FCX串聯(lián)變頻諧振成套試驗(yàn)裝置

一、應(yīng)用范圍

串聯(lián)變頻諧振成套試驗(yàn)裝置是運(yùn)用串聯(lián)諧振的原理，利用勵(lì)磁變壓器激發(fā)串聯(lián)諧振回路，通過(guò)調(diào)節(jié)變頻控制器的輸出頻率，使得回路中的電抗器電感L和試品電容C發(fā)生串聯(lián)諧振，諧振電壓即為試品上所加電壓。變頻諧振試驗(yàn)裝置廣泛用于電力、冶金、石油、化工等行業(yè)，適用于大容量、高電壓的電容性試品的交接和預(yù)防性試驗(yàn)。

適用于10KV、35KV、110KV、220KV、500KV交聯(lián)聚乙烯電力電纜交流耐壓試驗(yàn)

適用于66KV、110KV、220KV、500KV、GIS交流耐壓試驗(yàn)

適用于大型發(fā)電機(jī)組、電力變壓器工頻耐壓

適用于電力變壓器的感應(yīng)耐壓試驗(yàn)

二、主要性能指標(biāo)及特點(diǎn)

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(cè)量精度：1級(jí)

（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(guò)電壓、過(guò)電流、試品閃絡(luò)等全自動(dòng)保護(hù)

2．2主要特點(diǎn)

2．2．1體積小、重量輕，適合于現(xiàn)場(chǎng)使用

變頻控制器集調(diào)壓、調(diào)頻、控制及保護(hù)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的制約。當(dāng)電壓等級(jí)較高時(shí)，電抗器采用多級(jí)或疊積式結(jié)構(gòu)，便于運(yùn)用輸及現(xiàn)場(chǎng)安裝。

2．2．2安裝可靠性高

變頻裝置采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想、高品質(zhì)的IGBT及驅(qū)動(dòng)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(guò)電流、過(guò)電壓（保護(hù)值可根據(jù)需要人為整定）以及放電保護(hù)功能，可保護(hù)設(shè)備及人身的安全；當(dāng)試品放電或擊穿時(shí)，由于諧振條件被破壞，短路電流小，只有試品試驗(yàn)電流的1/Q，避免了因擊穿對(duì)試品造成的損壞。

2．2．3試驗(yàn)的等效性好

采用接近工頻（30HZ-300HZ）的交流電壓作為試驗(yàn)電源，無(wú)論是在等效性和*性上都與50HZ/60HA的工頻電源非常接近，保證了試驗(yàn)結(jié)果的可靠性和真實(shí)性。

FCX串聯(lián)變頻諧振成套試驗(yàn)裝置

三、工作原理及系統(tǒng)配置

3．1工作原理

                     VF          T1      L1         L2

輸入：380V，                                                  C1         Cx

三相或220V、

單相（10KW                                            C2   

及以下）

                               峰值測(cè)量

圖一、變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)成套裝置原理簡(jiǎn)圖

VF：變頻控制器           T1：勵(lì)磁變壓器

L1、L2：高壓電抗器       C1、C2：高壓分壓器高、低壓臂

Cx：試品

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(guò)變頻控制器VF提供電源，試驗(yàn)電壓由勵(lì)磁變壓器T1經(jīng)過(guò)初步升壓后，使高電壓加在高壓電抗器L和試品Cx上，通過(guò)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(dá)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(lèi)：20kW及以上為控制臺(tái)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(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、放電保護(hù)、進(jìn)線保護(hù)等可靠的保護(hù)功能，保證試驗(yàn)人員和試品的安全。

   IGBT保護(hù)：當(dāng)IGBT電流過(guò)大或過(guò)熱時(shí)，CPU將停止工作，直到系統(tǒng)恢復(fù)正常。

   過(guò)壓保護(hù)：是指當(dāng)試驗(yàn)電壓超過(guò)人為整定的保護(hù)電壓（保護(hù)電壓可根據(jù)不同試驗(yàn)電壓需要任意設(shè)定）時(shí)，控制器自動(dòng)跳閘，CPU停止工作，并提示系統(tǒng)發(fā)生過(guò)壓保護(hù)。

   過(guò)流保護(hù)：是當(dāng)CPU檢測(cè)到母線工作電流超過(guò)IGBT工作電流或IGBT溫度過(guò)高時(shí)，CPU會(huì)發(fā)生過(guò)流保護(hù)信號(hào)，裝置停止工作，并通過(guò)液晶屏提示系統(tǒng)發(fā)生過(guò)流保護(hù)。

   放電保護(hù)：當(dāng)試器擊穿、短路或試品放電時(shí)，CPU停止工作，并切斷主回路。

進(jìn)線保護(hù)、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(shí)）電流的破壞減小，從而保證設(shè)備和人身的安全。

測(cè)量部分：試驗(yàn)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(hào)。

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(lì)磁變壓器

勵(lì)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(yàn)電壓，滿足電抗器、負(fù)載在一不定期品質(zhì)因數(shù)下試驗(yàn)電壓的要求（勵(lì)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(jí)、不同容量試品的試驗(yàn)要求，勵(lì)磁變壓器高壓繞組一般有多個(gè)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(shí)，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(cè)試器件，它由高壓臂C1和低壓臂C2組成，測(cè)量信號(hào)從低壓臂C2上引出，作為高壓電測(cè)量和保護(hù)信號(hào)。

3．3決定系統(tǒng)配置參數(shù)的因素

   系統(tǒng)諧振電壓等級(jí)和容量取決于試品的電容量C，試驗(yàn)電壓U試驗(yàn)頻率f。

1）對(duì)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(jí)、電纜的截面積、試驗(yàn)電纜的長(zhǎng)度及電纜要求的諧振頻率范圍。

2）對(duì)于GIS決定系統(tǒng)配置的因素為：GIS的電壓等級(jí)、GIS的間隔數(shù)和每個(gè)間隔的電容量C，GIS允許的試驗(yàn)頻率范圍。

3）對(duì)于變壓器、發(fā)電機(jī)等設(shè)備，系統(tǒng)的配置取決于試品的容量試驗(yàn)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。

FCX串聯(lián)變頻諧振成套試驗(yàn)裝置

四、型號(hào)說(shuō)明

4．1系統(tǒng)型號(hào)說(shuō)明

FKT  ——           /

                                                    額定電壓（KV）

                                                    額定容量（KVA）

                                                    諧振

                                                    串聯(lián)

                                                上海菲柯特

4．2變頻控制器型號(hào)說(shuō)明

RX                  ——  2858

                                設(shè)計(jì)序號(hào)

                                串聯(lián)諧振系統(tǒng)

                                上海菲柯特

4．3勵(lì)磁變壓器型號(hào)說(shuō)明

Z    B      ——           /

                                         額定電壓（KV）

                                         額定容量（KVA）

                                         試驗(yàn)變壓器

                                         中間勵(lì)磁

4．4試驗(yàn)電抗器型號(hào)說(shuō)明

X    K（W） ——          /

                                          額定電壓（KV）

                                          額定容量（KVar）

                                          無(wú)局放

                                          電抗器

                                          諧振

4．5分壓器型號(hào)說(shuō)明

T    A （W） F

                                            額定電壓（kV）

                                            標(biāo)稱(chēng)電容（pF）

                                            分壓器

                                            無(wú)局放電

                                            交流

                                            絕緣筒式

五、試驗(yàn)接線及操作步驟

本套試驗(yàn)裝置測(cè)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(yàn)

交聯(lián)聚乙烯電纜《XLPE》屬于固體絕緣電纜，是經(jīng)過(guò)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(guó)自七十年代以來(lái)，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zui大的特點(diǎn)就是容量大，若是采用工頻或接近工頻的交流電壓試驗(yàn)作為擠包絕緣電纜線路竣工試驗(yàn)存在的zui大困難是長(zhǎng)線路需要很大容量的試驗(yàn)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(zhǎng)3Km，則每相電纜試驗(yàn)需要50Hz試驗(yàn)設(shè)備的容量至少為2.9MVA（試驗(yàn)電壓178KV試驗(yàn)電流30A），因此，采用傳統(tǒng)的試驗(yàn)變壓器的試驗(yàn)方法已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)試驗(yàn)容量的要求，變頻諧振試驗(yàn)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(zhǎng)距離電纜的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成為可能；同時(shí)利用試驗(yàn)頻率允許在一定范圍內(nèi)（30-300Hz）可調(diào)和試驗(yàn)電抗器固定可調(diào)（單一電抗器電感是不可調(diào)的，但通過(guò)串并lian，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(yàn)的接線圖如下：

橡膠電纜的變頻交流耐壓試驗(yàn)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(yàn)

GIS是一種把斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、電壓互感器、電流互感器、測(cè)量?jī)x表組合在一起，并以SF6氣體絕緣的組合電器，一般由1-7個(gè)間隔組成，電容量一般在10000PF以下。

根據(jù)IEC517（補(bǔ)充）的標(biāo)準(zhǔn)，GIS試驗(yàn)電壓的頻率范圍應(yīng)在10-300Hz，與國(guó)標(biāo)GB7674-1997等效。

我國(guó)“城網(wǎng)氣體絕緣變電站若干技術(shù)問(wèn)題的暫行規(guī)定”對(duì)GIS的現(xiàn)場(chǎng)工頻耐壓值作了規(guī)定，取不超過(guò)出廠試驗(yàn)電壓的90%。IEC517標(biāo)準(zhǔn)建議的試驗(yàn)電壓為出廠試驗(yàn)電壓的80%，并要求試驗(yàn)頻率限制在10-300Hz范圍之內(nèi)。

GIS的交流耐壓試驗(yàn)接線圖如下：

GIS交流耐壓試驗(yàn)接線圖

5．3大型變壓器的交流耐壓試驗(yàn)（外施工頻交流耐壓及感應(yīng)耐壓試驗(yàn)）

變壓器應(yīng)該進(jìn)行外施耐壓試驗(yàn)。它是考驗(yàn)產(chǎn)品主絕緣電氣強(qiáng)度的zui基本的絕緣試驗(yàn)，是發(fā)現(xiàn)主絕緣是否合理，絕緣材料是無(wú)缺陷和制造工藝是否符合要求的重要手段之一，對(duì)試驗(yàn)頻率一般要求在工頻，即45-65Hz。

采用變頻諧振的方式，通過(guò)補(bǔ)償電容器使諧振頻率控制在45-65Hz之內(nèi)，由于回路諧振時(shí)Q值高，這樣可大大減小試驗(yàn)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(yàn)接線如下圖所示：

感應(yīng)耐壓的倍數(shù)，對(duì)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(yàn)證明感應(yīng)耐壓試驗(yàn)的頻率一般為150-200Hz為宜。

5．4大型發(fā)電機(jī)組的交流耐壓試驗(yàn)

根據(jù)國(guó)家和地方電力部門(mén)的規(guī)定發(fā)電機(jī)在制造、安裝、檢修和運(yùn)行以及預(yù)防性試驗(yàn)中都應(yīng)進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)電壓和工作電壓的波形、頻率*，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(yàn)電壓一般為0.75（2Un+3000）或1.5Un，頻率要求為工頻。

采用RX變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)成套裝置再配上合適的補(bǔ)償電容器在頻率和容量上都可以很地滿足發(fā)電機(jī)的交流耐壓要求。

試驗(yàn)接線如下圖：

發(fā)電機(jī)的交流耐壓接線示意圖

5．5其它試品的交流耐壓試驗(yàn)

   互感器、套管等設(shè)備在作耐壓試驗(yàn)時(shí)，都相當(dāng)于一電容，利用電抗器和補(bǔ)償電容器也可以使系統(tǒng)在50Hz附近發(fā)生諧振，達(dá)到工頻絕緣試驗(yàn)的目的。

   說(shuō)明：交流耐壓試驗(yàn)方案請(qǐng)參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程或本公司《RX變頻串聯(lián)諧振成套試驗(yàn)裝置資料匯編》。

FCX串聯(lián)變頻諧振成套試驗(yàn)裝置

六、試驗(yàn)操作步驟及注意事項(xiàng)

6．1試驗(yàn)操作步驟

1.根據(jù)各種試品接線方法，保證各點(diǎn)的接觸良好，保證一點(diǎn)接地，且接地點(diǎn)距分壓器zui近。

2.確保連接無(wú)誤后接通電源。

3.打開(kāi)主機(jī)電源開(kāi)關(guān)會(huì)顯示主菜單

4.將光標(biāo)移至：試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置；按確認(rèn)鍵。進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)的修改，用上下左右

和確認(rèn)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(rèn)鍵。進(jìn)行時(shí)間參數(shù)的修改，用上下左右和確認(rèn)鍵執(zhí)行。

6. 將光標(biāo)移至：進(jìn)入試驗(yàn)：按確認(rèn)鍵。

7. 此時(shí)接上IGBT的輸入電壓選擇試驗(yàn)方法，進(jìn)行試品的試驗(yàn)，用確認(rèn)鍵執(zhí)行。

8. 選擇手動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，首先進(jìn)行的是找到試品諧振點(diǎn)，用上下鍵進(jìn)行，使試驗(yàn)電壓在zui高點(diǎn)；在完成了此項(xiàng)操作后請(qǐng)按面板調(diào)壓鍵用左右鍵移位，上鍵增加激勵(lì)功率當(dāng)接近試驗(yàn)電壓后用右移鍵將光標(biāo)移至小數(shù)點(diǎn)后慢慢增加功率防止試品擊穿，到額定電壓后主機(jī)開(kāi)始自動(dòng)計(jì)時(shí)至設(shè)定時(shí)間退出試驗(yàn)。選擇自動(dòng)試驗(yàn)時(shí)只要按了確認(rèn)鍵就不要這些操作了。

9.進(jìn)入試驗(yàn)前注意試品的安全距離，確保人生安全。

10.主菜單的測(cè)試操作項(xiàng)請(qǐng)你不要任意改動(dòng)應(yīng)將這兩個(gè)系數(shù)記到說(shuō)明書(shū)中，防止丟失。

6.2注意事項(xiàng)

1. 在給整機(jī)加電以前,一定要仔細(xì)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(diǎn)接地，從面板上引出（接地線用裸銅線）。

2．試驗(yàn)時(shí)，電抗器不可置于鐵板或銅板等導(dǎo)電材料上。

3．試驗(yàn)升壓之前需要整定過(guò)電壓保護(hù)值，以防止試驗(yàn)過(guò)程中意外分閘。

4．當(dāng)變頻控制器提示過(guò)電壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)或放電保護(hù)時(shí)，請(qǐng)退出試驗(yàn)，重新整定電壓電流保護(hù)值，再進(jìn)入試驗(yàn)。

七、常見(jiàn)故障及分析

1．主機(jī)找不到諧振點(diǎn)。

原因：系統(tǒng)諧振點(diǎn)在主機(jī)的輸出頻率范圍之外；系統(tǒng)接線錯(cuò)誤；

系統(tǒng)未可靠接地；高壓采樣反饋信號(hào)開(kāi)路或連接不可靠；試品有故障。

2．主機(jī)復(fù)位。

原因：主機(jī)供電電源波動(dòng)；外界強(qiáng)磁場(chǎng)干擾；主機(jī)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(chǎng)屏蔽范圍內(nèi)。

4．電源跳閘。

原因：諧振系統(tǒng)回路短路。

說(shuō)明：以上故障原因僅供參考。

注意：

請(qǐng)勿擅自打開(kāi)箱體，拆卸或更換元器件，如有質(zhì)量問(wèn)題，請(qǐng)與本公司。

八、維護(hù)

8．1日常維護(hù)

對(duì)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(jiān)固。不使用時(shí)，應(yīng)存放于干燥、清潔場(chǎng)地，防止雨水、灰塵進(jìn)入裝置內(nèi)部。

8．2運(yùn)輸

運(yùn)輸時(shí)請(qǐng)確保各裝置固定，不松動(dòng)，適當(dāng)加以緩震保護(hù)。搬運(yùn)時(shí)，輕拿輕放，請(qǐng)勿拋摔！

質(zhì)保期內(nèi)，若因本公司產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題不能正常使用，本公司將無(wú)償，終身維修。

九、隨機(jī)文件

1、RX2858變頻串聯(lián)諧振成套試驗(yàn)裝置使用說(shuō)明書(shū)      1份

2、保修卡/合格證                                   1份

十、附錄一：部分設(shè)備（試品）的電容值：

交聯(lián)聚乙烯電纜每公里電容量

60KV級(jí)全絕緣變壓器的電容（PF）

110KV中性點(diǎn)分級(jí)絕緣變壓器的電容（PF）

220KV級(jí)中性點(diǎn)非全級(jí)絕緣部分變壓器的電容（PF）

部分發(fā)電機(jī)的電容值

十、附錄二：部分設(shè)備試驗(yàn)電壓標(biāo)準(zhǔn)：

電纜30-75Hz的交流耐壓試驗(yàn)電壓

變壓器的交流耐壓試驗(yàn)電壓標(biāo)準(zhǔn)

發(fā)電機(jī)定子繞組交流耐壓試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)