變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)主要方法

作為發(fā)現(xiàn)電纜運(yùn)行絕緣缺陷的無損試驗(yàn)手段，國外的科研機(jī)構(gòu)早在20世紀(jì)80年代，就開始對(duì)運(yùn)行中的XLPE絕緣電纜采用超低頻耐壓試驗(yàn)，并進(jìn)行了大量的試驗(yàn)室研究和現(xiàn)場試驗(yàn)。根據(jù)研究結(jié)果，大電網(wǎng)會(huì)議工作組推薦將超低頻耐壓試驗(yàn)用于中低壓XLPE電纜的絕緣耐壓試驗(yàn)。

  0．1Hz超低頻耐壓試驗(yàn)是鑒定XLPE絕緣電纜絕緣強(qiáng)度的直接方法，對(duì)于停運(yùn)后的XLPE絕緣電力電纜是否能繼續(xù)投入運(yùn)行，該試驗(yàn)是重要的判斷參考依據(jù)。主要的試驗(yàn)的原理是將50Hz交流電通過整流和濾波環(huán)節(jié)變成所需的直流電壓，通過逆變電路，將此直流電壓逆變?yōu)閘kHz交流電壓，再由0．1 Hz正弦振蕩器進(jìn)行調(diào)幅處理，調(diào)幅后，lkHz電壓等幅波就轉(zhuǎn)變成0．1 Hz的變化調(diào)幅波。這個(gè)調(diào)制電壓是通過兩個(gè)高壓變壓器與電壓倍增電路產(chǎn)生的按0．1Hz正弦波變化的高電壓，用壓敏電阻器進(jìn)行解調(diào)，從而使負(fù)載上輸出O．1 Hz高壓正弦電壓波形。試驗(yàn)和研究表明，0．1 Hz電壓對(duì)XLPE電纜水樹枝的監(jiān)測十分有效，而水樹枝的產(chǎn)生和發(fā)展是XLPE絕緣電纜主要的老化方式。超低頻交流耐壓試驗(yàn)關(guān)鍵的問題是確定進(jìn)行試驗(yàn)的電壓，只有施加的試驗(yàn)電壓正確，才能保證得出正確的結(jié)論。

  目前國內(nèi)這方面的研究甚少，根據(jù)國外的試驗(yàn)資料介紹，0．1 Hz時(shí)的試驗(yàn)電壓為50Hz時(shí)的1．5～1．8倍，如下式：

  式中，λ的值在1．5～1．8間選取，U50為預(yù)定的50Hz交流試驗(yàn)電壓值，這個(gè)值目前在《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》中尚未給出H J。這種試驗(yàn)方式的優(yōu)點(diǎn)主要在于：

  1．是無損壞的耐壓試驗(yàn)方法。用這種方法不會(huì)損壞被試品電纜，特別是對(duì)于開始老化但還可使用的電纜優(yōu)勢明顯。

  2．相比直流高壓試驗(yàn)，對(duì)新鋪電纜和經(jīng)過維修的電纜，此種測試對(duì)于連接處和端頭出頭聯(lián)接錯(cuò)誤的判定更為準(zhǔn)確。

  3．與工頻耐壓試驗(yàn)設(shè)備相比，其試驗(yàn)設(shè)備體積較小、重量較輕。同時(shí)保證了試驗(yàn)時(shí)和實(shí)際運(yùn)行時(shí)的電壓在被試品電纜中的絕緣分布相同。國內(nèi)外的大量研究表明，試驗(yàn)時(shí)可以用此方法代替工頻耐壓試驗(yàn)方法，是因?yàn)檫@兩種電壓對(duì)于疊層復(fù)合絕緣缺陷的檢驗(yàn)?zāi)芰κ窍嗤模哂休^好的等效性。又由于交流試驗(yàn)設(shè)備的容量與試驗(yàn)頻率成正比，用此試驗(yàn)方法可以在很大程度上降低交流耐壓試驗(yàn)設(shè)備的容量，同50Hz工頻耐壓設(shè)備容量比較，理論上可降低500倍。但由于結(jié)構(gòu)等其他方面的原因，實(shí)際可降低到50～1 00倍，這樣就有利于現(xiàn)場試驗(yàn)使用。這種耐壓方法的缺陷是被試品電纜在超低頻耐壓與工頻耐壓下的一致性較差，以此試驗(yàn)方式代替工頻耐壓試驗(yàn)效率是較低的。而且目前開發(fā)的0．1Hz超低頻耐壓試驗(yàn)設(shè)備由于其輸出電壓等級(jí)不夠高，無法對(duì)試驗(yàn)電壓等級(jí)較高的XLPE電纜進(jìn)行試驗(yàn)。目前，這種試驗(yàn)方法主要還是中低壓XLPE絕緣電纜耐壓試驗(yàn)的一種選擇方法。

  調(diào)感式工頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)

  調(diào)感式工頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)系統(tǒng)主要原理是利用電抗器的感抗和被試品電纜電容的容抗在50Hz工頻下發(fā)生諧振的原理來產(chǎn)生高電壓的。試驗(yàn)系統(tǒng)的簡化結(jié)構(gòu)如圖1—1所示，圖中Tl為可調(diào)自耦變壓器，T2為勵(lì)磁變壓器，他們?yōu)橄到y(tǒng)提供了一個(gè)可變的工作電壓，T2供給諧振回路功率，并將電源回路與被試品電纜回路隔開，電容c表示被試品電纜電容及其它并聯(lián)電容，例如電壓分壓器電容等。電感L代表可變電抗器的電感，調(diào)節(jié)它的電感量，使其與電容C發(fā)生諧振。

  圖1—2所示的是諧振系統(tǒng)的等效電路，電感三為電抗器電感，串聯(lián)電阻尺表示系統(tǒng)回路的總損耗，則可得：

  調(diào)感式串聯(lián)諧振試驗(yàn)系統(tǒng)相比與普通升壓變壓器試驗(yàn)系統(tǒng)，在高電壓、長電纜、大截面的XLPE電纜耐壓試驗(yàn)方面，具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：

  一、輸出電流波形好。試驗(yàn)回路僅讓基波電流順利通過，對(duì)其他諧波電流相當(dāng)于是濾波器，濾出了諧波干擾，所以輸出電流基本上是正弦波；

  二、自保護(hù)性能好。僅當(dāng)串聯(lián)諧振回路滿足諧振條件時(shí)，即∞￡=1／∞C時(shí)，系統(tǒng)才會(huì)輸出高壓，而被試品電纜一旦發(fā)生擊穿，相當(dāng)于電容被短路，回路失諧，高壓立即降落，由于電抗器的電抗限制短路電流，保護(hù)試驗(yàn)裝置不會(huì)遭受過電壓與大電流的沖擊，所以不需要在串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置中加球隙或電阻保護(hù)，也不需要其它保護(hù)方式來保護(hù)。

  調(diào)感式串聯(lián)諧振試驗(yàn)系統(tǒng)的缺點(diǎn)是電感的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不容易提高系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)，且自動(dòng)控制差，噪音大，其使用受到限制。