串联谐振机

一、YD2000系类串联谐振机主要功能及技术特点

  YD2000系类串联谐振机*由公司自主研发，采用了基于DSP平台技术的SPWM控制，集调压、调频、控制及保护于一身，输出波形失真小，频率稳定，具有良好的过流、过压、过热、放电保护等功能，可广泛适用于发电机、电力变压器、GIS、交联高压电缆、高压开关、互感器等电力设备的交流耐压试验。

1．装置具有过压、过流、零位启动、系统失谐（闪络）等保护功能，过压过流保护值可以根据用户需要进行整定。

2．整个装置单件重量很轻，便于现场使用。

3．具有自动和手动两种工作模式，方便用户根据现场情况灵活选择，提高试验速度。手动模式可使用电位器进行升压，使用尤其方便。

4．能存储和异地打印数据。

5． 采用工业触摸屏进行控制，人机界面好，操作方便，触摸屏可显示扫频曲线，方便使用者直观了解是否找到谐振点。

二、系统整体技术指标

1．工作温度：-10℃～45℃；

2．工作湿度：≤85%；

3．海拔：≤1000m；

4．供电电源电压：三相AC380V±10%(或单相AC220V±10%)，50Hz；

注：当实际输出电流大于15A时，建议使用三相AC380V电源供电

5．电源大功率：10kW(三相AC380V电源供电时)；

6．大试验容量：300kVA；

7．工作频率范围：20~300Hz；

8．调频步进频率：0.1Hz；

9．调频不稳定度：<0.05%；

10．谐振电压波形：正弦波，畸变率<1%；

11．系统测量精度：1.0级；

三、 主要相关标准

1.《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》                 GB50150-2006

2.《高压谐振试验装置》                         DL/T 849.6-2004

3.《高压试验装置通用技术条件 第2部分：工频高压试验装置》  DL/T848.1-2

4.《电力设备预防性试验规程》                               DL/T T596.6-1996

5.《电抗器》                                               GB10229.88

6.《耦合电容器和电容分压器》                               IEC358(1990)

四、应用范围

  主要针对6~35kV交联电缆的交流耐压试验以及实际试验电压低于300kV的其它电力高压设备如发电机、变压器、GIS、开关、母线、套管、互感器等的交流耐压试验。

五、设备组成

装置主要由变频控制电源、励磁变压器、电抗器、电容分压器和补偿电容器组成。各部件分别介绍如下：

5.1变频控制电源

输入电压：三相AC380V或单相AC220V±10%  50Hz

大功率：10kW

输出电压频率：20～300Hz连续可调

频率步进：0.1Hz步进可调

输出波形：正弦波

频率不稳定度：≤0.05%

额定工作电流：25A

5.2励磁变压器

励磁变压器为单相干式自冷，它的主要作用是将变频电源输出的正弦波电压升压到合适的试验电压值，一般励磁变压器有多个绕组，配合电抗器使用，可满足不同电压等级、不同容量的试验要求，励磁变压器的容量与变频电源相同。

5.3电抗器

电抗器采用干式结构，可单独或任意串联、并联使用，环氧树脂绝缘筒外壳。

电抗器并联，增加电流容量，电感减小；电抗器串联，增加电压耐压等级，电感增加。实际应用时，可根据实际情况进行串、并联，以满足试验电压、电流的需要。

5.4电容分压器

环氧筒外壳，用来测量被试品(电力电缆或其它)的试验电压。

电容分压器是高电压测试设备，内部一般由两个电容C1、C2串联而成， 如图它将高电压降为几十伏的低电压输出，供测量和保护使用，如不考虑寄生电感的影响，分压比 N与频率无关，由C1、C2的电容量决定。

5.5补偿电容器

补偿电容是在小容量试品（如短电缆、变压器、GIS等）试验时，把它和试品并联，将谐振频率控制在一定的范围内（如45~65Hz），使用时，应注意电容的耐压，可选配。

5.6附件

变频电源主控器配备有引线和插头与其他设备进行连接，包括与电源的动力引线，与励磁变压器的低压引线，与分压器的测量引线，接地引线等。

5.7单套设备详细供货清单一览表：

 六、 串联谐振原理

如图右图所示，电感L与电容C串联构成串联谐振回路，R为整个回路的等效电阻。当在回路中施加一个交流电压时：

    回路的感抗：                                      

回路的容抗：                                               回路总阻抗：                              谐振原理图                             

当改变回路参数或电源频率，使感抗和容抗相等时，施加于电感上的电压U_L和电容上的电压U_C大小相等，方向相反，相互抵消，整个回路呈阻性，阻抗为小值Z = R，回路电流为大值，电容上的电压为大值，此时称为串联谐振状态。

当回路处于谐振状态时，

回路电流：                                             (2-1)

电源功率：                                             (2-2)

谐振频率：                                              (2-3)

回路品质因素：                                        (2-4)

电容上的电压：                           (2-5)

电感上的电压：                           (2-6)

电容上的功率：                           (2-7)

根据上述分析，可以得出以下几点结论：

1.串联回路的谐振条件为；

对于不同的试品电容C，调节频率f或电感L均可以使回路谐振，前者称为变频谐振系统，后者称为调感式谐振系统。

2.由式（2-5）可知，谐振时试品电容上的电压U_C等于电源输入电压U的Q倍。在工程应用中，品质因素主要由电抗器决定，约等于电抗器的感抗与直流电阻之比，一般为20~120之间，因此可以用低压电源通过谐振在试品上获得高电压。

3.由式（2-7）可知，谐振时试品电容上所产生的容量是电源提供容量的Q倍。因此可以用低容量的电源通过谐振，在试品上产生大的试验容量。其中Q为回路的品质因素。

七、现场试验的频率与容量计算

在现场试验之前，应根据不同的试验对象、规程要求和计算结果，预先确定本次试验的方案与需要携带的变频控制电源、电抗器、分压器等试验设备的规格与数量。下面将以6~35kV电缆变频串联谐振耐压试验为例，对现场试验的频率与容量如何确定与计算示例如下：

7.1串谐谐振耐压试验要考虑的因素

1．谐振频率控制范围

2．试验电缆长度（主要确定试品的电容量）

3．试验电压

4．单节电抗器的绝缘耐压、电感量、工作电流

5．变频控制电源与励磁变压器功率

6．补偿电容的电压等级与容量

其中，谐振频率控制范围、试品的电容量与试验电压在试验之前需要明确。需要通过计算明确的有：电抗器的规格与数量、变频电源与励磁变压器容量。

7.2电抗器串联节数

电抗器是否需要串联，首先应考虑试验电压，通常单节电抗器的额定电压在18~26KV，电感量一般在20~100H左右。对10kV电缆一般用单节或单节并联即可满足要求。而对35kV电缆则需要考虑采用2节或3节电抗器串联，或者2节或3节电抗器串联后再并联。

7.3谐振频率

对于长电缆尤其是截面积较大的长电缆，由于其电容量较大，根据谐振频率公式，会出现谐振频率低于下限频率的情况。此时应设法减小电感量，采用的方法是电抗器并联。

对于短电缆尤其是截面积较小的短电缆，由于其电容量较小，根据谐振频率公式，会出现谐振频率高于上限频率的情况，此时应设法增大电感量。采用的方法是电抗器串联，电抗器串联后会减小试验回路电流，减小变频控制器与励磁变压器的功率。对于更短的电缆（如50m左右），则可考虑采用并联补偿电容方法来降低谐振频率。

7.4变频控制电源与励磁变压器容量

试品上试验功率由变频控制器通过励磁变压器提供，由于谐振放大作用，变频控制器与励磁变压器输出的功率只需试品上试验功率的1/Q倍。尽管如此，当被试电缆长度较长时，要求变频控制器与励磁变压器输出功率仍比较高。通常情况下10kVA的输出容量可满足绝大部分6~35KV电缆试验要求。

7.5计算实例

例1：某交接试验，有一条YJV 8.7/10kV、截面积为300mm2、长度为1km的电缆，要求试验频率控制在45~65Hz。单节电抗器规格为：额定电压18kV，额定工作电流1.2A，电感量55H。

根据交联电缆试验规程，该等级电缆的试验电压为2U0，即17.4kV；查表得知该型号电缆1km的电容量为0.37uf ，电抗器只要选择单节不小于18KV的额定电压即可。

计算谐振频率：  

此时谐振频率已低于下限频率45Hz，因此可采用2节电抗器并联以减小电感量，并联后的电感量为27.5H，此时谐振频率为：

，该谐振频率符合控制要求。

此时回路的谐振电流为：

两只电抗器并联后的额定电流为2.4A，谐振电流为2.02A符合要求。

试品上的视在功率：

若Q值取30，变频控制电源与励磁变压器有效输出功率：

例2：某交接试验，有一条YJV 26/35kV、截面积为185mm2、长度为1km的电缆，要求试验频率控制在30~75Hz。单节电抗器规格为：额定电压18kV，额定工作电流2.0A，电感量55H。

根据交联电缆试验规程，该等级电缆的试验电压为2U0，即52kV，根据试验电压值，电抗器必须要3个单节串联（165H）；查表得知该型号电缆1km的电容量为0.163uf。

计算谐振频率：

符合控制要求。

此时回路的谐振电流为：

试品上的视在功率：

若Q值取30，变频控制电源与励磁变压器有效输出功率：

八、变频控制电源操作说明

8.1操作面板说明

仪器面板图

电源接入，接三相AC 380V±10%或单相AC 220V±10% 50Hz，当电源为380V时，接A、B、C三相，可做额定负载试验；当电源为220V时，接A、B、C任意二相，只可做1/2负载试验。

注：当变频源实际输出电流大于15A时，建议使用三相AC 380V电源供电！

• 输出

变频电源输出接至激励变压器输入。

• 电源开关

负责变频电源部分的电源供给。

• 调压电位器

手动控制模式时用于升压操作(启动前电位器必须置于“零”位)。

• 高压指示灯

变频电源启动指示。

• 复位按钮

负载失谐、变频源过热以及其它保护动作后的故障复位。

• 急停按钮

发生紧急情况的应急停止按钮。

• 分压器信号

用于接入分压器低压臂，大电压100V，输入阻抗10MΩ。

• 接地

用于系统安全接地。

• USB接口

用于接入U盘存储资料或接入鼠标代替触摸操作.

• 触摸屏

用于系统各参数、波形、菜单等的显示以及相关控制操作。

8.2仪器触摸屏操作界面说明

1．开机界面

仪器开机后，显示界面如下图所示。

2．参数设置

每次试验前必须正确设置当次试验的各种参数！点击“参数配置”后，显示界面如下图所示。

• 起始频率

选择自动调谐时的启动频率，下限频率低为20Hz，起始频率必须小于终止频率，且至少≤30Hz。

• 终止频率

选择自动调谐时的终止频率，上限频率高为300Hz，终止频率必须大于起始频率，且至少≥30Hz。

1.设置的“终止频率”必须大于“起始频率”，且至少≥30Hz。

2.当*次试验时建议采用30Hz～300Hz进行扫描。

3.当已经知道大概频率范围时，可以选定在适当的频率段扫描，以减少试验时间。

• 起始电压

自动调谐时的初始工作电压，高为100V。

1.对Q值较低的试品如发电机、电动机、架空母线，初始值设定为50～70V。

2.对Q值较高的试品如电力电缆、变压器、GIS等，初始值设定为20～50V。

• 分压比

电容分压器的变比值，根据实际值设定（出厂默认值为1000:1）。

• 试验电压

设置试验电压值。

• 试验时间

设置试验电压的耐压时间。

• 过压保护

设置试验电压的极限值，电压超过时自动终止试验，一般比试验电压高10%。

• 过流保护

设置低压输出电流的保护值。

注：在不知道实际试验电流的情况下，一般将其设置成装置额定电流。

• 闪络保护

设置击穿电压的偏差值,且当闪络后触摸屏须重新启动。

• 数字键盘

设置各功能参数的数值。

• 帮助

提供设置“试验参数”时的操作提示。

• 恢复出厂设置

将设置参数恢复到出厂设置值。

• 版本设置

厂家的出厂参数设置，用户无需设置。

2.2．帮助

点击“帮助”后，显示界面如下图所示。

点击“下页”后，显示界面如下图所示。

3．历史记录

点击“历史记录”，显示界面如下图所示。

选择相应的数据记录，可打开相应文件。插入U盘，点击“导出数据”可以把试验记录输入到U盘。打开文件界面如下图所示。

4．参数计算

若需要计算电感、电容、频率和谐振电流等参数，请点击“谐振参数计算”，显示界面如下图所示。计算谐振电流时，电容和电感只输入一个参数即可，另外一个需设为0，若电容和电感都有输入，则系统自动默认通过电容来计算谐振电流。

5．手动试验

当“试验参数”设置完成时，点击“手动试验”，进入“手动试验”界面，显示界面如下图所示。 

• 将面板上调压电位器逆时针调到底(置于“0”位)，点击“开始试验”按钮，若想自动寻找谐振点，则点击“自动调谐”按钮，扫频波形里红色代表电压曲线，绿色代表频率曲线。若不想自动找谐振点，则调节面板上调压电位器，将“U_低压电压”升到10V左右，再点击“升频”或“将频”按钮来找谐振点(频率步进值可根据实际情况来进行适当设置)。为方便读数（自动扫频时），可点击“波形放大”按钮来放大波形。波形放大界面如下所示，为方便准确读数，可点击“波形暂停”按钮来停止波形显示。

• 找到谐振点后，调节面板上调压电位器，升压至试验电压值。

• 电压升到试验电压后，点击“开始计时”按钮，系统开始计时。

• 在试验过程中，如果出现异常情况请直接点击面板上或触摸屏界面上的“紧急停机”按钮(面板上的按钮具有优先控制权)，若想终止本次试验，可点击“降压停机” 按钮来结束本次试验。

• 当“耐压倒计时”到0时，蜂鸣器鸣叫提示计时时间已到，此时可点击“降压停机”，系统自动降压，当电压降为零时试验完成。

• 若想保持本次试验数据，可点击“数据保存” 按钮来保存本次试验数据，供以后查询和打印。

• 若试验过程中出现故障保护后，再次试验时，须点击“故障复位”按钮来使设备复位，否则无法再次开始试验。

注：手动试验和自动试验界面的“U_低压电压”显示值为计算的近似值而非实际测量值，存在较大误差的可能，该值仅供参考！

6．自动试验

当“试验参数”设置完成时，点击“自动试验”，进入“自动试验”界面，显示界面如下图所示。

• 点击“开始试验”按钮，系统自动完成“找谐振点”、“升压”、“计时”、“停机”等试验过程。

• 在试验过程中，如果出现异常情况请直接点击面板上或触摸屏界面上的“紧急停机”按钮(面板上的按钮具有优先控制权)，若想终止本次试验，可点击“降压停机” 按钮来结束本次试验。

• 试验完成后，若想保持本次试验数据，可点击“数据保存” 按钮来保存本次试验数据，供以后查询和打印。

• 若试验过程中出现故障保护后，再次试验时，须点击“故障复位”按钮来使设备复位，否则无法再次开始试验。

• “自动试验”的波形放大界面与“手动试验”界面相同。

九、现场试验接线及操作

9.1试验的一般步骤

1．根据附录或其他资料计算试品电容量C。

2．根据计算受控频率的高、低限范围（如45~65Hz）时的电感量，并依据试验规程中建议的试验电压，确定电抗器、励磁变压器的数量及规格。

3．确定试品的试验接线图并连接整个试验装置。

4．在变频电源的“手动试验”或“自动试验”界面中确定试验电压、保护电压（一般为试验电压的1.1倍）、保护电流、试验时间、扫频范围等参数。

5．选择手动或自动寻找谐振点。

6．选择手动或自动试验，依据说明书操作，终完成试验。

9.2交联电缆试验

交联电缆试验连接示意图

试验要求及注意事项如下：

1．电缆屏蔽层过电压保护器应短接，并使试验电缆的金属屏蔽层与非试相导线一并接地。如果电缆头安装在杆塔上，该接地不可利用杆塔架。电缆的屏蔽层与非试相，应采用规范的接地线可靠接地，并与试验系统的接地相连接。

2．如果电缆头与GIS直接连接，试验时GIS内部的PT、避雷器需要断开。

3．变频电源主控制器的接地线必须保证没有试验电流流过。

4．高压引线不得放置在电抗器上，也不得拖地。

9.3变压器耐压试验

变压器交流耐压试验连接示意图

试验要求及注意事项：

1．试验频率通常要求在45~65Hz左右。

2．串谐系统地应与变压器外壳采用接地线连接。

3．试验项目一般可分为以下三种：

高压绕组接高压，中压绕组、低压绕组、外壳短接后接地。

中压绕组接高压，高压绕组、低压绕组、外壳短接后接地。

低压绕组接高压，高压绕组、中压绕组、外壳短接后接地。

4．被试验绕组短接后接高压，非试验绕组短接后和外壳接地, 试验设备和被试品不得有悬浮电位存在。

十、现场试验注意事项

1．本试验设备应由高压试验专业人员使用，使用前应仔细阅读使用说明书，并经反复操作训练。

2．操作人员应不少于2人。使用时应严格遵守本单位有关高压试验的安全作业规程。

3．为了保证试验的安全正确，除必须熟悉本产品说明书外，还必须严格按国家有关标准和规程进行试验操作。

4．各联接线不能接错，否则可能导致试验装置损坏。

5．整个试验系统应在分压器近距离单点接地，所有接地线应短、粗、直，接地应可靠以便尽可能减小接地感抗，在试品击穿时保护人员与设备安全。

6．电缆屏蔽层过电保护器短接，并使试验电缆的金属屏蔽层与非试相导线一并接地。如果电缆头安装在杆塔上，该接地不可利用杆塔架。电缆的屏蔽层与非试相应采用规范的接地线可靠接地并与试验系统的接地相联接。

7．如果电缆头与GIS直接连接，试验时GIS内部的PT、避雷器需要断开。

8．谐振点的扫频建议采用自动方式，本公司的自动方式扫频所得的谐振频率非常准确、可靠。而升压则尽可能选择手动方式，以防在升压过程中间被被品击穿。

十一、常用表格

11.1 交联聚乙烯电缆电容量表

11.2  35kV全绝缘变压器工频耐压等效电容量表

11.3  66kV全绝缘变压器工频耐压等效电容量表

11.4  110kV分级绝缘变压器工频耐压等效电容量表

11.6  国内部分地区(省)修订后交联电缆试验规程主要内容一览表

11.7  变压器交流耐压试验电压值一览表

注：以上试验电压值仅作参考，实际加压值按照国家或当地电力行业标准执行！

11.8  不同试品试验频率的选择

1．发电机(50Hz)，取50Hz

2．变压器(45~65Hz)，取50Hz

3．GIS、开关、母线(30~300Hz)，取45Hz

4．电力电缆(30~300Hz)，取35Hz

十二、常用试品的交流耐压试验选型及基本配置参考表

12.1 电缆谐振耐压试验选型及基本配置

12.2  其它110kV、220kV等电气设备谐振耐压试验选型及基本配置

12.3  不同发电机组的工频交流耐压试验选型及基本配置