趙金明，段肖華

（1.陜西省地方電力建設(shè)有限公司調(diào)試所，陜西西安710068；2.國家電網(wǎng)西北分部，陜西西安710048）

隨著電網(wǎng)覆蓋面迅速擴(kuò)大，高壓交聯(lián)電纜特別是110 kV交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電纜在各地市供電系統(tǒng)開始大量使用。傳統(tǒng)電纜的直流高壓試驗(yàn)，也隨著XLPE電纜的普及，被主管部門禁止或不推薦，而代之以輕便、簡單的串聯(lián)變頻諧振方式進(jìn)行容性試品的交流耐壓試驗(yàn)。下面就陜西省地方電力建設(shè)有限公司調(diào)試所常采用的一種變頻串聯(lián)諧振技術(shù)在高壓電纜交接試驗(yàn)中的應(yīng)用進(jìn)行分析與探討[1-2]。

1 變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)技術(shù)

1.1 變頻串聯(lián)諧振的原理

電路輸入端電壓U與電流I同相，如圖1所示在正弦電壓U作用下

式中，電抗X＝XL-XC是角頻率ω的函數(shù)，當(dāng)條件滿足純電阻，此時(shí)的工作狀態(tài)稱為諧振。

串聯(lián)電路中出現(xiàn)的諧振又稱“串聯(lián)諧振”[3]。

圖1 串聯(lián)諧振原理圖Fig.1 Principle diagram of series resonance circuit

1.2 串聯(lián)諧振的特點(diǎn)

1.3 變頻串聯(lián)諧振的組成

變頻串聯(lián)諧振由變頻電源、勵(lì)磁變壓器、高壓電抗器和電容分壓器組成。運(yùn)用串聯(lián)諧振原理，利用勵(lì)磁變壓器激發(fā)串聯(lián)諧振回路，調(diào)節(jié)變頻控制器的輸出頻率，使回路電感L和試品C串聯(lián)諧振，諧振電壓即為加到試品上電壓（如圖2所示）。

圖2 變頻串聯(lián)諧振組成圖Fig.2 Frequency conversion series resonance circuit diagram

被試品的電容與電抗器構(gòu)成串聯(lián)諧振連接方式，分壓器并聯(lián)在被試品上，用于測(cè)量被試品的諧振電壓，并作過壓保護(hù)信號(hào)，調(diào)頻功率輸出經(jīng)勵(lì)磁變壓器耦合給串聯(lián)諧振回路，提供串聯(lián)諧振的激勵(lì)功率。

諧振耐壓試驗(yàn)就是通過改變?cè)囼?yàn)系統(tǒng)的電感量和試驗(yàn)頻率，使回路處于諧振狀態(tài)，這樣試驗(yàn)回路中試品上的大部分容性電流與電抗器上的感性電流相抵消，電源只提供回路中消耗的有功功率的能量。而試品Cx兩端電壓UCX卻為電源電壓UAX的Q倍，即UCX＝QUAX。其中,Q為系統(tǒng)的諧振倍數(shù)，即電路的品質(zhì)因數(shù)。

2 變頻串聯(lián)諧振技術(shù)在高壓電纜交接試驗(yàn)中的應(yīng)用

2011年8月24日，清澗110 kV清楊線電纜出線，電纜長240 m、電纜導(dǎo)體截面積500 mm2、YJLV 64/110 kV型電纜。

2.1 計(jì)算

1）根據(jù)電纜規(guī)格、查閱規(guī)范規(guī)程要求試驗(yàn)電壓

2）根據(jù)電纜規(guī)格及長度計(jì)算試品電容量為0.169μF/km的0.24 km電纜電容量

3）據(jù)已有電抗量計(jì)算f0

4）在估算試驗(yàn)電流值，以判斷電抗器及勵(lì)磁變可否承受

以上滿足設(shè)備和試品要求。

2.2 電力電纜的變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)

1）電力電纜試品接線圖如圖3所示（電抗器放置時(shí)紅面朝上白面朝下）。

圖3 電纜試品接線圖Fig.3 The wiring diagram of cable samplings

2）電纜芯線對(duì)外護(hù)套的絕緣電阻測(cè)量選用量程為5 000 V的兆歐表進(jìn)行電纜絕緣電阻測(cè)量，絕緣電阻值應(yīng)符合設(shè)計(jì)或規(guī)程要求。

3）電纜芯線對(duì)護(hù)套及地交流耐壓試驗(yàn)，交流耐壓試驗(yàn)參照GB50160-2006《電氣安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行，試驗(yàn)電壓為2U0=2×64 kV=128 kV。

2.3 電力電纜試驗(yàn)電抗器選配

本實(shí)驗(yàn)選3H電抗器。3H電抗器串并聯(lián)的電感量選配如表1（主要用于長電纜，可兼顧發(fā)電機(jī)、變壓器、GIS但要配大容量補(bǔ)償容）。

3 串聯(lián)諧振高壓試品電源的優(yōu)點(diǎn)分析

1）所需電源容量

高壓電抗器電感值為L＝156 H；試驗(yàn)電壓頻率為f＝63.3 Hz；高壓試驗(yàn)電流I＝2.063A；電源電流為I0≈27 A

上述電纜如果用常規(guī)的交流高壓試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，所需試品容量為P＝2.063 A×128 kV＝264 kV·A，采用串聯(lián)諧振方法所需試驗(yàn)電源的功率僅為P＝27 A×220 V＝6 kW。通過以上分析計(jì)算，可以看出，串聯(lián)諧振電源是利用諧振電抗器和被試品的電容通過調(diào)頻發(fā)生諧振而產(chǎn)生高電壓和大電流的，在整個(gè)系統(tǒng)中，電源只需要提供系統(tǒng)中有功消耗的部分。

2）在串聯(lián)諧振電源中省去了笨重的大功率調(diào)壓裝置和工頻試驗(yàn)變壓器，使得試驗(yàn)設(shè)備的重量和體積大大減少。

表1 3H電抗器串并聯(lián)的電感量Tab.1 Inductance of 3H shunt reactors H

3）由于諧振電源是諧振式濾波電路，使得電壓輸出波形畸變改善為較好的正弦波形，從而能有效防止諧波峰值對(duì)試品的誤擊穿。

4）在串聯(lián)諧振狀態(tài)時(shí)，試品的絕緣弱點(diǎn)一旦被擊穿，由于回路的電容值改變，使得電路立即脫諧，回路中的電流也迅速下降；從而使在被試品被擊穿時(shí)串聯(lián)諧振能有效地找到絕緣弱點(diǎn)，又不存在大的短路電流燒傷故障點(diǎn)的隱患。

4 結(jié)語

XLPE電纜交流耐壓試驗(yàn)是現(xiàn)場(chǎng)電纜竣工交接試驗(yàn)的主要內(nèi)容；目的是檢查電纜的敷設(shè)及附件安裝是否正確，電纜在運(yùn)輸、搬運(yùn)、存放、敷設(shè)和回填的過程中是否受到意外損害。2011年2月29日西鄉(xiāng)110 kV葛堯線電纜，2011年8月24日清澗110 kV清楊線電纜，2011年9月16日涇河工業(yè)園區(qū)孟姬35 kV電纜（YJV22-26/35 kV-3 300×4.2 km）等試驗(yàn)證明，在施工現(xiàn)場(chǎng)使用變頻串聯(lián)諧振技術(shù)對(duì)電纜進(jìn)行高壓試驗(yàn)，是科學(xué)、實(shí)用、高效的，也易于在實(shí)際工作中有效實(shí)施。

[1] 陳廣輝，王東芳，岳彩鵬，等.交流電壓下基于空間電荷效應(yīng)的XLPE電纜絕緣老化研究現(xiàn)狀[J].電網(wǎng)與清潔能源，2011,27（11）：5-8.CHENGuang-hui,WANGDong-fang,YUECai-peng,et al.Research on aging of XLPE cable insulation based on space charge effect under ACvoltage[J].Power System and Clean Energy,2011,27（11）：5-8(in Chinese).

[2] 國電北京電力建設(shè)研究所.GB 50150－2006電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：國電北京電力建設(shè)研究所,2006.

[3] 白乃平.電路基礎(chǔ)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社,2001.

[4] 福潤德電子科技有限公司.FSS系列智能型變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置說明書[M].西安：福潤德電子科技有限公司，2009.

[5] 杜榮忠.Q420大截面角鋼在特高壓輸電線路中的應(yīng)用[J].電網(wǎng)與清潔能源，2011,27（11）：30-34.DU Rong-zhong.Applications of.Q420 large section angle steel in UHV power transmission line[J].Power System and Clean Energy,2011（11）：30-34(in Chinese).