第一章 概述

該裝置主要針對交聯電纜、水力發電機、主變、母線、GIS等的交流耐壓試驗，具有較寬的適用范圍，是地、市、縣級高壓試驗部門及電力安裝、修試工程單位理想的耐壓設備。

該裝置主要由變頻控制電源、激勵變壓器、電抗器、電容分壓器、補償電容器（選配）組成。

串聯諧振在電力系統中應用的優點：

1、所需電源容量大大減小。串聯諧振電源是利用諧振電抗器和被試品電容諧振產生高電壓和大電流的，在整個系統中，電源只需要提供系統中有功消耗的部分，因此，試驗所需的電源功率只有試驗容量的1/Q。

2、設備的重量和體積大大減少。串聯諧振電源中，不但省去了笨重的大功率調壓裝置和普通的大功率工頻試驗變壓器，而且，諧振勵磁電源只需試驗容量的1/Q，使得系統重量和體積大大減少，一般為普通試驗裝置的1/10-1/30。

3、改善輸出電壓的波形。諧振電源是諧振式濾波電路，能改善輸出電壓的波形畸變，獲得很好的正弦波形，有效的防止了諧波峰值對試品的誤擊穿。

4、防止大的短路電流燒傷故障點。在串聯諧振狀態，當試品的絕緣弱點被擊穿時，電路立即脫諧，回路電流迅速下降為正常試驗電流的1/Q。而并聯諧振或者試驗變壓器方式做耐壓試驗時，擊穿電流立即上升幾十倍，兩者相比，短路電流與擊穿電流相差數百倍。所以，串聯諧振能有效的找到絕緣弱點，又不存在大的短路電流燒傷故障點的隱患。

5、不會出現任何恢復過電壓。試品發生擊穿時，因失去諧振條件，高電壓也立即消失，電弧即刻熄滅，且恢復電壓的再建立過程很長，很容易在再次達到閃絡電壓前斷開電源，這種電壓的恢復過程是一種能量積累的間歇振蕩過程，其過程長，而且，不會出現任何恢復過電壓。

變頻串聯諧振試驗裝置主要功能及其技術特點：

1、裝置具有過壓、過流、零位啟動、系統失諧（閃絡）等保護功能，過壓過流保護值可以根據用戶需要整定，試品閃絡時閃絡保護動作，以保護式品。

2、整個裝置單件重量很輕，便于現場使用。

3、裝置具有三種工作模式，方便用戶根據現場情況靈活選擇，提高試驗速度。

工作模式為：全自動模式、手動模式、自動調諧手動升壓模式。

4、能存儲和異地打印數據，存入的數據編號是數字，方便的幫助用戶識別和查找。

5、裝置自動掃頻時頻率起點可以在規定范圍內任意設定，同時液晶大屏幕顯示掃描曲線，方便使用者直觀了解是否找到諧振點。

6、采用了DSP平臺技術，可以方便的根據用戶需要增減功能和升級，也使得人機交換界面更為人性化。

第二章 串聯諧振原理

本篇將和大家討論串聯諧振的原理，并分析串聯諧振現象的一些特征，探索串聯諧振現象的一些基本規律，以便在應用中能更自如的使用串聯諧振和分析在試驗過程中發生的一些現象。

一、串聯諧振的產生

諧振是由R、L、C元件組成的電路在一定條件下發生的一種特殊現象。首先，我們來分析R、L、C串聯電路發生諧振的條件和諧振時電路的特性。圖1所示R、L、C串聯電路，在正弦電壓U作用下，其復阻抗：

圖1                                         圖2

此時電路阻抗Z(ω0)＝R為純電阻。電壓和電流同相，我們將電路此時的工作狀態稱為諧振。由于這種諧振發生在R、L、C串聯電路中，所以又稱為串聯諧振。式1就是串聯電路發生諧振的條件。由此式可求得諧振角頻率ω0如下：

由此可知，串聯電路的諧振頻率是由電路自身參數L、C決定的．與外部條件無關，故又稱電路的固有頻率。當電源頻率一定時，可以調節電路參數L或C，使電路固有頻率與電源頻率一致而發生諧振；在電路參數一定時，可以改變電源頻率使之與電路固有頻率一致而發生諧振。

二、串聯諧振的品質因數

串聯電路諧振時，其電抗X(ω0)＝0，所以電路的復阻抗

呈現為一個純電阻，而且阻抗為最小值。諧振時，雖然電抗X＝XL—Xc=0，但感抗與容抗均不為零，只是二者相等。我們稱諧振時的感抗或容抗為串聯諧振電路的特性阻抗，記為ρ，即

ρ的單位為歐姆，它是一個由電路參數L、C決定的量，與頻率無關。

    工程上常用特性阻抗與電阻的比值來表征諧振電路的性能，并稱此比值為串聯電路的品質因數，用Q表示，即

品質因數又稱共振系數，有時簡稱為Q值。它是由電路參數R、L、C共同決定的一個無量綱的量。

三、串聯諧振時的電壓關系

諧振時各元件的電壓分別為

即諧振時電感電壓和電容電壓有效值相等，均為外施電壓的Q倍，但電感電壓超前外施電壓90°，電容電壓滯后外施電壓90°，總的電抗電壓為0。在電路Q值較高時，電感電壓和電容電壓的數值都將遠大于外施電壓的值，所以串聯諧振又稱電壓諧振。

常見的試品如變壓器、GIS系統、SF6斷路器、電流互感器、電力電纜、套管等均為容性，系統配備的電抗器為感性，試驗時先通過調節變頻電源的輸出頻率使回路發生串聯諧振，再在回路諧振的條件下調節變頻電源輸出電壓使試品電壓達到試驗值。由于回路的諧振，變頻電源較小的輸出電壓就可在試品上產生較高的試驗電壓。

在實際現場應用中試品上的高壓電壓和低壓電壓遵循以下公式：

U試 = QU激

其中：U試為高壓諧振試驗電壓，Q為系統串聯諧振的品質因數，      U激為激勵變壓器輸出電壓。

 例如：假設系統串聯諧振的品質因數Q為30，激勵變壓器選擇16kV的抽頭，激勵變壓器額定輸入電壓為400V，如果激勵變壓器輸入電壓為100V時，高壓電壓計算步驟如下：

①計算激勵變壓器變比

激勵變壓器變比N=激勵變壓器所選抽頭電壓/輸入額定電壓

即：N=16kV/400V=16000/400=40

②計算激勵變壓器輸出電壓

激勵變壓器輸出電壓=激勵變壓器輸入電壓*激勵變壓器變比

即：U激=100V*40=4kV

③計算高壓諧振試驗電壓

高壓諧振試驗電壓=激勵變壓器輸出電壓*系統品質因數

即：U試=4kV*30=120kV

故系統最終的高壓諧振試驗電壓為120kV。

第三章 變頻串聯諧振試驗裝置應用

（一）變頻串聯諧振交流耐壓裝置接線示意圖

變頻串聯諧振試驗接線圖

（二）交聯乙烯電纜的交流耐壓

電纜耐壓試驗接線圖

（三）變壓器等的交流耐壓試驗

變壓器耐壓試驗接線圖

（四）發電機等的交流耐壓試驗

發電機耐壓試驗接線圖

第四章 變頻電源詳細使用介紹

3.1設備基本說明

3.1.1電源

?將380V/220V直接與變頻電源的“輸入”連接。

3.1.2操作面板說明

圖1

? 電源開關：負責變頻電源部分的電源供給。

? 高壓指示：變頻電源啟動指示。

? 復位：負載失諧、變頻源過熱以及其它保護動作后的故障復位。

? 急停：發生緊急情況的應急中斷按鍵。

? 分壓器信號：用于接入分壓器低壓臂，最大電壓100V，輸入阻抗10M。

? 接地：用于系統安全接地。

? USB接口:用于接入U盤查詢資料或接入鼠標代替觸摸操作。

? 液晶顯示器：用于系統各參數、波形、菜單等的顯示。

? 輸入：電源接入,三相380V±10%或單相220V±10%（45-64Hz）；當電源為380V時，接A,B,C三相,可做額定負載試驗；當電源為220V時，接A,C二相,只可做1/2負載試驗。

? 輸出：變頻電源輸出至激勵變壓器輸入。

3.1.3接通電源

變頻電源操作箱在通電后合上“電源開關”，液晶屏點亮顯示。

注意：儀器兩側開孔處的風扇在運行則表示儀器內部功率器件正常工作，否則表示儀器內部過熱或上次試驗時沒有復位。此時應該切斷電源，將儀器置于通風處靜置1小時左右，待內部適當降低溫度后再啟動電源。

當風扇經常性的不啟動時，建議立即與廠家聯系。

當設備出現不可恢復性故障時，請不要自行拆卸儀器。

3.2觸摸屏顯示器

變頻電源的控制屏幕為全觸摸屏，只需要在屏幕上要操作的位置輕輕點擊，即可以進行操作。

3.2.1開機后，顯示界面如圖2所示。

3.2.2點擊“參數配置”后，顯示界面如圖3所示。

? 起始頻率：選擇自動調諧時的啟動頻率，下限頻率為20Hz，上限頻率為250Hz。為了保證掃描準確度“起始頻率”必須比“終止頻率”小50Hz。

? 終止頻率：選擇自動調諧時的結束頻率，下限頻率為70Hz，上限頻率為300Hz。為了保證掃描準確度“終止頻率”必須比“起始頻率”大50Hz。

1.設置“起始頻率”不可高于“終止頻率”-50Hz。

2.當第一次試驗時建議采用20Hz～300Hz進行掃描。

3.當已經知道大概頻率范圍時，可以選定在適當的頻率段掃描，以減少試驗時間。

? 起始電壓：調諧時輸出電壓的初始值。輸入范圍為5-100V。

1.對Q值較低的試品如發電機、電動機、架空母線，初始值設定為20～30V；

2.對Q值較高的試品如電力電纜、變壓器、GIS等，初始值設定為15～20V。

? 第一階段試驗電壓：設置試驗電壓的第一階段值。

? 第一階段試驗時間：設置第一階段試驗電壓的耐壓時間。

? 第二階段試驗電壓：設置試驗電壓的第二階段值。

? 第二階段試驗時間：設置第二階段試驗電壓的耐壓時間。

? 第三階段試驗電壓：設置試驗電壓的第三階段值。

? 第三階段試驗時間：設置第三階段試驗電壓的耐壓時間。

我們的電壓跟蹤系統具備自動校核較大電壓波動的功能，但電網電壓的波動幅度較小時，由此而引起的高壓電壓的波動也在儀器的捕捉范圍內，因此，我們強烈建議在設置試驗電壓時，將“試驗電壓”的數值設定為比要施加的試驗電壓低2％Ue。

如果沒有階段性耐壓試驗時，只需設置一個階段試驗電壓值和相應的試驗時間，其它階段試驗電壓和試驗時間設為0。

? 分壓器變比：電容分壓器的分壓變比，一般為1500:1，“分壓器變比”設置為1500。（也可能為3000:1,出廠已設置好客戶無需更改）

? 過壓保護：設置試驗電壓的極限值。電壓超過時自動終止試驗，一般比試驗電壓高10%，最高可設置為額定電壓的1.2倍。當試驗電壓發生變化時，過壓保護會自動進行更新。

? 過流保護：設置低壓輸出電流的最高值。在不知道實際試驗電流的情況下，一般將其設置成裝置額定電流。

? 閃絡保護：實際閃絡保護電壓值,設置最大值為階段試驗電壓的最大值；默認值為階段試驗電壓最大值的0.4倍。當階段試驗電壓發生改變時，閃絡保護電壓會自動更新。 客戶可以根據現場試驗情況進行修改。

? 幫助：提供設置“試驗參數”時的注意事項。

  點擊“幫助”后，顯示界面如圖4所示。

? 自動試驗：當“參數配置”設置完時，點擊“自動試驗”，進入“自動試驗”界面，顯示界面如圖5所示。                                                                      

點擊“開始試驗”，系統自動尋找諧振點，右下角提示“調諧中…”，如有異常情況，請點擊 “緊急停機”；白色代表電壓曲線，顯示界面如圖6所示。

找到諧振點后，系統自動升壓，右下角提示“升壓中…”，如有異常情況，請點擊 “緊急停機”；顯示界面如圖7所示。

圖7

當U有效值電壓升到試驗的耐壓值時，系統自動耐壓計時，右下角提示“第一階段試驗中…”或者“第二階段試驗中…”，如有異常情況，請點擊 “緊急停機”； 顯示界面如圖8所示。

當計時到設置的耐壓時間時，系統自動降壓，右下角提示“降壓中”，如有異常情況，請點擊 “緊急停機”； 顯示界面如圖9所示。

當U有效值電壓降至0時，右下角提示“停機狀態”， 顯示界面如圖10所示

此時可以點擊“保存”按鈕，顯示界面如圖11所示。可以在對應試驗階段輸入所要保存的試驗編號。然后點擊“確認”進行保存，或者點擊“取消”，放棄保存。