淺談串并聯混合諧振在長距離電纜耐壓試驗工程中的應用

于世超+李振筱

摘要：交流耐壓試驗是鑒定電力設備絕緣強度最有效和最直接的方法，串聯諧振是交流耐壓試驗中常用的方法。文章通過計算分析給出串并聯混合諧振在長距離電纜耐壓試驗中試驗頻率，高壓試驗電流等參數的計算方法，并對試驗電源容量進行了估算，從而確保了試驗工作的順利進行。

關鍵詞：串并聯混合諧振；長距離電纜；交流耐壓試驗；試驗頻率；高壓試驗電流 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM75 文章編號：1009-2374（2016）36-0067-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.36.033

交流耐壓試驗是鑒定電力設備絕緣強度最有效和最直接的方法，是交接試驗和預防性試驗的一項重要內容，而串聯諧振是交流耐壓試驗中常用的一種方法。對于110kV、220kV電壓等級長距離電力電纜進行交流耐壓試驗，由于存在試驗電壓高、電容量大等特點，如果單一的采用串聯諧振交流耐壓試驗方式，由于被試品對地電容量很大，容易導致諧振頻率過低，甚至低于30Hz。因此現場通常采用串并聯混合諧振交流耐壓試驗方式，但串并聯混合諧振在實際試驗中，存在試驗頻率不能直接計算、試驗電源容量難以估算的問題，這給試驗工作帶來了很大的麻煩。本文通過計算分析，推導給出串并聯混合諧振試驗頻率計算公式和試驗電源容量的估算方法，從而給試驗工作帶來了很大的方便。

1 串并聯混合諧振試驗頻率及試驗電源容量計算

串并聯混合諧振試驗原理圖如圖1所示：

假設試驗回路的諧振頻率為f，將試驗回路右側的并聯電抗器L2和被試品電容等效為電容C1，如圖2所示，由于進行該類型高壓試驗時，土建施工已基本結束，試驗場地比較平整寬闊，電抗器可以盡量分散擺放，所以不考慮電抗器之間的互感磁通，即不考慮互感的影響。

兩個無源二端口網絡等效的條件是阻抗相等，即在該二端口上施加相同電壓U，電流I也相同。則：

由上述推導公式可知，試驗過程中不同電感量的電抗器L1、L2位置發生改變時，諧振頻率將不會發生變化，但流過勵磁變的電流I、勵磁變輸出電壓U1及試驗電源進線電流i與電抗器L1、L2的關系密切，所以在試驗過程中，一般要求將電感量小的電抗器用做并聯補償，以減小流過勵磁變的電流I、勵磁變輸出電壓U1及試驗電源進線電流i。在試驗準備階段，由于品質因素Q存在不確定性，為準備試驗電源，Q值一般取經驗值20進行

估算。

2 現場實際應用

對某變電所110kV電力電纜進行交流耐壓試驗。電纜參數為額定電壓64/110kV，型號ZC-YJLW03-Z，電纜長度1300m，截面1×630mm2，電纜對地電容量約為0.26uF。根據GB50150-2006電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準，64/110kV橡塑電纜交流耐壓試驗電壓為2U0=128kV，試驗時間為60min。試驗采用4臺220kV、146H、5A的高壓諧振電抗器，1臺150kVA變頻電源，1臺7.5kV/5A×4勵磁變進行。試驗如考慮采用串聯諧振方式進行，則需要4臺電抗器并聯后等效為1臺電抗器進行串聯諧振。此時計算頻率約為51.7Hz，高壓試驗電流約為10.78A，估算所需電源容量約為104A。考慮現場無法提供如此大的試驗電源，試驗人員考慮試驗采用串并聯混合諧振方式進行，即4臺電抗器采用1串3并，試驗時，在勵磁變高壓側接一只50kV分壓器，用于監測勵磁變高壓側輸出電壓，勵磁變高壓側與串聯電抗器用高壓引線連接，接一只鉗形電流表，變頻電源輸入側接一只鉗形電流表，此時高壓側等效電阻主要考慮勵磁變高壓側電阻和串聯電抗器電阻兩部分，勵磁變高壓側電阻約為150Ω，串聯電抗器電阻約為624Ω，等效電阻約為774Ω。按照推導出的公式進行計算，試驗頻率約為51.7Hz，高壓試驗電流I約為2.67A，勵磁變高壓側電壓約為2.89kV，試驗電源約為8.6A。現場實際試驗后，諧振頻率為51.5Hz，高壓試驗電流I為2.7A，與理論計算數據相吻合，勵磁變高壓側電壓為4.0kV，品質因數q為32，試驗電源輸入電流為16.4A。為驗證推導出的公式，試驗人員更改L1、L2位置，即采用3臺電抗器并聯后串聯在高壓回路中用于抬升試驗電壓，另1臺電抗器做并聯補償用，此時高壓側等效電阻約為358Ω。按照推導出的公式進行計算，試驗頻率約為51.7Hz，高壓試驗電流I約為8.1A，勵磁變高壓側電壓為2.89kV，試驗電源約為35.6A。現場試驗后，諧振頻率為51.6Hz，高壓試驗電流I為8.0A，與理論計算數據相吻合，勵磁變高壓側電壓為5.5kV，品質因數Q為23.2，試驗電源輸入電流為66.9A。

通過兩次現場實際驗證可以看出，諧振頻率、高壓回路電流與理論計算相吻合，但是勵磁變高壓側電壓、品質因數及試驗電源輸入電流與理論計算不符，這是因為110kV電纜終端位于40m高的鐵塔上，高壓引線很長，隨著試驗電壓的升高，電抗器高壓接線柱、高壓引線及電纜終端導體都會對空氣放電，即產生起暈現象，導致試驗回路的品質因數下降，所以勵磁變高壓側輸出電壓比理論計算值要高，而高壓回路的電流大小不變，所以導致試驗電源輸入容量升高，輸入電流增加。

3 結語

現場進行長距離電力電纜交流耐壓試驗時，應事先通過理論計算，選擇合適數量的試驗電抗器及合適試驗方式，使試驗頻率、試驗電流等參數滿足試驗要求；由于上述理論推導未考慮到電感元件互感的影響，為避免理論計算與現場實際偏差較大，電抗器之間應盡量分散擺放，以減小甚至消除互感的影響；由于高壓引線起暈受高壓引線長度、線徑、環境溫度、濕度等不可控因素的影響，實際選擇試驗電源時，容量要求至少要按照理論計算值的2～4倍考慮，以保證試驗電源容量滿足試驗要求。

參考文獻

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（責任編輯：蔣建華）