關于電力電纜耐壓試驗中變頻串聯諧振的應用探討

朱亞東

【摘要】：隨著我國市場經濟的不斷發展，對于電力需求的逐年增長，高壓電纜的安裝與使用也越來越多，為了保證高壓電纜的使用質量以及安全性能，在實際投入使用前，需要對電力電纜進行現場交流耐壓試驗是非常重要的一項工作。變頻串聯諧振能夠符合高壓電力電纜耐壓試驗的相關要求，并且具有操作便捷、利于現場試驗的優勢。因此，文章主要針對電力電纜耐壓試驗中變頻串聯諧振耐壓試驗的應用展開分析與討論。

【關鍵詞】：電力電纜；耐壓試驗；變頻串聯諧振

由于現代社會以及城市的發展，對高壓電力電纜的需求不斷增長，導致了我國電網改造工程增多，高壓電纜是電網改造以及大型供電樞紐中的主要應用品種，其具有輸送容量大、電性能好、維護方便等優勢[1]。在現如今的供電企業中，變頻串聯諧振耐壓試驗由于其獨特的優勢得到了廣泛的應用，同時也是未來電力電纜耐壓試驗中的重要方式，由此可見，研究變頻串聯諧振耐壓試驗具有一定的現實意義。

一、電力電纜耐壓試驗的意義

電力電纜在使用過程中容易受到各種因素的影響，導致出現故障、短路等問題，這些問題都與絕緣部分缺損有一定的關系，其主要由下述幾方面引起的：①長期滿負荷運行。在一般情況下，電纜溫度上升8℃，絕緣壽命就會下降，若長期處于滿負荷運行狀態，就會導致長期處于高溫狀態，導致絕緣使用壽命縮短。②外力沖擊。這主要是電纜鋪設過程中受到施工技術的影響。③受潮。由于雨水具有導電作用，會導致介質損耗增多，進而導致絕緣發熱，促使絕緣壽命縮短。④接觸不良。這主要是由于電纜制作工藝技術水平低，接頭沒有壓實、加熱不充分等導致的電纜接頭絕緣降低。⑤腐蝕作用。風力侵蝕、雨水侵蝕以及地下電纜的酸堿腐蝕都會導致電纜絕緣降低。因此，檢測電力電纜有無故障或異常存在具有重要的現實意義。耐壓試驗就是以尋找電纜存在的故障為目的的一種檢驗方式。

二、目前電力電纜耐壓試驗的主要方法

1.超低頻耐壓試驗

超低頻（0.1Hz）耐壓試驗方法最早出現于1980年，其主要是用于觀察電纜運行是否存在絕緣缺損的一種無損試驗方法，并且該方法經過大量的研究室試驗以及現場試驗，證實超低頻耐壓試驗在中低壓電力電纜耐壓試驗中有較好的應用效果[2]。該方法利用的原理是將50Hz交流電通過整流與濾波轉變為直流電壓，再經由逆變電路，將直流電壓轉變為1kHz交流電壓，再通過0.1Hz正弦振蕩器完成調幅處理，當經過調幅后，1kHz交流電壓等幅波就會轉變為0.1Hz變化條幅波[3]。其主要是基于高壓變壓器與電壓倍增電路之間形成的高電壓，其主要表現為正弦波，并經由壓敏電阻器進行調解，從而使高交流電壓負載輸出為0.1Hz高壓正弦波形。超低頻耐壓試驗的幼樹主要在于：①無損壞；②準確性高；③設備體積小，易于攜帶。但是該方法的輸出電壓等級較低，主要還是在中低壓電纜耐壓試驗中使用。

2.調感式工頻串聯諧振試驗

該方法主要是利用電抗器的感抗作用以及被測電纜電容的容抗在50Hz工頻環境中會產生諧振的工作原理，此過程中會產生高電壓。調感式工頻串聯諧振試驗的優勢在于：①輸出電流波形基本為正弦波[4]；②特異性高，只有在串聯諧振回路滿足了產生諧振的條件后，才會形成高電壓，而被測電纜一旦出現問題，就會造成回路異常，就相當于電纜短路，高電壓也會出現一致性降落，又由于電抗器能夠限制短路電流，從而保護裝置不受影響，從而不需要加裝電阻保護裝置。該試驗方式的劣勢在于操作復雜、系統品質因數不高、自動化水平低、噪音大，導致其在實際中的應用受到限制。

3.變頻串聯諧振試驗

變頻串聯諧振試驗原理與上述調感式工頻串聯諧振試驗原理相似[5]，唯一不同之處在于：變頻串聯諧振試驗是通過調節變頻電源中的輸出電壓頻率實現試驗回路產生諧振；而調感式工頻串聯諧振試驗則是通過基于50Hz工頻下的調節電抗器產生的電感量實現試驗回路產生諧振。變頻串聯諧振試驗的優點為：當試驗所需電源容量低于被測電纜的電源容量時，能夠在遠低于所需電源功率的情況下進行試驗，能夠有效提高現場試驗的效率，并且能夠克服調感式工頻耐壓試驗裝置中的缺點，使其能夠在實際生活中得到更加廣泛的應用。此外，變頻串聯諧振試驗的工作頻率僅為30～300Hz，能夠完善超低頻耐壓試驗的頻率過低、損耗小導致與實際損耗量不符的問題。因此，變頻串聯諧振耐壓試驗所得結果為精密、全面和可靠的，見表1。

三、變頻串聯諧振耐壓試驗設計

變頻串聯諧振耐壓試驗主要包括變頻電源主電路、勵磁變壓器、諧振電抗器、電容分壓器、補償電容器等設備。國際大電網會議組織建議以30～300Hz為試驗頻率范圍，但是由于實際生活中存在一些影響因素，可以20～300Hz為試驗頻率范圍。我國額定工頻為50Hz，在預防性試驗的工頻范圍為45～55Hz，這樣做的目的為了滿足對被測電纜絕緣下降進行實時監測的需求，因此才選擇比額定工頻范圍更大的頻率。實際試驗中的接近工頻頻率為35～75Hz，這主要是在大量的試驗與研究中發現工頻頻率在35～75Hz時，擊穿電壓可信度為95%，因此，在變頻串聯諧振耐壓試驗中將接近工頻選擇35～75Hz為最理想狀態。

結束語

隨著現代電力事業的不斷發展，電力電纜耐壓試驗的作用也越來越突出。現階段中，變頻串聯諧振由于其優勢在電力電纜耐壓試驗中得到了廣泛的應用，旨在提高我國供電質量，保障人們工作與學習的有序開展。文章主要通過分析現階段中電力電纜耐壓試驗中的低頻率耐壓試驗、調感式工頻串聯諧振試驗以及變頻串聯諧振耐壓試驗的原理和優缺點，最終得出變頻串聯諧振在高壓電力電纜耐壓試驗中的應用效果最佳，能夠進行現場實時監測、效率高、檢測時間短、準確性以及可靠性高的結論。

參考文獻

[1]李莉，梁廣恒.變頻串聯諧振法在并聯電容器組交流耐壓試驗中的應用[J].電氣應用，2013，26（10）：126-129.

[2]張鴻.變頻串聯諧振技術在電纜高壓試驗中的應用和分析[J].廣東輸電與變電技術，2012，11（2）：25-28.

[3]林志軍.變頻串聯諧振試驗裝置在真空斷路器耐壓試驗中的應用[J].科技創新導報，2012，13（27）：101-101.

[4]趙金明，段肖華.變頻串聯諧振技術在高壓電纜交接試驗中的應用[J].電網與清潔能源，2012，28（4）：23-25.

[5]張凱，鞏云峰，楊志華等.750kVGIS設備變頻串聯諧振交流耐壓試驗研究[J].工業儀表與自動化裝置，2014，21（4）：99-101.