kV)一台(额定输出电压1.2 kV/电流6.67 A,额定输入电压0.25 kV/电流32 A),高压电抗器(CHX-36 kVA/22 kV)4 节(额定电流1.6 4A,电感52 H±5%),电容分压器(TRF-30 kVA/500 PF)一台(分压比1000∶1)。
电缆电容计算如式(1):
电缆谐振频率计算如式(2):
电缆电流估算如式(3):
由于I=1.0 A<1.46 A,所有可以使用单节电抗器进行试验。
2 试验方法
电力电缆现场测试时,被试电缆的其中一相接交流高压电源,而另外二根则与大地连接,被试电缆的另一端三相开路,且满足在试验电压下的安全距离。注意:不能将三相电缆并联对地同时进行交流耐压测试。试验接线见图1。
图1 试验原理接线图
3 常见故障原因及排除方法
3.1 现象1
调谐曲线为一个直线,调谐完毕后屏幕提示缺少谐振点,见图2。
图2 串联谐振耐压试验故障1曲线
3.1.1 原因
电路连接不良,试验中传输电路接地错误,或串联谐振试验仪某一处开路。
3.1.2 排除办法
(1)检测试验仪器连接牢固,连接线是不是有断裂点。
(2)检测励磁变压器的高低压输入线圈之间的通断。
(3)检测每一个电抗器绕组的通断。
(4)检测分压器的所有信号线的开关通断。
3.2 现象2
(1)调谐曲线为一个平行直线,且具有较低的尖峰。
(2)当测试时一次电流较高,但高压却较低,又或者当电压没有升至测试电压时,一次电流就已达到了额定电流,试验设备自动降压。见图3。
图3 串联谐振耐压试验故障2曲线
3.2.1 原因
(1)电抗器与试品电容量不相匹配,不能正确找出谐振点。
(2)被试品的损耗较高。
(3)励磁变压器高压输出电压较低。
(4)高压测试连线过长。
3.2.2 排除办法
(1)将补偿电容并接到测试电路,增大回路电容量。
(2)尽量使多个电抗器串联起来进行谐振,以增加测试回路电感的容量。
(3)进一步提高励磁变压器的输出电压。
(4)将被试设备干燥加工,进一步提高被试设备的绝缘强度,降低电路的有功损失。
(5)当被设备需要较高电压时,将较长的普通输出线换成较短的输出线,或者将普通的输出线换成高压输出线。
3.3 现象3
正常试验曲线见图4。
图4 串联谐振耐压试验正常曲线
根据试验前粗略估算出的电流,当电流大于电抗额定电流时,我们就需要采用并联电抗,防止电抗器过负荷,长时间耐压损坏电抗器;根据谐振时被试电缆上的电压找到谐振点,然后观察频率是否与我们估算的是否一致,再确定是否需要补偿电容。确定好之后就可以开始升压试验,直线缓慢上升至试验电源值,然后持续实验要求耐压时间。
4 结论
交流耐压试验作为发现电力电缆绝缘隐患的最有效手段,通过串联谐振在符合测试频率范围内的要求下,可以根据电抗器的电阻损耗与被测试电力电缆的损耗关系,通过调整交流电抗器的组成方法,可以降低大容量电力电缆在进行交流耐压试验时对测试电源与试验设备总容量的需求,方便于复杂现场、环境下进行交流耐压试验。