1658變頻串聯(lián)諧振成套試驗裝置
一、KD-1658變頻串聯(lián)諧振成套試驗裝置主要性能指標(biāo)及特點
2．1主要技術(shù)指標(biāo)
（1）工作溫度范圍：-10~45℃
（2）工作濕度范圍：≤90%
（3）海拔：≤1000m
（4）供電電源電壓：380V±10%、三相或220V±10%、單相（10KW及以下）
50/60Hz
（5）供電電源容量：0-300KW
（6）額定輸出電壓：0-1000KV
（7）額定輸出容量：0-35MVA
（8）工作頻率范圍：30-300Hz（亦可根據(jù)用戶要求放寬頻率范圍）
（9）頻率調(diào)節(jié)分辨率：0.02Hz； 不穩(wěn)定度≤0.05%
（10）噪音：≤60dB
（11）系統(tǒng)測量精度：1級
（12）輸出波形：正弦波，波形畸變率≤1%
（13）電抗器Q值：30-120
（14）系統(tǒng)具有IGBT、過電壓、過電流、試品閃絡(luò)等全自動保護
2．2主要特點
2．2．1體積小、重量輕，適合于現(xiàn)場使用
變頻控制器集調(diào)壓、調(diào)頻、控制及保護功能為一體，省去了笨重的調(diào)壓器，而且操作方便、讀數(shù)直觀。由于系統(tǒng)Q值較高（30-120），有效地解決了由于電源容量的不足對現(xiàn)場試驗的制約。當(dāng)電壓等級較高時，電抗器采用多級或疊積式結(jié)構(gòu)，便于運用輸及現(xiàn)場安裝。
2．2．2安裝可靠性高
變頻裝置采用先進的設(shè)計思想、高品質(zhì)的IGBT及驅(qū)動回路使輸出波形失真度小，頻率輸出穩(wěn)定性好，具有良好的IGBT、過電流、過電壓（保護值可根據(jù)需要人為整定）以及放電保護功能，可保護設(shè)備及人身的**；當(dāng)試品放電或擊穿時，由于諧振條件被破壞，短路電流小，只有試品試驗電流的1/Q，避免了因擊穿對試品造成的損壞。
2．2．3試驗的等效性好
采用接近工頻（30HZ-300HZ）的交流電壓作為試驗電源，無論是在等效性和一致性上都與50HZ/60HA的工頻電源非常接近，保證了試驗結(jié)果的可靠性和真實性。
二、KD-1658變頻串聯(lián)諧振成套試驗裝置工作原理及系統(tǒng)配置
3．1工作原理
高壓電抗器L1、L2可并、可串接使用，以保證回路在適當(dāng)?shù)念l率下諧振。通過變頻控制器VF提供電源，試驗電壓由勵磁變壓器T1經(jīng)過初步升壓后，使高電壓加在高壓電抗器L和試品Cx上，通過改變變頻控器的輸出頻率，使回路處于串聯(lián)諧振狀態(tài)；調(diào)節(jié)變頻電源的輸出電壓幅度值，使試品上的高壓達到合適的電壓值。
回路的諧振頻率取決于與被試品串聯(lián)的電抗器的電感L和試品的電容Cx，諧振頻率f=1/（2π√LCx ）。
3．2系統(tǒng)配置
3．2．1變頻控制器
變頻控制器從結(jié)構(gòu)上分為兩大類：20kW及以上為控制臺式，20kW以下為便攜箱式；它是由控制器和濾波器組成。在系統(tǒng)中變頻控制器的主要作用是把幅值和頻率固定的工頻380V或220V的正弦交流電轉(zhuǎn)變成為幅值和頻率可調(diào)的正弦波，并為整套設(shè)備提供電源。
變頻控制器具有IGBT保護、過流保護、過壓保護、放電保護、進線保護等可靠的保護功能，保證試驗人員和試品的**。
IGBT保護：當(dāng)IGBT電流過大或過熱時，CPU將停止工作，直到系統(tǒng)恢復(fù)正常。
過壓保護：是指當(dāng)試驗電壓超過人為整定的保護電壓（保護電壓可根據(jù)不同試驗電壓需要任意設(shè)定）時，控制器自動跳閘，CPU停止工作，并提示系統(tǒng)發(fā)生過壓保護。
過流保護：是當(dāng)CPU檢測到母線工作電流超過IGBT工作電流或IGBT溫度過高時，CPU會發(fā)生過流保護信號，裝置停止工作，并通過液晶屏提示系統(tǒng)發(fā)生過流保護。
放電保護：當(dāng)試器擊穿、短路或試品放電時，CPU停止工作，并切斷主回路。
進線保護、低通濾波器：不僅可以在穩(wěn)態(tài)下使放電或擊穿電流小，而且使暫態(tài)（瞬時）電流的破壞減小，從而保證設(shè)備和人身的**。
測量部分：試驗人員可直接從變頻控制器控制面板上讀取輸入電壓、電流、當(dāng)前工作頻率、變頻控制器輸出電壓、電流及試品上所加諧振電壓信號。
參數(shù)
額定輸入：380V、三相或220V、單相50Hz/60Hz
額定輸出：0~400V或0~220V
頻率分辨率：0.02Hz
輸出波形：正弦波
輸出頻率：20-400Hz
額定容量：5KW、10KW、20KW、50KW、100KW、200KW、300KW、（其中5KW、10KW可采用單相電源供電）。
3．2．2勵磁變壓器
勵磁變壓器的作用是將變頻電源的輸出電壓升到合適的試驗電壓，滿足電抗器、負載在一不定期品質(zhì)因數(shù)下試驗電壓的要求（勵磁變壓器的容量一般與變頻控制器相同）。為了滿足不同電壓等級、不同容量試品的試驗要求，勵磁變壓器高壓繞組一般有多個抽頭。
3．2．3高壓電抗器
高壓電抗器L是諧振回路的重要部件，當(dāng)電源頻率等于1/（2π√LCx ）時，它與被試品Cx發(fā)生串聯(lián)諧振；電抗器的性能直接影響到系統(tǒng)Q值的大小。
3．2．4高壓分壓器
高壓分壓器是高電壓測試器件，它由高壓臂C1和低壓臂C2組成，測量信號從低壓臂C2上引出，作為高壓電測量和保護信號。
3．3決定系統(tǒng)配置參數(shù)的因素
系統(tǒng)諧振電壓等級和容量取決于試品的電容量C，試驗電壓U試驗頻率f。
1）對于交聯(lián)聚乙烯電纜決定系統(tǒng)配置的主要是：電纜的電壓等級、電纜的截面積、試驗電纜的長度及電纜要求的諧振頻率范圍。
2）對于GIS決定系統(tǒng)配置的因素為：GIS的電壓等級、GIS的間隔數(shù)和每個間隔的電容量C，GIS允許的試驗頻率范圍。
3）對于變壓器、發(fā)電機等設(shè)備，系統(tǒng)的配置取決于試品的容量試驗電壓、試品的等效電容量C、要求的諧振頻率和試品的空載損耗的大小。
四、型號說明
4．1系統(tǒng)型號說明
JL C X —— /
額定電壓（KV）
額定容量（KVA）
諧振
串聯(lián)
寶應(yīng)華立
4．2變頻控制器型號說明
JL CX —— 1006
設(shè)計序號
串聯(lián)諧振系統(tǒng)
寶應(yīng)華立
4．3勵磁變壓器型號說明
Z B —— /
額定電壓（KV）
額定容量（KVA）
試驗變壓器
中間勵磁
4．4試驗電抗器型號說明
X K（W） —— /
額定電壓（KV）
額定容量（KVar）
無局放
電抗器
諧振
4．5分壓器型號說明
T A （W） F
額定電壓（kV）
標(biāo)稱電容（pF）
分壓器
無局放電
交流
絕緣筒式
五、試驗接線及操作步驟
本套試驗裝置測量各種被試品的接線示意圖
5．1交聯(lián)聚乙烯電纜《XLPE》的交流耐壓試驗
交聯(lián)聚乙烯電纜《XLPE》屬于固體絕緣電纜，是經(jīng)過特殊的物理、化學(xué)方法交聯(lián)而成，具有良好的電氣及物理性能，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。我國自七十年代以來，交聯(lián)聚乙烯電纜也得到了迅速的發(fā)展，并逐步取代了常規(guī)中低壓油紙絕緣電纜，而且110KV、220KV等高壓電纜也在逐步推廣。
交聯(lián)聚乙烯電纜它*大的特點就是容量大，若是采用工頻或接近工頻的交流電壓試驗作為擠包絕緣電纜線路竣工試驗存在的*大困難是長線路需要很大容量的試驗設(shè)備：例如630平方毫米220KVXLPF電纜線路，電容量為0.188uF/Km，若電纜長3Km，則每相電纜試驗需要50Hz試驗設(shè)備的容量至少為2.9MVA（試驗電壓178KV試驗電流30A），因此，采用傳統(tǒng)的試驗變壓器的試驗方法已經(jīng)遠遠不能滿足現(xiàn)場系統(tǒng)試驗容量的要求，變頻諧振試驗裝置利用變頻諧振的原理，使電源容量減少為試品容量的1/Q，設(shè)備的重量大大降低，使得高電壓、長距離電纜的現(xiàn)場試驗成為可能；同時利用試驗頻率允許在一定范圍內(nèi)（30-300Hz）可調(diào)和試驗電抗器固定可調(diào)（單一電抗器電感是不可調(diào)的，但通過串并聯(lián)，總電感可調(diào)）的原理，使得系統(tǒng)的柔性大大增加。
電纜試驗的接線圖如下：
橡膠電纜的變頻交流耐壓試驗接線示意圖
5．2 GIS（氣體絕緣金屬封閉組合電器）的交流耐壓試驗
GIS是一種把斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、電壓互感器、電流互感器、測量儀表組合在一起，并以SF6氣體絕緣的組合電器，一般由1-7個間隔組成，電容量一般在10000PF以下。
根據(jù)IEC517（補充）的標(biāo)準(zhǔn)，GIS試驗電壓的頻率范圍應(yīng)在10-300Hz，與國標(biāo)GB7674-1997等效。
我國“城網(wǎng)氣體絕緣變電站若干技術(shù)問題的暫行規(guī)定”對GIS的現(xiàn)場工頻耐壓值作了規(guī)定，取不超過出廠試驗電壓的90%。IEC517標(biāo)準(zhǔn)建議的試驗電壓為出廠試驗電壓的80%，并要求試驗頻率限制在10-300Hz范圍之內(nèi)。
GIS的交流耐壓試驗接線圖如下：
GIS交流耐壓試驗接線圖
5．3大型變壓器的交流耐壓試驗（外施工頻交流耐壓及感應(yīng)耐壓試驗）
變壓器應(yīng)該進行外施耐壓試驗。它是考驗產(chǎn)品主絕緣電氣強度的*基本的絕緣試驗，是發(fā)現(xiàn)主絕緣是否合理，絕緣材料是無缺陷和制造工藝是否符合要求的重要手段之一，對試驗頻率一般要求在工頻，即45-65Hz。
采用變頻諧振的方式，通過補償電容器使諧振頻率控制在45-65Hz之內(nèi)，由于回路諧振時Q值高，這樣可大大減小試驗電源的容量，并且頻率可調(diào)，也增大了設(shè)備的應(yīng)用范圍，試驗接線如下圖所示：
感應(yīng)耐壓的倍數(shù)，對于電力變壓器一般采用額定電壓的兩倍，為了不使鐵心中磁通飽和，應(yīng)使用兩倍以上額定頻率的電源裝置。一般規(guī)定頻率應(yīng)在100-400Hz范圍內(nèi)，但經(jīng)驗證明感應(yīng)耐壓試驗的頻率一般為150-200Hz為宜。
5．4大型發(fā)電機組的交流耐壓試驗
根據(jù)國家和地方電力部門的規(guī)定發(fā)電機在制造、安裝、檢修和運行以及預(yù)防性試驗中都應(yīng)進行交流耐壓試驗，試驗時試驗電壓和工作電壓的波形、頻率一致，作用于絕緣內(nèi)部的電壓分布及擊穿性能能夠適應(yīng)發(fā)電同的工作狀態(tài)，試驗電壓一般為0.75（2Un+3000）或1.5Un，頻率要求為工頻。
采用PY1006變頻串聯(lián)諧振試驗成套裝置再配上合適的補償電容器在頻率和容量上都可以很地滿足發(fā)電機的交流耐壓要求。
試驗接線如下圖：
發(fā)電機的交流耐壓接線示意圖
5．5其它試品的交流耐壓試驗
互感器、套管等設(shè)備在作耐壓試驗時，都相當(dāng)于一電容，利用電抗器和補償電容器也可以使系統(tǒng)在50Hz附近發(fā)生諧振，達到工頻絕緣試驗的目的。
說明：交流耐壓試驗方案請參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程或本公司《YHCX變頻串聯(lián)諧振成套試驗裝置資料匯編》。
六、試驗操作步驟及注意事項
6．1試驗操作步驟
1.根據(jù)各種試品接線方法，保證各點的接觸良好，保證一點接地，且接地點距分壓器*近。
2.確保連接無誤后接通電源。
3.打開主機電源開關(guān)會顯示主菜單
4.將光標(biāo)移至：試驗參數(shù)設(shè)置；按確認鍵。進行各項參數(shù)的修改，用上下左右
和確認鍵執(zhí)行。
然后返回主菜單。
5. 將光標(biāo)移至：系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置：按確認鍵。進行時間參數(shù)的修改，用上下左右和確認鍵執(zhí)行。
6. 將光標(biāo)移至：進入試驗：按確認鍵。
7. 此時接上IGBT的輸入電壓選擇試驗方法，進行試品的試驗，用確認鍵執(zhí)行。
8.
選擇手動試驗時，首先進行的是找到試品諧振點，用上下鍵進行，使試驗電壓在*高點；在完成了此項操作后請按面板調(diào)壓鍵用左右鍵移位，上鍵增加激勵功率當(dāng)接近試驗電壓后用右移鍵將光標(biāo)移至小數(shù)點后慢慢增加功率防止試品擊穿，到額定電壓后主機開始自動計時至設(shè)定時間退出試驗。選擇自動試驗時只要按了確認鍵就不要這些操作了。
9.進入試驗前注意試品的**距離，確保人生**。
10.主菜單的測試操作項請你不要任意改動應(yīng)將這兩個系數(shù)記到說明書中，防止丟失。
6.2注意事項
1. 在給整機加電以前,一定要仔細檢查各輸入輸出接線是否正確和牢固.接地是否可靠,接地線采用一點接地，從面板上引出（接地線*好用裸銅線）。
2．試驗時，電抗器不可置于鐵板或銅板等導(dǎo)電材料上。
3．試驗升壓之前需要整定過電壓保護值，以防止試驗過程中意外分閘。
4．當(dāng)變頻控制器提示過電壓保護、過流保護或放電保護時，請退出試驗，重新整定電壓電流保護值，再進入試驗。
七、常見故障及分析
1．主機找不到諧振點。
原因：系統(tǒng)諧振點在主機的輸出頻率范圍之外；系統(tǒng)接線錯誤；
系統(tǒng)未可靠接地；高壓采樣反饋信號開路或連接不可靠；試品有故障。
2．主機復(fù)位。
原因：主機供電電源波動；外界強磁場干擾；主機未可靠接地；
3．Ｑ值偏低，即電壓升不上去，或升不高。
原因：試品放電泄漏；
電抗器磁路受干擾，例如電抗器被放置在磁場屏蔽范圍內(nèi)。
4．電源跳閘。
原因：諧振系統(tǒng)回路短路。
說明：以上故障原因僅供參考。
注意：
請勿擅自打開箱體，拆卸或更換元器件，如有質(zhì)量問題，請與本公司聯(lián)系。
八、維護
8．1日常維護
對于串聯(lián)諧振成套裝置各部件，應(yīng)定期檢查，確保結(jié)構(gòu)堅固。不使用時，應(yīng)存放于干燥、清潔場地，防止雨水、灰塵進入裝置內(nèi)部。
8．2運輸
運輸時請確保各裝置固定，不松動，適當(dāng)加以緩震保護。搬運時，輕拿輕放，請勿拋摔！
質(zhì)保期內(nèi)，若因本公司產(chǎn)品質(zhì)量問題不能正常使用，本公司將無償****，終身維修。
九、隨機文件
1、變頻串聯(lián)諧振成套試驗裝置使用說明書 1份
