謝云飛　呂永紅　吳懷玉　寧晉峰　吳斌

摘要：針對長距離大容量交聯(lián)聚乙烯電纜在耐壓試驗(yàn)時，因電抗器的放置導(dǎo)體上引起較高的渦流損耗，從而引起耐壓試驗(yàn)系統(tǒng)大量功率損耗，詳述該情況下的功率損耗及危害。對長距離大電容量的電纜耐壓試驗(yàn)有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：交聯(lián)聚乙烯電纜；渦流損耗；耐壓試驗(yàn)

一 引言

隨著長治電網(wǎng)的改造和發(fā)展，聚乙烯電纜越來越廣泛用于變電站的35kV和10kV出線間隔中。但是電纜長度增加，工頻耐壓[1]試驗(yàn)設(shè)備的容量滿足不了現(xiàn)場的試驗(yàn)要求，直流耐壓與電纜的運(yùn)行工況有所差異，串聯(lián)諧振設(shè)備由于電源容量小，耐壓與運(yùn)行工況相似等優(yōu)點(diǎn)，越來越多的應(yīng)用于電纜的交接耐壓試驗(yàn)中，但串諧設(shè)備應(yīng)用中的存在的一些問題不容忽視。

二 現(xiàn)場交流耐壓試驗(yàn)方法

交流耐壓試驗(yàn)是電氣設(shè)備交接試驗(yàn)中考察電氣設(shè)備絕緣的最重要、最關(guān)鍵的一環(huán)，現(xiàn)場實(shí)際中應(yīng)用最廣泛也最經(jīng)典的主要有以下兩種交流耐壓試驗(yàn)方法。

（一）工頻耐壓試驗(yàn)：電氣設(shè)備耐壓試驗(yàn)時常表現(xiàn)為一種容性設(shè)備，容性設(shè)備的電容量較小時，工頻耐壓試驗(yàn)是最佳的耐壓試驗(yàn)方法，工頻耐壓試驗(yàn)時的電壓、波形、頻率和被試電氣設(shè)備內(nèi)部絕緣的電壓分布，均符合實(shí)際運(yùn)行工況，因此能有效發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備內(nèi)部絕緣缺陷，是保證電氣設(shè)備安全運(yùn)行最為行之有效的方法之一。工頻耐壓設(shè)備一般較大，電壓較高，耐壓器一般處于空載運(yùn)行狀態(tài)，因此短路電流較小，能滿足變電站內(nèi)小電容量的被試設(shè)備的耐壓要求。

（二）諧振耐壓試驗(yàn)：諧振耐壓試驗(yàn)是近工頻耐壓試驗(yàn)，頻率在30-300HZ范圍內(nèi)，耐壓試驗(yàn)電氣設(shè)備絕緣內(nèi)部的電壓分布和運(yùn)行工況類似，在工頻耐壓器容量不夠時代替工頻耐壓試驗(yàn)。諧振耐壓試驗(yàn)分為工頻諧振耐壓和變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)方法。工頻諧振耐壓試驗(yàn)主要為調(diào)節(jié)電感，但操作繁瑣，不宜現(xiàn)場使用。變頻諧振耐壓試驗(yàn)有效的避免了以上兩種耐壓試驗(yàn)的缺點(diǎn)。另外變頻諧振耐壓試驗(yàn)還有如下幾個優(yōu)點(diǎn)。

1 串諧系統(tǒng)的各個裝置體積相對較小，頻率調(diào)節(jié)簡單。 串聯(lián)諧振系統(tǒng)電源是利用諧振電抗器和被試電氣設(shè)備、高壓引線和分壓電容器等的電容諧振產(chǎn)生高電壓，諧振電抗器和系統(tǒng)總電容的阻抗向抵消，因此系統(tǒng)為整個阻抗為阻性，電源只需要提供該系統(tǒng)的有功功率，大量的無功功率被諧振電抗器承擔(dān)。因此，試驗(yàn)所需的電源功率大大減低，只需要試驗(yàn)容量的1/Q，Q[2]為系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)，一般在20-30之間。

2 串諧系統(tǒng)的電壓波形輸出更好。對于大電容量被試電氣設(shè)備，工頻試驗(yàn)容量需要很大，所用調(diào)壓器只能為移圈式調(diào)壓器，這種調(diào)壓器短路阻抗變化較大，工頻耐壓器的勵磁電流就會在該電抗上產(chǎn)生壓降從而使移圈式調(diào)壓器的輸出波形產(chǎn)生畸變。串諧系統(tǒng)的電源是諧振式濾波電路，可改善輸出電壓的波形畸變，產(chǎn)生較好的正弦電壓波，這樣施加在被試電氣設(shè)備不會有太多的諧波，可以有效阻止工頻試驗(yàn)系統(tǒng)所產(chǎn)生的諧波對被試電氣設(shè)備的損害。

3 變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)系統(tǒng)可有效減少甚至避免被試電氣設(shè)備發(fā)生擊穿時產(chǎn)生的過電壓對被試電氣設(shè)備和工頻耐壓器的損害。當(dāng)被試電氣設(shè)備發(fā)生擊穿時，系統(tǒng)的電容參數(shù)發(fā)生變化，容抗隨之改變，因失去諧振條件，高電壓也立即消失，電弧即刻熄滅，減少了對被試電氣設(shè)備的損害。如果試驗(yàn)系統(tǒng)采用工頻耐壓試驗(yàn)系統(tǒng)，一旦被試電氣設(shè)備發(fā)生擊穿，就會產(chǎn)生很高的過電壓加于耐壓器和被試設(shè)備兩端，產(chǎn)生很高的短路電流，對耐壓器和被試設(shè)備損害極大。

三 變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)系統(tǒng)

變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置由變頻電源、勵磁變壓器，避雷器、高壓電抗器和電容分壓器組成，變頻電源是變頻串諧系統(tǒng)的關(guān)鍵元器件，因?yàn)榇?lián)諧振系統(tǒng)是通過改變系統(tǒng)的電抗值和試驗(yàn)頻率，使整個系統(tǒng)處于諧振狀態(tài)，而改變系統(tǒng)的頻率是最便捷也是最有效的方法。此時系統(tǒng)的整個電路阻抗為純電阻，即為阻性電路，電壓和電流同相位，試驗(yàn)回路中被試電氣設(shè)備和引線、分壓器上的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[3]。被試電氣設(shè)備的電容量為C，電感為L，則諧振頻率為

f0=1/（2*π*√LC） ①。

原理接線圖如圖1所示。

其中：VF：變頻電源；T：勵磁變壓器；MOA：避雷器（與勵磁變壓器做成一體）；L：電抗器組合；CF：電容分壓器 Cx：被試電氣設(shè)備

四 案例詳述及分析

2013年4月1日在長治市110kV文王山站35kV潞寶興海Ⅱ回電纜進(jìn)線交接耐壓試驗(yàn)，該間隔為兩條并聯(lián)使用的三芯電纜，截面積為300mm2，單根電纜長度為1.3km。兩條電纜并聯(lián)起來的電容量為：C=2*0.19μF/km *1.3km =0.494μF ②，單節(jié)電抗器的電感值為52.5H，額定容量為55kVA，額定電壓為26kV。將電抗器兩串四并后，考慮到電抗器之間的互感系數(shù)，則系統(tǒng)總電感值為L=52.5*2*1.2/4=31.5H ③

根據(jù)頻率公式①，有系統(tǒng)諧振時f0=41.5HZ。于是，一次電流I=2π·f·C·U=6.7A，考慮到電抗器和勵磁變的電阻損耗以及引線和其他電暈損耗，實(shí)際的一次電流達(dá)到8A。

電纜的A相耐壓時，電抗器置于車廂的鐵板上。電抗器兩串四并，考慮到電抗器間的互感關(guān)系，兩節(jié)串聯(lián)電抗器的電感就增加了一倍多，每兩件電抗器就形成了一個通電密繞螺旋管，雖然沒兩節(jié)電抗器距鐵板大概有10cm的空氣間隙，加上1cm的絕緣膠墊，構(gòu)成了較大的空氣漏磁通，但由于下面的地槽是鐵板制成，鐵的導(dǎo)磁率遠(yuǎn)大于空氣，在鐵板和電抗器間形成了一個較強(qiáng)的磁場，于是鐵板上形成了較大的渦流，功率損耗就非常巨大。發(fā)現(xiàn)該問題后，把電抗器移到地面上做B、C相的試驗(yàn)，儀表盤上的功率損耗降為原來的1/2。這樣大的渦流功率損耗為熱功率損耗，熱功率損耗為有功損耗，是串聯(lián)諧振耐壓過程中不可補(bǔ)償?shù)膿p耗，使得變頻串聯(lián)諧振系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)大大降低，另一方面，電纜耐壓時間很長，為60分鐘，熱功率損耗必然導(dǎo)致電抗器溫度上升，電抗器本身的電阻損耗也隨之增大，品質(zhì)因數(shù)就會進(jìn)一步降低，對該系統(tǒng)的長時運(yùn)行有著不可估量的損害和能源浪費(fèi)，最終可能導(dǎo)致系統(tǒng)一次電流，即電抗器電流大幅度增加而不得不降低試驗(yàn)電壓，從而無法進(jìn)行完整的耐壓試驗(yàn)。

五 結(jié)語

對于長距離大電容量的電纜交接耐壓試驗(yàn)，工頻耐壓由于試驗(yàn)變壓器容量太大，且電源容量也非常大，這在現(xiàn)場均難以滿足或非常不便，推薦使用變頻串聯(lián)諧振系統(tǒng)進(jìn)行諧振耐壓試驗(yàn)，但是試驗(yàn)方法不當(dāng)造成的渦流損耗必須極為重視。否則，輕則造成能源不必要的浪費(fèi)，重則影響到品質(zhì)因數(shù)降低，試驗(yàn)電壓達(dá)不到規(guī)定值，無法順利的完成耐壓試驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

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[3] 李中勝。串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)中電抗器的組配驗(yàn)算[J]。湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（2）：4-6。