變頻串聯諧振耐壓試驗主要方法

作為發現電纜運行絕緣缺陷的無損試驗手段，國外的科研機構早在20世紀80年代，就開始對運行中的XLPE絕緣電纜采用超低頻耐壓試驗，并進行了大量的試驗室研究和現場試驗。根據研究結果，大電網會議工作組推薦將超低頻耐壓試驗用于中低壓XLPE電纜的絕緣耐壓試驗。

  0．1Hz超低頻耐壓試驗是鑒定XLPE絕緣電纜絕緣強度的直接方法，對于停運后的XLPE絕緣電力電纜是否能繼續投入運行，該試驗是重要的判斷參考依據。主要的試驗的原理是將50Hz交流電通過整流和濾波環節變成所需的直流電壓，通過逆變電路，將此直流電壓逆變為lkHz交流電壓，再由0．1 Hz正弦振蕩器進行調幅處理，調幅后，lkHz電壓等幅波就轉變成0．1 Hz的變化調幅波。這個調制電壓是通過兩個高壓變壓器與電壓倍增電路產生的按0．1Hz正弦波變化的高電壓，用壓敏電阻器進行解調，從而使負載上輸出O．1 Hz高壓正弦電壓波形。試驗和研究表明，0．1 Hz電壓對XLPE電纜水樹枝的監測十分有效，而水樹枝的產生和發展是XLPE絕緣電纜主要的老化方式。超低頻交流耐壓試驗關鍵的問題是確定進行試驗的電壓，只有施加的試驗電壓正確，才能保證得出正確的結論。

  目前國內這方面的研究甚少，根據國外的試驗資料介紹，0．1 Hz時的試驗電壓為50Hz時的1．5～1．8倍，如下式：

  式中，λ的值在1．5～1．8間選取，U50為預定的50Hz交流試驗電壓值，這個值目前在《電力設備預防性試驗規程》中尚未給出H J。這種試驗方式的優點主要在于：

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

  2．相比直流高壓試驗，對新鋪電纜和經過維修的電纜，此種測試對于連接處和端頭出頭聯接錯誤的判定更為準確。

  3．與工頻耐壓試驗設備相比，其試驗設備體積較小、重量較輕。同時保證了試驗時和實際運行時的電壓在被試品電纜中的絕緣分布相同。國內外的大量研究表明，試驗時可以用此方法代替工頻耐壓試驗方法，是因為這兩種電壓對于疊層復合絕緣缺陷的檢驗能力是相同的，具有較好的等效性。又由于交流試驗設備的容量與試驗頻率成正比，用此試驗方法可以在很大程度上降低交流耐壓試驗設備的容量，同50Hz工頻耐壓設備容量比較，理論上可降低500倍。但由于結構等其他方面的原因，實際可降低到50～1 00倍，這樣就有利于現場試驗使用。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，以此試驗方式代替工頻耐壓試驗效率是較低的。而且目前開發的0．1Hz超低頻耐壓試驗設備由于其輸出電壓等級不夠高，無法對試驗電壓等級較高的XLPE電纜進行試驗。目前，這種試驗方法主要還是中低壓XLPE絕緣電纜耐壓試驗的一種選擇方法。

  調感式工頻串聯諧振試驗

  調感式工頻串聯諧振試驗系統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工頻下發生諧振的原理來產生高電壓的。試驗系統的簡化結構如圖1—1所示，圖中Tl為可調自耦變壓器，T2為勵磁變壓器，他們為系統提供了一個可變的工作電壓，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，調節它的電感量，使其與電容C發生諧振。

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

  調感式串聯諧振試驗系統相比與普通升壓變壓器試驗系統，在高電壓、長電纜、大截面的XLPE電纜耐壓試驗方面，具有以下顯著優點：

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

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

  調感式串聯諧振試驗系統的缺點是電感的調節結構比較復雜，不容易提高系統的品質因數，且自動控制差，噪音大，其使用受到限制。