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(guó)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(kāi)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(mén)禁止或不推薦,而代之以輕便、簡(jiǎn)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]。
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
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(guò)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(guò)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)。
2011年8月24日,清澗110 kV清楊線電纜出線,電纜長(zhǎng)240 m、電纜導(dǎo)體截面積500 mm2、YJLV 64/110 kV型電纜。
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(zhǎng)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。
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。
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(zhǎng)電纜,可兼顧發(fā)電機(jī)、變壓器、GIS但要配大容量補(bǔ)償容)。
1)所需電源容量
高壓電抗器電感值為L(zhǎng)=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(guò)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(guò)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。
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(guò)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).
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