電纜耐壓試驗中試驗設備容量不足的解決方法

何寅，丁海華，鄭城，何鋒

（國網浙江安吉縣供電有限公司，浙江安吉313300）

電纜耐壓試驗中試驗設備容量不足的解決方法

何寅，丁海華，鄭城，何鋒

（國網浙江安吉縣供電有限公司，浙江安吉313300）

電力電纜工頻耐壓試驗中經常需要考慮試驗電源和試驗設備的容量問題，試品容量大會導致電流太大，可能會造成試驗中跳閘或者試驗設備損壞。試驗需要的功率大部分都是無功功率，而且一般是容性無功，通過串并聯一定數量的電抗器可以很好地補償無功，減小試驗功率，順利完成試驗任務。

電纜試驗；串聯諧振；并聯補償；勵磁電流

變頻串聯諧振耐壓試驗相對于傳統的工頻耐壓試驗具有電源電壓低、試驗功率小、試驗波形好等特點，因而廣泛應用于各類大容量電力設備的交流耐壓試驗。但是對特定的一套串聯諧振裝置，試品的容量還是受到裝置額定電流和額定容量的限制的。例如，1套型號VFSR-104/78的串聯諧振裝置（配備4臺電抗器），對1條型號為YJV22-8.7/10，截面積為300 m2的電纜，其標稱的試驗極限長度為1 470 m。當電纜長度更長一些時，是否就需要用容量更大的裝置，當長度再增加時，是否就只能分段試驗呢?通過引入并聯補償這一方法，就可以很好地解決這一問題。

1 案例分析

35 kV靈芝變35 kV安芝3557線入地工程電纜制作完成，需要進行交流耐壓試驗。根據之前的資料顯示，此次試驗涉及的電纜型號為YJV22-26/35，截面積為240 mm2，長度約為2 730 m。

查相關資料可知，此型號電纜的電容量為0.176 μF/km，電纜總電容量C為：

規程規定試驗電壓U為52 kV，以頻率f為50 Hz來估算，則電容電流Ic為：

利用串聯諧振試驗，需要諧振的電感量L為：

鑒于檢修工區現有的諧振試驗裝置所配的4臺電抗器額定電壓為26 kV，額定電流為2 A，電感值為46 H。要滿足電壓要求則需要4臺兩兩串聯分壓，要滿足電流要求則需要4臺獨自分流，要滿足頻率要求則必須用且只用2臺并聯，即三者是相互矛盾的。

現有的串聯諧振試驗裝置不能滿足試驗要求，借用了6臺額定電壓為60 kV，電感值為110 H，額定電流為2.5 A的電抗器，試驗裝置主機箱和勵磁變的容量都只有10 kVA，所以既要完成此次試驗，同時要求在試驗過程中必須滿足以下條件：

（1）小電抗器（L=46 H）通過的電流不得大于2 A；

（2）大電抗器（L=110 H）通過的電流不得大于2.5 A；

（3）試驗容量S不得大于10 kVA。

2 利用并聯電抗器直接進行串聯諧振的試驗方法

按照以往的串聯諧振試驗方法，將這6臺大電抗器并聯后串聯入諧振回路，并聯后的電感值L為：

試驗的頻率f為：

試驗頻率在要求范圍之內，甚至接近工頻，滿足條件，計算試驗的電流和容量：

電容電流Ic為：

每個電抗器電流IL為：

試驗需要的容量S為：

Q為品質因數，Q=ωL/R，諧振試驗中一般為7左右，假設Q=20（非常理想的假設），試驗容量為21.87 kVA，所以這種接線方式不能滿足試驗容量的要求。

若是通過減少并聯電抗器數量來增大L，并由此來減小試驗頻率以降低試驗電流，或許可以減小試驗容量。將電抗器數量為1～6臺分別代入計算，得到表1結果。

表1 電抗器并聯數與相關參數

由表1可知，1臺電抗器時，流過電抗器電流過大，存在燒毀電抗器的風險。而當電抗器數量逐漸增加時，試驗的容量也隨之增加，超出了設備的額定容量，由此利用電抗器組直接進行串聯諧振的試驗方法被否決。

3 利用電抗器進行接地補償的方法

試驗中，唯一不變的是電纜的試驗電壓52 kV，它對應的一定頻率下的電流也是一定的。雖然電流大小不能變，但是可以讓它盡量少地經過勵磁變，即利用就地補償的方法來降低勵磁電流，圖1是利用電抗器的補償接線。

圖1 利用電抗器的補償電路

圖中C為電纜等效電容，L1為并聯電抗器，L2為45 H的電抗器。L2的額定電壓為26 kV，試驗電壓為52 kV，必須2臺串聯使用。為了讓更少的電流流過勵磁變和主機箱，除1組用于串聯諧振的電抗器外，其余電抗器均用于就地補償。L3=2L2，L4=2L2。

設L1的數量為n（1≤n≤6），L3的數量為m（0≤m≤1），由基爾霍夫電流定律可知，流過各個電感的電流總和應該等于流過電容的電流：

式中：I1=U/ωL1；I4=U/ωL4；I3=U/ωL3；Ic=UωC。

把C=0.48 μF，ω=2πf，L1=110 H，L2=45 H，L3=90 H，代入式（1）得到：

把n和m的值代入式（1）中得到表2值。

表2 電抗器串并聯與相關參數

對比表1和表2，不難看出，在相同設備的情況下，第1種接線方案中，即使是在非常高的Q的情況，設備容量依舊很大；而第2種接線方案中，在假設Q很小的情況下，容量依然比之前的要小很多。

由表2可知，在選用6臺大電抗器，1組小電抗器同時并聯補償的情況下，電抗器的電流只有不到2 A，估算的容量為10 kVA左右。考慮到Q的裕度以及電容值估算的誤差，在實際的試驗中，設備的容量基本能滿足要求。為完成試驗同時保障安全，試驗開始前對電纜電容量進行測量，試驗中在高壓側、低壓側、電抗器接地端都使用鉗型表對電流進行實時監控和記錄，與估算值對比基本相近，略有偏差。

4 結語

在一般交流耐壓試驗中，試驗設備提供的都是無功功率，其功率因數非常低，串聯諧振裝置利用補償電抗器對容性負載進行補償，解決了大電容量設備的交流耐壓問題，但是串聯諧振中流過電容器的電流完全流過了勵磁變，導致試驗電流隨試驗電壓增大而迅速增大。

在并聯補償回路中，電容電流有很大一部分直接在高壓側被電感補償了，兩者形成回路，不經過勵磁變，因而減小了試驗的負荷，可僅有并聯電抗器又不能產生試驗所需的高壓，需要配合串聯電抗器一起使用。

利用串聯電抗器產生高壓；利用并聯電抗器減小負荷；利用調頻來達到諧振狀態，三者相互結合，靈活應用，使試驗裝置能在最小的負荷下工作。針對電纜長度較長，電容量較大，需要大容量試驗電源和試驗設備的情況，此方法可以廣泛的應用。

[1]上海思源電氣有限公司.VFSR串聯諧振試驗裝置使用手冊[G].2005.

[2]浙江省電力公司.Q/GDW-11-125-2008浙江電網電氣設備交接試驗規程[S].2012.

[3]陳天翔.電氣試驗[M].2版.北京：中國電力出版社，2008.

（本文編輯：楊勇）

Solution to Insufficient Capacity of Test Equipment in Cable Withstand Voltage Test

HE Yin，DING Haihua，ZHENG Cheng，HE Feng
（State Grid Anji Power Supply Company，Anji Zhejiang 31330，China）

Capacity of test power and instrument in power-frequency withstand voltage test is frequently considered.The excess capacity of the tested article may result in excess current,causing tripping or instrument damage during test.The power needed for test is always reactive power，generally the capacitive reactive power.Significant amount of paralleled reactors can compensate reactive power and reduce test power,and hence better complete the test.

cable test；series resonance；parallel compensation；excitation current

TM247

：B

：1007-1881（2014）03-0066-03

2013-08-27

何寅（1974-），男，浙江安吉人，工程師，從事電氣試驗工作。