高壓電纜調頻串諧交流耐壓試驗分析

楊劍+胡智卿

摘 ?要：本文針對《GB50150-2006電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗規程》中橡塑絕緣電力電纜優先采用交流耐壓的要求，對電纜進行現場交流耐壓試驗的必要性和有效性進行分析，并簡單介紹調頻式串聯諧振耐壓試驗裝置現場試驗的原理和分析。

關鍵詞：串聯諧振;調頻電源;塑膠絕緣電纜;交流耐壓試驗

1 ?概述

隨著我國的電力事業的迅速發展，橡塑絕緣高壓電力電纜中的交聯聚乙烯電纜使用的數量越來越多。由于交流耐壓試驗的耐壓時間加長，耐壓電壓值較低，能更好地反映電纜絕緣的狀況以及發現絕緣中的缺陷。因此，《GB 50150-2006電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗規程》第18.0.5條規定，橡塑絕緣電纜要優先采用20～300Hz交流耐壓試驗，取代原來的直流耐壓試驗。

本文介紹如何利用調頻電源裝置，采用帶補償電抗器的串聯諧振方式對電纜進行交流耐壓試驗方法。

2 ?交流耐壓代替直流耐壓的必要性分析

近年來，國際、國內很多研究機構的研究成果表明：直流耐壓試驗不適合用于交聯聚乙烯電纜試驗。一些電纜即使通過了直流耐壓試驗，投運后不久仍然發生絕緣擊穿事故。直流耐壓試驗時對絕緣的影響主要表現在：

（1）直流電壓對交聯聚乙烯絕緣有積累效應，即"記憶性"。電纜一旦有了由于直流試驗而引起的"記憶性"， 殘留在電纜中的直流電荷就需要很長時間來釋放。而當該電纜投入運行時，直流電荷便會疊加在交流電壓峰值上，產生超過電纜的額定電壓的"和電壓"時，絕緣就容易老化，使用壽命也因此而縮短。

（2）試驗電壓偏高，絕緣承受的電場強度較高，這種高電壓可能使原本良好的絕緣造成損傷和產生缺陷。

（3）直流電壓與實際運行的交流電壓作用不同。直流電壓作用下，只有絕緣材料的電阻率決定絕緣中的電場分布，而交流下的電場分布則由電阻率和介電系數兩者決定。因此在實際應用中，經常發生直流耐壓試驗合格的電纜，投入運行后，在正常工作電壓作用下，也會發生絕緣故障。也就是說，直流耐壓試驗并不能象交流耐壓一樣可以準確地反映電纜中的絕緣缺陷。

（4）在直流電壓下，交聯電纜絕緣層出現的水樹枝，易形成電樹枝放電，加速絕緣老化。

因此，為了檢驗和保證電纜的安裝質量，在送電投運前進行現場交流耐壓試驗十分必要;新出臺的國標《GB50150-2006電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》也要求采用交流耐壓的方法進行橡塑絕緣電纜的耐壓試驗。但是，由于電力電纜對地電容量很大，需要較大容量的試驗設備和電源，在現場采用50Hz工頻進行交流耐壓試驗條件難以具備。因此，可根據具體情況，采用串聯諧振的方法解決試驗設備容量不足的問題。

3 ?變頻串聯諧振交流耐壓的原理與試驗方法

（1）串聯諧振耐壓的原理

如果被試品的試驗電壓較高，而電容量較小， 一般可采用串聯諧振方法，其等效電路圖如圖一所示。

當試驗回路中ωXL =ωXC（C包括CX、C1、C2）時，試驗回路產生串聯諧振，此時能在試品上產生較高的試驗電壓（試驗電壓高低與回路品質因數有關）。對于電力電纜來說， 電容量較大，采用傳統的工頻試驗變壓器很笨重，且大電流的工作電源在現場不易取得。其輸入電源的容量能顯著降低，重量減輕，便于使用和運輸。被試設備的電容量C是固定的，要使試驗回路產生諧振就要改變試驗回路的電感L或頻率ω。

（2）調頻式串聯諧振耐壓試驗方法

高壓電纜的現場交流耐壓一般采用的調頻式（30～300Hz）串聯諧振試驗設備，可以得到更有較高的品質因數（Q值），并具有自動調諧、多重保護，以及低噪音、靈活的組合方式等優點。

圖二為調頻式串聯諧振試驗回路的原理圖，試品上電壓Uc和電源電壓Ue的關系如下式（1）：

當調節電源頻率達到諧振狀態，即XL=Xc時，

（式中Q=XC/R，稱為諧振回路的品質因數）

（3）橡塑絕緣電纜交流耐壓的試驗標準

根據國標《GB50150-2006電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》的要求，橡塑絕緣電纜優先采用20～300Hz交流耐壓試驗。耐壓試驗電壓和時間如下表所示：

4 ?現場使用調頻串諧裝置進行電纜交流耐壓分析及其注意事項

以下將以±800kV復龍換流站的10kV電纜交流耐壓試驗為例，簡單介紹HVFRF型調頻串聯諧振系統使用方法。

（一）使用調頻串諧裝置進行10kV電纜現場交流耐壓實例：

電纜參數：

電纜型號：ZR-YJV-10 ? ? ?額定電壓（Uo/U）：8.7/10kV

電纜截面積：1X500mm2 ? ? ?電纜長度：217米

試驗設備參數：

HK型高壓電抗器： L1=L2=L3=22kV/2A/45H

HV型電容分壓器： 電容量：300pF

首先根據電纜的參數，選擇交流耐壓試驗電壓：

2.5UO=2.5×8.7=21.75KV

然后根據查閱表二數據，得出截面積為500mm2的10kV電纜的每公里電容量為0.44μF/kM。可求得試品電容。

試驗接線如圖三所示，圖中采用將三臺電抗器并聯接線使用，此時整體輸出為：電抗器并聯后的參數為22kV/6A/15H，諧振頻率及試驗電流計算如下。

根據試驗回路中的電感、電容參數計算出諧振點的頻率：

根據所得到的諧振點頻率和試驗所需電壓，計算出所需的最大電流，以核對試驗設備能否滿足要求：

由以上計算數據可知，試驗采用三臺額定參數為22kV/2A/45H的電抗器并串聯組成，能夠通過的最大電流為6A。由以上計算數據可知，該設備完全能滿足試驗要求。而且可知當實際上在試驗電流小于或等于2A時可僅采用一臺電抗器即可;當試驗電流為2-4A時可采用兩臺電抗器并聯;當試驗電流為4-6A時可需采用三臺電抗器并聯使用。

（二）試驗分析

（1）試驗分析

在交流耐壓中，絕緣良好的被試品是不易被擊穿的，是否擊穿可根據下述現象來分析：

①根據試驗回路接入表計記的指示進行分析。如果電流表突然上升，一般則說明被試品已擊穿。

②根據被試品的狀況進行分析。被試品是不容許發出擊穿響聲（或斷續放電聲）、冒煙、出氣、焦臭、閃弧、燃燒等現象的。這些現象如果確定是絕緣部分出現的，則認為是被試品存在缺陷或擊穿，應及時查明原因并妥善處理。

（2）補償電容器的使用：

當電纜長度較短時，電容量小、與電抗器無法諧振，可將補償電容器并接于試品作為補償，然后再根據串諧頻率公式計算達，以到諧振的條件。

5 ?小結

出于安全運行的考慮，對電纜產品的要求越來越嚴，電纜的制造質量也越來越得到重視。我們根據現場試驗的實踐證明，調頻式串聯諧振耐壓試驗裝置與工頻試驗變壓器相比，具有運輸方便，所需電源容量小，輸出電壓波形好，被試品擊穿閃絡時對被試品損傷小等優點，在現場試驗中將會得到越來越多的運用。

參考文獻：

[1]周文華，徐青龍.橡塑電纜串聯諧振耐壓試驗中補償電抗器的選擇[J].江蘇電機工程，2008（04）.

[2]田韌.變頻串聯諧振裝置在長交聯電纜交流利壓試驗中的應用[J].上海鐵道科技，2009（01）.endprint

摘 ?要：本文針對《GB50150-2006電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗規程》中橡塑絕緣電力電纜優先采用交流耐壓的要求，對電纜進行現場交流耐壓試驗的必要性和有效性進行分析，并簡單介紹調頻式串聯諧振耐壓試驗裝置現場試驗的原理和分析。

關鍵詞：串聯諧振;調頻電源;塑膠絕緣電纜;交流耐壓試驗

1 ?概述

隨著我國的電力事業的迅速發展，橡塑絕緣高壓電力電纜中的交聯聚乙烯電纜使用的數量越來越多。由于交流耐壓試驗的耐壓時間加長，耐壓電壓值較低，能更好地反映電纜絕緣的狀況以及發現絕緣中的缺陷。因此，《GB 50150-2006電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗規程》第18.0.5條規定，橡塑絕緣電纜要優先采用20～300Hz交流耐壓試驗，取代原來的直流耐壓試驗。

本文介紹如何利用調頻電源裝置，采用帶補償電抗器的串聯諧振方式對電纜進行交流耐壓試驗方法。

2 ?交流耐壓代替直流耐壓的必要性分析

近年來，國際、國內很多研究機構的研究成果表明：直流耐壓試驗不適合用于交聯聚乙烯電纜試驗。一些電纜即使通過了直流耐壓試驗，投運后不久仍然發生絕緣擊穿事故。直流耐壓試驗時對絕緣的影響主要表現在：

（1）直流電壓對交聯聚乙烯絕緣有積累效應，即"記憶性"。電纜一旦有了由于直流試驗而引起的"記憶性"， 殘留在電纜中的直流電荷就需要很長時間來釋放。而當該電纜投入運行時，直流電荷便會疊加在交流電壓峰值上，產生超過電纜的額定電壓的"和電壓"時，絕緣就容易老化，使用壽命也因此而縮短。

（2）試驗電壓偏高，絕緣承受的電場強度較高，這種高電壓可能使原本良好的絕緣造成損傷和產生缺陷。

（3）直流電壓與實際運行的交流電壓作用不同。直流電壓作用下，只有絕緣材料的電阻率決定絕緣中的電場分布，而交流下的電場分布則由電阻率和介電系數兩者決定。因此在實際應用中，經常發生直流耐壓試驗合格的電纜，投入運行后，在正常工作電壓作用下，也會發生絕緣故障。也就是說，直流耐壓試驗并不能象交流耐壓一樣可以準確地反映電纜中的絕緣缺陷。

（4）在直流電壓下，交聯電纜絕緣層出現的水樹枝，易形成電樹枝放電，加速絕緣老化。

因此，為了檢驗和保證電纜的安裝質量，在送電投運前進行現場交流耐壓試驗十分必要;新出臺的國標《GB50150-2006電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》也要求采用交流耐壓的方法進行橡塑絕緣電纜的耐壓試驗。但是，由于電力電纜對地電容量很大，需要較大容量的試驗設備和電源，在現場采用50Hz工頻進行交流耐壓試驗條件難以具備。因此，可根據具體情況，采用串聯諧振的方法解決試驗設備容量不足的問題。

3 ?變頻串聯諧振交流耐壓的原理與試驗方法

（1）串聯諧振耐壓的原理

如果被試品的試驗電壓較高，而電容量較小， 一般可采用串聯諧振方法，其等效電路圖如圖一所示。

當試驗回路中ωXL =ωXC（C包括CX、C1、C2）時，試驗回路產生串聯諧振，此時能在試品上產生較高的試驗電壓（試驗電壓高低與回路品質因數有關）。對于電力電纜來說， 電容量較大，采用傳統的工頻試驗變壓器很笨重，且大電流的工作電源在現場不易取得。其輸入電源的容量能顯著降低，重量減輕，便于使用和運輸。被試設備的電容量C是固定的，要使試驗回路產生諧振就要改變試驗回路的電感L或頻率ω。

（2）調頻式串聯諧振耐壓試驗方法

高壓電纜的現場交流耐壓一般采用的調頻式（30～300Hz）串聯諧振試驗設備，可以得到更有較高的品質因數（Q值），并具有自動調諧、多重保護，以及低噪音、靈活的組合方式等優點。

圖二為調頻式串聯諧振試驗回路的原理圖，試品上電壓Uc和電源電壓Ue的關系如下式（1）：

當調節電源頻率達到諧振狀態，即XL=Xc時，

（式中Q=XC/R，稱為諧振回路的品質因數）

（3）橡塑絕緣電纜交流耐壓的試驗標準

根據國標《GB50150-2006電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》的要求，橡塑絕緣電纜優先采用20～300Hz交流耐壓試驗。耐壓試驗電壓和時間如下表所示：

4 ?現場使用調頻串諧裝置進行電纜交流耐壓分析及其注意事項

以下將以±800kV復龍換流站的10kV電纜交流耐壓試驗為例，簡單介紹HVFRF型調頻串聯諧振系統使用方法。

（一）使用調頻串諧裝置進行10kV電纜現場交流耐壓實例：

電纜參數：

電纜型號：ZR-YJV-10 ? ? ?額定電壓（Uo/U）：8.7/10kV

電纜截面積：1X500mm2 ? ? ?電纜長度：217米

試驗設備參數：

HK型高壓電抗器： L1=L2=L3=22kV/2A/45H

HV型電容分壓器： 電容量：300pF

首先根據電纜的參數，選擇交流耐壓試驗電壓：

2.5UO=2.5×8.7=21.75KV

然后根據查閱表二數據，得出截面積為500mm2的10kV電纜的每公里電容量為0.44μF/kM。可求得試品電容。

試驗接線如圖三所示，圖中采用將三臺電抗器并聯接線使用，此時整體輸出為：電抗器并聯后的參數為22kV/6A/15H，諧振頻率及試驗電流計算如下。

根據試驗回路中的電感、電容參數計算出諧振點的頻率：

根據所得到的諧振點頻率和試驗所需電壓，計算出所需的最大電流，以核對試驗設備能否滿足要求：

由以上計算數據可知，試驗采用三臺額定參數為22kV/2A/45H的電抗器并串聯組成，能夠通過的最大電流為6A。由以上計算數據可知，該設備完全能滿足試驗要求。而且可知當實際上在試驗電流小于或等于2A時可僅采用一臺電抗器即可;當試驗電流為2-4A時可采用兩臺電抗器并聯;當試驗電流為4-6A時可需采用三臺電抗器并聯使用。

（二）試驗分析

（1）試驗分析

在交流耐壓中，絕緣良好的被試品是不易被擊穿的，是否擊穿可根據下述現象來分析：

①根據試驗回路接入表計記的指示進行分析。如果電流表突然上升，一般則說明被試品已擊穿。

②根據被試品的狀況進行分析。被試品是不容許發出擊穿響聲（或斷續放電聲）、冒煙、出氣、焦臭、閃弧、燃燒等現象的。這些現象如果確定是絕緣部分出現的，則認為是被試品存在缺陷或擊穿，應及時查明原因并妥善處理。

（2）補償電容器的使用：

當電纜長度較短時，電容量小、與電抗器無法諧振，可將補償電容器并接于試品作為補償，然后再根據串諧頻率公式計算達，以到諧振的條件。

5 ?小結

出于安全運行的考慮，對電纜產品的要求越來越嚴，電纜的制造質量也越來越得到重視。我們根據現場試驗的實踐證明，調頻式串聯諧振耐壓試驗裝置與工頻試驗變壓器相比，具有運輸方便，所需電源容量小，輸出電壓波形好，被試品擊穿閃絡時對被試品損傷小等優點，在現場試驗中將會得到越來越多的運用。

參考文獻：

[1]周文華，徐青龍.橡塑電纜串聯諧振耐壓試驗中補償電抗器的選擇[J].江蘇電機工程，2008（04）.

[2]田韌.變頻串聯諧振裝置在長交聯電纜交流利壓試驗中的應用[J].上海鐵道科技，2009（01）.endprint

摘 ?要：本文針對《GB50150-2006電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗規程》中橡塑絕緣電力電纜優先采用交流耐壓的要求，對電纜進行現場交流耐壓試驗的必要性和有效性進行分析，并簡單介紹調頻式串聯諧振耐壓試驗裝置現場試驗的原理和分析。

關鍵詞：串聯諧振;調頻電源;塑膠絕緣電纜;交流耐壓試驗

1 ?概述

隨著我國的電力事業的迅速發展，橡塑絕緣高壓電力電纜中的交聯聚乙烯電纜使用的數量越來越多。由于交流耐壓試驗的耐壓時間加長，耐壓電壓值較低，能更好地反映電纜絕緣的狀況以及發現絕緣中的缺陷。因此，《GB 50150-2006電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗規程》第18.0.5條規定，橡塑絕緣電纜要優先采用20～300Hz交流耐壓試驗，取代原來的直流耐壓試驗。

本文介紹如何利用調頻電源裝置，采用帶補償電抗器的串聯諧振方式對電纜進行交流耐壓試驗方法。

2 ?交流耐壓代替直流耐壓的必要性分析

近年來，國際、國內很多研究機構的研究成果表明：直流耐壓試驗不適合用于交聯聚乙烯電纜試驗。一些電纜即使通過了直流耐壓試驗，投運后不久仍然發生絕緣擊穿事故。直流耐壓試驗時對絕緣的影響主要表現在：

（1）直流電壓對交聯聚乙烯絕緣有積累效應，即"記憶性"。電纜一旦有了由于直流試驗而引起的"記憶性"， 殘留在電纜中的直流電荷就需要很長時間來釋放。而當該電纜投入運行時，直流電荷便會疊加在交流電壓峰值上，產生超過電纜的額定電壓的"和電壓"時，絕緣就容易老化，使用壽命也因此而縮短。

（2）試驗電壓偏高，絕緣承受的電場強度較高，這種高電壓可能使原本良好的絕緣造成損傷和產生缺陷。

（3）直流電壓與實際運行的交流電壓作用不同。直流電壓作用下，只有絕緣材料的電阻率決定絕緣中的電場分布，而交流下的電場分布則由電阻率和介電系數兩者決定。因此在實際應用中，經常發生直流耐壓試驗合格的電纜，投入運行后，在正常工作電壓作用下，也會發生絕緣故障。也就是說，直流耐壓試驗并不能象交流耐壓一樣可以準確地反映電纜中的絕緣缺陷。

（4）在直流電壓下，交聯電纜絕緣層出現的水樹枝，易形成電樹枝放電，加速絕緣老化。

因此，為了檢驗和保證電纜的安裝質量，在送電投運前進行現場交流耐壓試驗十分必要;新出臺的國標《GB50150-2006電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》也要求采用交流耐壓的方法進行橡塑絕緣電纜的耐壓試驗。但是，由于電力電纜對地電容量很大，需要較大容量的試驗設備和電源，在現場采用50Hz工頻進行交流耐壓試驗條件難以具備。因此，可根據具體情況，采用串聯諧振的方法解決試驗設備容量不足的問題。

3 ?變頻串聯諧振交流耐壓的原理與試驗方法

（1）串聯諧振耐壓的原理

如果被試品的試驗電壓較高，而電容量較小， 一般可采用串聯諧振方法，其等效電路圖如圖一所示。

當試驗回路中ωXL =ωXC（C包括CX、C1、C2）時，試驗回路產生串聯諧振，此時能在試品上產生較高的試驗電壓（試驗電壓高低與回路品質因數有關）。對于電力電纜來說， 電容量較大，采用傳統的工頻試驗變壓器很笨重，且大電流的工作電源在現場不易取得。其輸入電源的容量能顯著降低，重量減輕，便于使用和運輸。被試設備的電容量C是固定的，要使試驗回路產生諧振就要改變試驗回路的電感L或頻率ω。

（2）調頻式串聯諧振耐壓試驗方法

高壓電纜的現場交流耐壓一般采用的調頻式（30～300Hz）串聯諧振試驗設備，可以得到更有較高的品質因數（Q值），并具有自動調諧、多重保護，以及低噪音、靈活的組合方式等優點。

圖二為調頻式串聯諧振試驗回路的原理圖，試品上電壓Uc和電源電壓Ue的關系如下式（1）：

當調節電源頻率達到諧振狀態，即XL=Xc時，

（式中Q=XC/R，稱為諧振回路的品質因數）

（3）橡塑絕緣電纜交流耐壓的試驗標準

根據國標《GB50150-2006電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》的要求，橡塑絕緣電纜優先采用20～300Hz交流耐壓試驗。耐壓試驗電壓和時間如下表所示：

4 ?現場使用調頻串諧裝置進行電纜交流耐壓分析及其注意事項

以下將以±800kV復龍換流站的10kV電纜交流耐壓試驗為例，簡單介紹HVFRF型調頻串聯諧振系統使用方法。

（一）使用調頻串諧裝置進行10kV電纜現場交流耐壓實例：

電纜參數：

電纜型號：ZR-YJV-10 ? ? ?額定電壓（Uo/U）：8.7/10kV

電纜截面積：1X500mm2 ? ? ?電纜長度：217米

試驗設備參數：

HK型高壓電抗器： L1=L2=L3=22kV/2A/45H

HV型電容分壓器： 電容量：300pF

首先根據電纜的參數，選擇交流耐壓試驗電壓：

2.5UO=2.5×8.7=21.75KV

然后根據查閱表二數據，得出截面積為500mm2的10kV電纜的每公里電容量為0.44μF/kM。可求得試品電容。

試驗接線如圖三所示，圖中采用將三臺電抗器并聯接線使用，此時整體輸出為：電抗器并聯后的參數為22kV/6A/15H，諧振頻率及試驗電流計算如下。

根據試驗回路中的電感、電容參數計算出諧振點的頻率：

根據所得到的諧振點頻率和試驗所需電壓，計算出所需的最大電流，以核對試驗設備能否滿足要求：

由以上計算數據可知，試驗采用三臺額定參數為22kV/2A/45H的電抗器并串聯組成，能夠通過的最大電流為6A。由以上計算數據可知，該設備完全能滿足試驗要求。而且可知當實際上在試驗電流小于或等于2A時可僅采用一臺電抗器即可;當試驗電流為2-4A時可采用兩臺電抗器并聯;當試驗電流為4-6A時可需采用三臺電抗器并聯使用。

（二）試驗分析

（1）試驗分析

在交流耐壓中，絕緣良好的被試品是不易被擊穿的，是否擊穿可根據下述現象來分析：

①根據試驗回路接入表計記的指示進行分析。如果電流表突然上升，一般則說明被試品已擊穿。

②根據被試品的狀況進行分析。被試品是不容許發出擊穿響聲（或斷續放電聲）、冒煙、出氣、焦臭、閃弧、燃燒等現象的。這些現象如果確定是絕緣部分出現的，則認為是被試品存在缺陷或擊穿，應及時查明原因并妥善處理。

（2）補償電容器的使用：

當電纜長度較短時，電容量小、與電抗器無法諧振，可將補償電容器并接于試品作為補償，然后再根據串諧頻率公式計算達，以到諧振的條件。

5 ?小結

出于安全運行的考慮，對電纜產品的要求越來越嚴，電纜的制造質量也越來越得到重視。我們根據現場試驗的實踐證明，調頻式串聯諧振耐壓試驗裝置與工頻試驗變壓器相比，具有運輸方便，所需電源容量小，輸出電壓波形好，被試品擊穿閃絡時對被試品損傷小等優點，在現場試驗中將會得到越來越多的運用。

參考文獻：

[1]周文華，徐青龍.橡塑電纜串聯諧振耐壓試驗中補償電抗器的選擇[J].江蘇電機工程，2008（04）.

[2]田韌.變頻串聯諧振裝置在長交聯電纜交流利壓試驗中的應用[J].上海鐵道科技，2009（01）.endprint