摘要：變頻串聯諧振耐壓試驗是利用電抗器的電感與被試品電容實現電容諧振，在被試品上獲得高電壓、大電流，是當前高電壓試驗的一種新的方法與潮流，在國內外已經得到廣泛的應用。本文就變頻串聯諧振技術在電纜高壓試驗進行相關探討。
　　關鍵詞：變頻串聯諧振；電纜；高壓試驗；技術分析
　　1引言
　　隨著電力發展，高壓交聯電纜特別110kVXLPE電纜在各地市供電系統開始大量使用。而現場竣工交接試驗的目的是檢查電纜的敷設及附件安裝是否正確，電纜在運輸、搬運、存放、敷設和回填的過程中是否受到意外損害。檢查的重要方法是電纜主絕緣耐壓。現就廣東輸變電工程公司常采用的一種變頻串聯諧振技術在高壓電纜交接試驗中的應用進行分析與探討。
　　2.電力電纜現場交接試驗
　　2.1試驗項目及設備接線
　　1)電纜芯線對外護套的絕緣電阻測量選用量程為2500V的兆歐表進行電纜絕緣電阻測量，絕緣電阻值應符合設計要求。
　　2)電纜芯線對護套及地交流耐壓試驗交流耐壓試驗參照GB50160-2006《電氣安裝工程電氣設備交接試驗標準》進行，試驗電壓為2U060min。
　　
　　VF—變頻電源；T—調壓器；B—中間變壓器；L—高壓電抗器；
　　V—電壓表；Cx—被試電纜；C1,C2—分壓器電容。
　　圖1電纜交流耐壓試驗接線圖
　　試驗接線示意圖如圖1；圖2為常用的電纜交流耐壓試驗的設備。
　　
　　2.2試驗前準備
　　1)被試電纜所有安裝工作全部完成，電纜終端接頭、中間接頭安裝完畢，電纜外護套絕緣正常，至少保持一個可靠接地點；電纜護套保護器短接。
　　2)電纜終端側若有GIS間隔避雷器，請確定已經拆離相應導體并補充SF6氣體，待相關間隔電纜高壓試驗完畢后再行恢復接入。
　　3)GIS該進線氣隔已充SF6氣體至額定壓力，氣體泄漏及微水試驗合格。
　　4)電流互感器(CT)二次繞組側必須短路并接地，不得開路。
　　5)試驗前被試電纜兩側狀態為：電纜戶外終端的塔上架空線與電纜頭之間的連接線處于斷開狀態，使電纜頭與線路導線斷開。
　　如果在GIS電纜終端側加壓，那么必須拆除GIS出線套管與主變間的連線，并且確認該側的斷路器、隔離開關、接地刀閘都處在電纜試驗系統所要求的試驗狀態。
　　如果在電纜戶外終端進行試驗，對側的線路斷路器、隔離開關、接地刀閘需要處于試驗所要求的狀態。
　　2.3現場試驗工作程序
　　1）將試驗設備安裝在電纜終端相應套管位置，調試好設備。試驗場地四周裝設圍欄，懸掛“止步，高壓危險！”標示牌。
　　2）測量被試電纜一相電纜的絕緣電阻，確認絕緣電阻合格。
　　3）將試驗引線接上被試電纜終端接頭的一相。
　　4）檢查試驗回路所有接線，檢查測量儀表，準備開始試驗。
　　5）合上試驗電源，調整變頻電源的頻率，將試驗回路調至諧振，此時調壓器置于初始位置。
　　6）將輸出電壓逐漸升至試驗電壓，保持試驗電壓60min，然后快速降壓至零，斷開試驗電源，高壓端掛接地線。
　　7）復測被試電纜A相的絕緣電阻。
　　8）試驗過程中如發生閃絡、擊穿或異常情況，應立即暫停試驗。委托方應安排人員檢查電纜是否需要處理，確定能否再次進行耐壓試驗。試驗方應檢查試驗設備是否損壞，如有損壞須立即檢修。
　　9）重新試驗時如再次發生閃絡或擊穿，委托方必須確認電纜經檢查處理后符合耐壓試驗要求，如符合要求則重復執行“第6步驟”，直至試驗完成。
　　10）重復“第2～9步驟”完成被試電纜其它二相試驗。
　　11）完成三相電纜試驗。
　　3.串聯諧振高壓試驗設備技術分析
　　3.1串聯諧振的產生
　　
　　圖3R.L.C串聯回路圖
　　
　　圖3所示為R、L、C串聯電路，在正弦電壓U作用下，其復阻抗為：
　　
　　式中，電抗X＝XLXC，是角頻率ω的函數，L隨ω變化的情況如圖4所示。當ω從零開始向變化時，X從–∞向+∞變化，在ω＜ω0時，X＜0，電路為容性；在ω＞ω時，X＞0，電路為感性；
　　
　　在此時電路阻抗Z(ω0)＝R為純阻性，電壓和電流同相。將電路此時的工作狀態稱為串聯諧振。
　　
　　圖4阻抗X隨ω變化而變的函數圖象
　　式(就是串聯電路發生諧振的條件。由此式可求得諧振角頻率ω0如下：
　　
　　諧振頻率為：
　　
　　由此可知，串聯電路的諧振頻率是由電路自身參數L、C決定的，與外部條件無關，故又稱電路的固有頻率。當電源頻率一定時，可以調節電路參數L或C，使電路固有頻率與電源頻率一致而發生諧振；在電路參數一定時，可以改變電源頻率使之與電路固有頻率一致而發生諧振。
　　3.2串聯諧振高壓試品電源的優點
　　1)所需電源容量
　　下面以額定電壓為110kV，電纜長度為2500m，截面積為630mm2的XLPE電纜為例，查表1數據得到該電纜的電容為0.188μF/km，其試驗參數估算如下。
　　試驗電壓：
　　
　　高壓電抗器電感值：L=40H
　　試驗電壓頻率：f=36.6Hz
　　高壓試驗電流：I=14A
　　電源電流：I0≈50A
　　上述電纜如果用常規的交流高壓試驗設備進行耐壓試驗時，所需試品容量為P=14A×128kV=1792kVA，采用串聯諧振方法所需試驗電源的功率僅為P=50A×380V=19kW。串聯諧振電源是利用諧振電抗器和被試品的電容通過調頻發生諧振而產生高電壓和大電流的，在整個系統中，電源只需要提供系統中有功消耗的部分。
　　2)設備的重量和體積串聯諧振電源中，省去了笨重的大功率調壓裝置和工頻試驗變壓器，使得試驗設備的重量和體積大大減少，一般為普通試驗裝置的1/3-1/5。
　　3)改善輸出電壓的波形
　　諧振電源是諧振式濾波電路，能改善輸出電壓的波形畸變，獲得很好的正弦波形，有效的防止了諧波峰值對試品的誤擊穿。
　　4)防止大的短路電流燒傷故障點。
　　在串聯諧振狀態，當試品的絕緣弱點被擊穿時，由于回路的電容值改變，電路立即脫諧，回路電流迅速下降；而并聯諧振或者試驗變壓器方式做耐壓試驗時，擊穿電流立即上升幾十倍。兩者相比在被試品被擊穿時，二者的短路電流相差數百倍。所以，串聯諧振能有效的找到絕緣弱點，又不存在大的短路電流燒傷故障點的憂患。
　　5)不會出現任何恢復過電壓試品發生擊穿時，因失去諧振條件，高電壓也立即消失，電弧瞬時熄滅，且恢復電壓的再建立過程很長，很容易在再次達到閃絡電壓前斷開電源，這種電壓的恢復過程是一種能量積累的間歇振蕩過程，其過程長，而且不會出現任何恢復過電壓。
　　3.3關于試驗的頻率
　　由于電纜的電容量較大，采用傳統的工頻試驗變壓器很笨重、龐大，且大電流的工作電源在現場不易取得，因此一般都采用串聯諧振交流耐壓試驗設備。其輸入電源的容量能顯著降低，重量減輕，便于使用和運輸。初期多采用調感式串聯諧振設備(50Hz)，但存在自動化程度差、噪音大等缺點。因此現在大都采用調頻式(30-300Hz)串聯諧振試驗設備，可以得到更高的品質數，并具有自動調諧、多重保護，以及低噪音、靈活的組合方式(單件重量大為下降)等優點。
　　綜合國內外有關技術資料，選擇合適的試驗頻率范圍是個比較重要的問題。在這方面，有一些不同的觀點和提法。就目前國內外的提法來看，大概可分成3類：第1類為較寬頻率范圍30-300Hz、20-300Hz、1-300Hz；第2類為工頻范圍45-65Hz，45-55Hz；第3類為接近工頻35-75Hz。
　　3.4交聯聚乙烯電纜單位長度電容量
　　使用串聯諧振方法對被試品進行高壓試驗時，必須知道被試品的電容量。表1提供了各種規格的交聯聚乙烯電力電纜單位長度的電容量值。
　　
　　4.結束語
　　將架空輸電線路改為高壓電纜線路進行輸電，是城市發展的一項重要舉措和趨勢，交聯聚乙烯電纜以其優良穩定的性能已被廣泛的應用。交流耐壓試驗是檢驗交聯電纜敷設和附件安裝質量最有效的手段之一。而在施工現場利用變頻串聯諧振技術對電纜進行高壓試驗的方法是科學、實用、高效的。