HDTF系例变频串联谐振耐压试验装置

第一章 概述

该装置主要针对交联电缆、水力发电机、主变、母线、GIS等的交流耐压试验，具有较宽的适用范围，是地、市、县级高压试验部门及电力安装、修试工程单位理想的耐压设备。

该装置主要由变频控制电源、激励变压器、电抗器、电容分压器、补偿电容器（选配）组成。

串联谐振在电力系统中应用的优点：

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，谐振励磁电源只需试验容量的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1/10-1/30。

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隐患。

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络电压前断开电源，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。

变频串联谐振试验装置主要功能及其技术特点：

1、装置具有过压、过流、零位启动、系统失谐（闪络）等保护功能，过压过流保护值可以根据用户需要整定，试品闪络时闪络保护动作，以保护式品。

2、整个装置单件重量很轻，便于现场使用。

3、装置具有三种工作模式，方便用户根据现场情况灵活选择，提高试验速度。

工作模式为：全自动模式、手动模式、自动调谐手动升压模式。

4、能存储和异地打印数据，存入的数据编号是数字，方便的帮助用户识别和查找。

5、装置自动扫频时频率起点可以在规定范围内任意设定，同时液晶大屏幕显示扫描曲线，方便使用者直观了解是否找到谐振点。

6、采用了DSP平台技术，可以方便的根据用户需要增减功能和升级，也使得人机交换界面更为人性化。

第二章 串联谐振原理

本篇将和大家讨论串联谐振的原理，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：

图1                                         图2

此时电路阻抗Z(ω0)＝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ω0如下：

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(ω0)＝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X＝XL—Xc=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ρ，即

ρ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

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90°，电容电压滞后外施电压90°，总的电抗电压为0。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。

常见的试品如变压器、GIS系统、SF6断路器、电流互感器、电力电缆、套管等均为容性，系统配备的电抗器为感性，试验时先通过调节变频电源的输出频率使回路发生串联谐振，再在回路谐振的条件下调节变频电源输出电压使试品电压达到试验值。由于回路的谐振，变频电源较小的输出电压就可在试品上产生较高的试验电压。

在实际现场应用中试品上的高压电压和低压电压遵循以下公式：

U试 = QU激

其中：U试为高压谐振试验电压，Q为系统串联谐振的品质因数，      U激为激励变压器输出电压。

 例如：假设系统串联谐振的品质因数Q为30，激励变压器选择16kV的抽头，激励变压器额定输入电压为400V，如果激励变压器输入电压为100V时，高压电压计算步骤如下：

①计算激励变压器变比

激励变压器变比N=激励变压器所选抽头电压/输入额定电压

即：N=16kV/400V=16000/400=40

②计算激励变压器输出电压

激励变压器输出电压=激励变压器输入电压*激励变压器变比

即：U激=100V*40=4kV

③计算高压谐振试验电压

高压谐振试验电压=激励变压器输出电压*系统品质因数

即：U试=4kV*30=120kV

故系统最终的高压谐振试验电压为120kV。

第三章 变频串联谐振试验装置应用

（一）变频串联谐振交流耐压装置接线示意图

变频串联谐振试验接线图

（二）交联乙烯电缆的交流耐压

电缆耐压试验接线图

（三）变压器等的交流耐压试验

变压器耐压试验接线图

（四）发电机等的交流耐压试验

发电机耐压试验接线图

第四章 变频电源详细使用介绍

3.1设备基本说明

3.1.1电源

˜将380V/220V直接与变频电源的“输入”连接。

3.1.2操作面板说明

图1

˜ 电源开关：负责变频电源部分的电源供给。

˜ 高压指示：变频电源启动指示。

˜ 复位：负载失谐、变频源过热以及其它保护动作后的故障复位。

˜ 急停：发生紧急情况的应急中断按键。

˜ 分压器信号：用于接入分压器低压臂，最大电压100V，输入阻抗10M。

˜ 接地：用于系统安全接地。

˜ USB接口:用于接入U盘查询资料或接入鼠标代替触摸操作。

˜ 液晶显示器：用于系统各参数、波形、菜单等的显示。

˜ 输入：电源接入,三相380V±10%或单相220V±10%（45-64Hz）；当电源为380V时，接A,B,C三相,可做额定负载试验；当电源为220V时，接A,C二相,只可做1/2负载试验。

˜ 输出：变频电源输出至激励变压器输入。

3.1.3接通电源

变频电源操作箱在通电后合上“电源开关”，液晶屏点亮显示。

注意：仪器两侧开孔处的风扇在运行则表示仪器内部功率器件正常工作，否则表示仪器内部过热或上次试验时没有复位。此时应该切断电源，将仪器置于通风处静置1小时左右，待内部适当降低温度后再启动电源。

当风扇经常性的不启动时，建议立即与厂家联系。

当设备出现不可恢复性故障时，请不要自行拆卸仪器。

3.2触摸屏显示器

变频电源的控制屏幕为全触摸屏，只需要在屏幕上要操作的位置轻轻点击，即可以进行操作。

3.2.1开机后，显示界面如图2所示。

3.2.2点击“参数配置”后，显示界面如图3所示。

˜ 起始频率：选择自动调谐时的启动频率，下限频率为20Hz，上限频率为250Hz。为了保证扫描准确度“起始频率”必须比“终止频率”小50Hz。

˜ 终止频率：选择自动调谐时的结束频率，下限频率为70Hz，上限频率为300Hz。为了保证扫描准确度“终止频率”必须比“起始频率”大50Hz。

1.设置“起始频率”不可高于“终止频率”-50Hz。

2.当第一次试验时建议采用20Hz～300Hz进行扫描。

3.当已经知道大概频率范围时，可以选定在适当的频率段扫描，以减少试验时间。

˜ 起始电压：调谐时输出电压的初始值。输入范围为5-100V。

1.对Q值较低的试品如发电机、电动机、架空母线，初始值设定为20～30V；

2.对Q值较高的试品如电力电缆、变压器、GIS等，初始值设定为15～20V。

˜ 第一阶段试验电压：设置试验电压的第一阶段值。

˜ 第一阶段试验时间：设置第一阶段试验电压的耐压时间。

˜ 第二阶段试验电压：设置试验电压的第二阶段值。

˜ 第二阶段试验时间：设置第二阶段试验电压的耐压时间。

˜ 第三阶段试验电压：设置试验电压的第三阶段值。

˜ 第三阶段试验时间：设置第三阶段试验电压的耐压时间。

我们的电压跟踪系统具备自动校核较大电压波动的功能，但电网电压的波动幅度较小时，由此而引起的高压电压的波动也在仪器的捕捉范围内，因此，我们强烈建议在设置试验电压时，将“试验电压”的数值设定为比要施加的试验电压低2％Ue。

如果没有阶段性耐压试验时，只需设置一个阶段试验电压值和相应的试验时间，其它阶段试验电压和试验时间设为0。

˜ 分压器变比：电容分压器的分压变比，一般为1500:1，“分压器变比”设置为1500。（也可能为3000:1,出厂已设置好客户无需更改）

˜ 过压保护：设置试验电压的极限值。电压超过时自动终止试验，一般比试验电压高10%，最高可设置为额定电压的1.2倍。当试验电压发生变化时，过压保护会自动进行更新。

˜ 过流保护：设置低压输出电流的最高值。在不知道实际试验电流的情况下，一般将其设置成装置额定电流。

˜ 闪络保护：实际闪络保护电压值,设置最大值为阶段试验电压的最大值；默认值为阶段试验电压最大值的0.4倍。当阶段试验电压发生改变时，闪络保护电压会自动更新。 客户可以根据现场试验情况进行修改。

˜ 帮助：提供设置“试验参数”时的注意事项。

  点击“帮助”后，显示界面如图4所示。

˜ 自动试验：当“参数配置”设置完时，点击“自动试验”，进入“自动试验”界面，显示界面如图5所示。                                                                      

点击“开始试验”，系统自动寻找谐振点，右下角提示“调谐中…”，如有异常情况，请点击 “紧急停机”；白色代表电压曲线，显示界面如图6所示。

找到谐振点后，系统自动升压，右下角提示“升压中…”，如有异常情况，请点击 “紧急停机”；显示界面如图7所示。

图7

当U有效值电压升到试验的耐压值时，系统自动耐压计时，右下角提示“第一阶段试验中…”或者“第二阶段试验中…”，如有异常情况，请点击 “紧急停机”； 显示界面如图8所示。

当计时到设置的耐压时间时，系统自动降压，右下角提示“降压中”，如有异常情况，请点击 “紧急停机”； 显示界面如图9所示。

当U有效值电压降至0时，右下角提示“停机状态”， 显示界面如图10所示

此时可以点击“保存”按钮，显示界面如图11所示。可以在对应试验阶段输入所要保存的试验编号。然后点击“确认”进行保存，或者点击“取消”，放弃保存。