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

冶金动力 2022年6期

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。