中试控股技术研究院鲁工为您讲解：10kv电缆中间头制作测试装置

ZSBP-44kVA/44kV变频串联谐振耐压试验装置

11kV/300mm2电缆1km交流耐压试验，电容量≤0.3755uF，试验频率30-300Hz，试验电压28kV，试验时间5min。
10kV开关等电气设备的交流耐压试验，试验频率30-300Hz，试验电压不超过42kV，试验时间1min。

参考标准：DL/T 849.6-2016，DL/T 474.4-2018

变频串联谐振耐压试验装置：ZSBP系列变频串联谐振耐压试验装置，中试控股采用调节电源频率的方式，使得电抗器与被试电容器实现谐振，从而在被试品上获得高电压大电流，因其所需电源功率小、设备重量轻体积小在国内外得到了广泛应用，

是当前高电压试验的新方法和潮流。不会出现任何恢复过电压。试品发生击穿时，因失去谐振条件，高电压也立即消失，电弧即刻熄灭，且恢复电压的再建立过程很长，很容易在再次达到闪络电压前断开电源，

这种电压的恢复过程是一种能量积累的间歇振荡过程，其过程长，而且不会出现任何恢复过电压。

ZSBP-44kVA/44kV变频串联谐振耐压试验装置主要技术参数
1.额定容量：44kVA
2.额定电压：22kV；44kV
3.额定电流：2A；1A
4.测量精度：系统有效值1.5级
5.工作频率：30-300Hz
6.装置输出波形：正弦波
7.品质因素：装置自身Q≥30(f=45Hz)
8.波形畸变率：输出电压波形畸变率≤1%
9.输入电源：单相220或三相380V电压，频率为50Hz
10.工作时间：额定负载下允许连续60min；过压1.1倍1分钟
11.温    升：额定负载下连续运行60min后温升≤65K
12.保护功能：过压、过流、零位启动、系统失谐（闪络）等保护功能
13.环境温度：－20℃-55℃
14.相对湿度：≤90%RH
15.海拔高度:≤3000米
ZSBP-44kVA/44kV变频串联谐振耐压试验装置主要功能及特征
ZSBP系列变频串联谐振耐压试验装置，中试控股采用调节电源频率的方式，使得电抗器与被试电容器实现谐振，从而在被试品上获得高电压大电流，因其所需电源功率小、设备重量轻体积小，在国内外得到了广泛应用，是当前高电压试验的新方法和潮流。
特点：

设备的重量和体积大大减少。串联谐振装置中，省去了笨重的大功率调压装置和普通的大功率工频试验变压器，而且，谐振激磁电源只需试验容量的1/Q，中试控股使得系统重量和体积大大减少，一般为普通试验装置的1/10-1/30。

有效改善输出电压波形。谐振电源是谐振式滤波电路，能改善输出电压的波形畸变，获得很好的正弦波形，有效防止了谐波峰值对试品的误击穿。

防止大的短路电流烧伤故障点。在串联谐振状态，当试品的绝缘弱点被击穿时，电路立即脱谐，回路电流迅速下降为正常试验电流的1/Q，而用并联谐振或者试验变压器做耐压试验时，击穿电流立即上升几十倍，两者相比，短路电流与击穿电流相差数百倍。串联谐振能有效的找到绝缘弱点，又不存在大的短路电流烧伤故障点的忧患。

串联谐振试验前有什么条件？ 
试验前条件分析 
当我们拿到试验之后，我们要分析试验的主体是什么，比如：电力电缆、变压器、GIS组合器还是母线等等，针对不同的内容所施加的电压不一样，像同样是变压器，中性点接地和不接地的电压等级就不同，而且接线也不同，电压和容量直接影响串联谐振试验装置的配置方案，所说的配置方案也就是连接方式，串联方式、怎么串联以及串联几个等等。 
要想达到串联谐振的条件是当容抗等于感抗时，即可产生谐振的条件。 
串联谐振试验中控制逆变器的方法有调幅控制和脉冲调频控制两种。脉冲频率调制方法实现起来比较简单，可以在下面两种情况下使用。 
1 )如果负载对工作频率范围没有严格限制,这时频率必须跟踪,但相位差可以存在而不处于谐振工作状态。 
2 )如果负载的Q值较高,或者功率调节范围不是很大,则较小的频率偏差就可以达到调功的要求。 

ZSBP-44kVA/44kV变频串联谐振耐压试验装置容量验证

装置容量定为44kVA，分两节电抗器，电抗器单节为22kVA1A

试验时设备组合方式

组合方式

被试品对象     电抗器选择

（22kVA/22kV两节）    激励变压器

输出端选择     试验电压(kV)

10kV/300mm2电缆1km         使用电抗器两节并联     1.5kV        ≤22kV

10kV开关等电气设备    使用电抗器两节串联     3kV  ≤42kV

如何选择合适的变频串联谐振耐压试验装置？
为了选对规格，请提供以下技术参数
1、电力变压器：电压等级，大容量，试验性质（中性点耐压或全绝缘耐压）单相对地电容量；
2、电力电缆：电压等级，大长度，截面积；
3、发电机、电动机：电压等级（出口电压或称工作电压），试验电压（耐压值）单相对地电容量范围（如0.2-0.55uF等）；
4、开关、绝缘子、PT、CT、绝缘工器具、母线：电压等级（或称工作电压）；试验电压（耐压值）；
5、CVT效验：电压等级或称工作电压，试验电压（耐压值）电容量范围（如0.005-0.02uF）。

什么是串联谐振？ 
由于电力预防试验大多是对于大容量和高电压的电气设备，建议采用工频耐压进行绝缘性能的检测，也就是剔除了采用直流高压发生器对于电气设备绝缘性能检测的使用要求，虽两者都属于破坏性试验；

但经过长期的研究，采用工频耐压的方式相对于直流耐压稳定性，安全性要好，由于电气设备的容量大，电压高，往往像油浸式试验变压器一类的工频耐压设备无法满足测试要求，在国内，为了达到这一目的，基本通过变频串联谐振来实现测量。 
变频串联谐振，“变频”在串联谐振电路中，通过调整可变的频率范围产生谐振条件，“串联”是指在整个电路中的链接方式，串联时，电压相加，电流不变，“谐振”是指的谐振电路，组合起来就是我们常说的串联谐振试验装置。

随着电力事业的不断发展，变压器、发电机、断路器、GIS、110kV及220kV交联聚乙烯电缆等高压电力设备的应用越来越广泛。中试控股根据《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》(GB50150-91)和《电力设备预防性试验规程》(DL/T096-1996)的要求，此类高压电力设备的安装验收和年度检修中，均需进行交流耐压试验项目。

 交流耐压试验电源主要有以下三种方式产生:

 (1) 变压器式：中试控股带补偿电抗器的传统试验变压器，工频。

 (2) 调感式：可调电感式谐振系统，工频。

 (3) 调频式：固定电抗器谐振系统，通过变频器将一可调频电压加到试品上，改变频率以达到谐振。

 谐振耐压试验方法是通过改变试验系统的电感量和试验频率，使回路处于谐振状态，这样试验回路中试品上的大部分容性电流与电抗器上的感性电流相抵消，电源供给的能量仅为回路中消耗的用功功率，为试品容量的1/Q(Q为系统的谐振倍数);因此试验电源的容量在降低，重量大大减轻。谐振耐压试验系统按调节方式分为调感式和调频式两种。

 可调电感型谐振试验系统可以满足耐压要求，但由于重量大，可移动性差，主要用于试验室。变频串联谐振耐压试验是利用电抗器的电感与被试品电容实现谐振，在被试品上获得高电压，是当前高电压试验的一种新的方法与潮流，在国内外已经得到广泛的应用。

 变频串联谐振是谐振式电流滤波电路，能改善电源波形畸变，获得较好的正弦电压波形，有效防止谐波峰值对被试品的误击穿。变频串联谐振工作在谐振状态，当被试品的绝缘点被击穿时，电流立即脱谐，回路电流迅速下降为正常试验电流的数十分之一。发生闪络击穿时，因失去谐振条件，除短路电流立即下降外，中试控股高电压也立即消失，电弧即可熄灭。其恢复电压的再建立过程很长，很容易在再次达到闪络电压断开电源，所以适用于高电压、大容量的电力设备的绝缘耐压试验。

二、国内技术发展现状

 目前国内串联谐振变频电源主要采用以下三种技术方案：

 1.PWM控制技术

 在调频调压控制技术发展早期多使用PAM方法，因此，变频电源逆变器输出交流电压波形仅仅能是方波，改变方波有效值，仅仅能通过改变方波幅值，即中间直流电压幅值来完成。随着全控型开关元件IGBT、IGCT、MOSFET等出现，才逐渐发展为PWM方法。由于调节PWM波占空比就能调节电压幅值，所对逆变环节可同时完成调压与调频任务，整流器无需控制，设备构造更简单，控制更方便。基于该技术可以在谐振电容(试品)上获得THD<1%的正弦波。方波变频电源主电路如下所示。

 2.基于高速IC和直接数字频率合成(DDS)技术

 采用该方案频率分辨率可达到0.01Hz，频率稳定度高，很容易对信号实现全数字式调制。其控制框图和实现原理如下图所示。

由DSP处理器控制正弦波芯片产生频率在30Hz~300Hz连续可调(幅值也可调)的标准正弦波信号，中试控股经过第一级功率放大后再经过上千只大功率三极管组成的桥式放大电路放大，正弦信号最终达到所需要的设计功率，输出电压连续可调。此时正弦波信号经励磁变压器升压供给谐振电路获取需要的高压。

该方案输出的正弦波失真度较小，输出电压中高频信号引起的局部放电干扰小，但由于大功率三极管的温度特性较差，在较大功率输出时，温升较快，三极管的放大倍数增加，会导致输出电压漂移，并且电路复杂、不易维护。

3.基于SPWM的控制技术

采用SPWM技术的新型调频式谐振试验电源由大功率开关器件IGBT组成的电路来代替传统的模拟信号源及其功率放大电路直接产生大功率标准正弦波。系统结构图如下图所示，主要由三相PWM整流电路(或不控整流电路)、H桥逆变电路、输出滤波器、检测单元、DSP控制器及人机接口(键盘、液晶)组成。T为中间励磁升压变压器，RL为试验回路谐振电感的等效内阻，C为试验回路等效电容，包括被试品电容及试验回路谐振电容。整个试验电源输出电压的调节通过控制三相PWM整流电路输出侧电容电压大小来实现;当C3上电压稳定在设定值以后,系统开始频率调节,通过控制逆变电路开关器件IGBT的通断频率来实现，输出滤波器滤除系统输出信号的毛刺从而得到符合要求的正弦波形。

该方案输出波形较传统模拟方式稍差，输出在低电压下谐波含量较传统方式大，但电路较为简单，容易维护，但控制较为复杂。

三、结论

1.可同时用于局放和交流耐压试验的串联谐振电源所采用的技术方案以传统模拟方式(逐级放大)最好，中试控股该方案可直接输出正弦波，且失真度较小，输出电压中高频信号引起的局部放电干扰≤5pc，但电路较为复杂、不易维护，成本较高;

2.用于交流耐压试验的串联谐振变频电源普遍采用SPWM方式，中试控股其输出波形较传统方式差，干扰引起的局放较大，只适合于交流耐压试验(限于手上资料的限制，没发现有应用于局放试验的)，该技术方案控制较为复杂，但其硬件较传统方式简单，成本较低，体积和重量较小，易于维护。

3.PWM控制方式可满足交流耐压试验的要求，其输出为方波电压，系统输出为正弦波，但在非谐振状态时波形较差，实现相对容易，成本也较低。