一、YD2000系類串聯諧振機主要功能及技術特點

  YD2000系類串聯諧振機*由公司自主研發，采用了基于DSP平臺技術的SPWM控制，集調壓、調頻、控制及保護于一身，輸出波形失真小，頻率穩定，具有良好的過流、過壓、過熱、放電保護等功能，可廣泛適用于發電機、電力變壓器、GIS、交聯高壓電纜、高壓開關、互感器等電力設備的交流耐壓試驗。

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進行整定。

2．整個裝置單件重量很輕，便于現場使用。

3．具有自動和手動兩種工作模式，方便用戶根據現場情況靈活選擇，提高試驗速度。手動模式可使用電位器進行升壓，使用尤其方便。

4．能存儲和異地打印數據。

5． 采用工業觸摸屏進行控制，人機界面好，操作方便，觸摸屏可顯示掃頻曲線，方便使用者直觀了解是否找到諧振點。

二、系統整體技術指標

1．工作溫度：-10℃～45℃；

2．工作濕度：≤85%；

3．海拔：≤1000m；

4．供電電源電壓：三相AC380V±10%(或單相AC220V±10%)，50Hz；

注：當實際輸出電流大于15A時，建議使用三相AC380V電源供電

5．電源大功率：10kW(三相AC380V電源供電時)；

6．大試驗容量：300kVA；

7．工作頻率范圍：20~300Hz；

8．調頻步進頻率：0.1Hz；

9．調頻不穩定度：<0.05%；

10．諧振電壓波形：正弦波，畸變率<1%；

11．系統測量精度：1.0級；

三、 主要相關標準

1.《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》                 GB50150-2006

2.《高壓諧振試驗裝置》                         DL/T 849.6-2004

3.《高壓試驗裝置通用技術條件 第2部分：工頻高壓試驗裝置》  DL/T848.1-2

4.《電力設備預防性試驗規程》                               DL/T T596.6-1996

5.《電抗器》                                               GB10229.88

6.《耦合電容器和電容分壓器》                               IEC358(1990)

四、應用范圍

  主要針對6~35kV交聯電纜的交流耐壓試驗以及實際試驗電壓低于300kV的其它電力高壓設備如發電機、變壓器、GIS、開關、母線、套管、互感器等的交流耐壓試驗。

五、設備組成

裝置主要由變頻控制電源、勵磁變壓器、電抗器、電容分壓器和補償電容器組成。各部件分別介紹如下：

5.1變頻控制電源

輸入電壓：三相AC380V或單相AC220V±10%  50Hz

大功率：10kW

輸出電壓頻率：20～300Hz連續可調

頻率步進：0.1Hz步進可調

輸出波形：正弦波

頻率不穩定度：≤0.05%

額定工作電流：25A

5.2勵磁變壓器

勵磁變壓器為單相干式自冷，它的主要作用是將變頻電源輸出的正弦波電壓升壓到合適的試驗電壓值，一般勵磁變壓器有多個繞組，配合電抗器使用，可滿足不同電壓等級、不同容量的試驗要求，勵磁變壓器的容量與變頻電源相同。

5.3電抗器

電抗器采用干式結構，可單獨或任意串聯、并聯使用，環氧樹脂絕緣筒外殼。

電抗器并聯，增加電流容量，電感減小；電抗器串聯，增加電壓耐壓等級，電感增加。實際應用時，可根據實際情況進行串、并聯，以滿足試驗電壓、電流的需要。

5.4電容分壓器

環氧筒外殼，用來測量被試品(電力電纜或其它)的試驗電壓。

電容分壓器是高電壓測試設備，內部一般由兩個電容C1、C2串聯而成， 如圖它將高電壓降為幾十伏的低電壓輸出，供測量和保護使用，如不考慮寄生電感的影響，分壓比 N與頻率無關，由C1、C2的電容量決定。

5.5補償電容器

補償電容是在小容量試品（如短電纜、變壓器、GIS等）試驗時，把它和試品并聯，將諧振頻率控制在一定的范圍內（如45~65Hz），使用時，應注意電容的耐壓，可選配。

5.6附件

變頻電源主控器配備有引線和插頭與其他設備進行連接，包括與電源的動力引線，與勵磁變壓器的低壓引線，與分壓器的測量引線，接地引線等。

5.7單套設備詳細供貨清單一覽表：

 六、 串聯諧振原理

如圖右圖所示，電感L與電容C串聯構成串聯諧振回路，R為整個回路的等效電阻。當在回路中施加一個交流電壓時：

    回路的感抗：                                      

回路的容抗：                                               回路總阻抗：                              諧振原理圖                             

當改變回路參數或電源頻率，使感抗和容抗相等時，施加于電感上的電壓U_L和電容上的電壓U_C大小相等，方向相反，相互抵消，整個回路呈阻性，阻抗為小值Z = R，回路電流為大值，電容上的電壓為大值，此時稱為串聯諧振狀態。

當回路處于諧振狀態時，

回路電流：                                             (2-1)

電源功率：                                             (2-2)

諧振頻率：                                              (2-3)

回路品質因素：                                        (2-4)

電容上的電壓：                           (2-5)

電感上的電壓：                           (2-6)

電容上的功率：                           (2-7)

根據上述分析，可以得出以下幾點結論：

1.串聯回路的諧振條件為；

對于不同的試品電容C，調節頻率f或電感L均可以使回路諧振，前者稱為變頻諧振系統，后者稱為調感式諧振系統。

2.由式（2-5）可知，諧振時試品電容上的電壓U_C等于電源輸入電壓U的Q倍。在工程應用中，品質因素主要由電抗器決定，約等于電抗器的感抗與直流電阻之比，一般為20~120之間，因此可以用低壓電源通過諧振在試品上獲得高電壓。

3.由式（2-7）可知，諧振時試品電容上所產生的容量是電源提供容量的Q倍。因此可以用低容量的電源通過諧振，在試品上產生大的試驗容量。其中Q為回路的品質因素。

七、現場試驗的頻率與容量計算

在現場試驗之前，應根據不同的試驗對象、規程要求和計算結果，預先確定本次試驗的方案與需要攜帶的變頻控制電源、電抗器、分壓器等試驗設備的規格與數量。下面將以6~35kV電纜變頻串聯諧振耐壓試驗為例，對現場試驗的頻率與容量如何確定與計算示例如下：

7.1串諧諧振耐壓試驗要考慮的因素

1．諧振頻率控制范圍

2．試驗電纜長度（主要確定試品的電容量）

3．試驗電壓

4．單節電抗器的絕緣耐壓、電感量、工作電流

5．變頻控制電源與勵磁變壓器功率

6．補償電容的電壓等級與容量

其中，諧振頻率控制范圍、試品的電容量與試驗電壓在試驗之前需要明確。需要通過計算明確的有：電抗器的規格與數量、變頻電源與勵磁變壓器容量。

7.2電抗器串聯節數

電抗器是否需要串聯，首先應考慮試驗電壓，通常單節電抗器的額定電壓在18~26KV，電感量一般在20~100H左右。對10kV電纜一般用單節或單節并聯即可滿足要求。而對35kV電纜則需要考慮采用2節或3節電抗器串聯，或者2節或3節電抗器串聯后再并聯。

7.3諧振頻率

對于長電纜尤其是截面積較大的長電纜，由于其電容量較大，根據諧振頻率公式，會出現諧振頻率低于下限頻率的情況。此時應設法減小電感量，采用的方法是電抗器并聯。

對于短電纜尤其是截面積較小的短電纜，由于其電容量較小，根據諧振頻率公式，會出現諧振頻率高于上限頻率的情況，此時應設法增大電感量。采用的方法是電抗器串聯，電抗器串聯后會減小試驗回路電流，減小變頻控制器與勵磁變壓器的功率。對于更短的電纜（如50m左右），則可考慮采用并聯補償電容方法來降低諧振頻率。

7.4變頻控制電源與勵磁變壓器容量

試品上試驗功率由變頻控制器通過勵磁變壓器提供，由于諧振放大作用，變頻控制器與勵磁變壓器輸出的功率只需試品上試驗功率的1/Q倍。盡管如此，當被試電纜長度較長時，要求變頻控制器與勵磁變壓器輸出功率仍比較高。通常情況下10kVA的輸出容量可滿足絕大部分6~35KV電纜試驗要求。

7.5計算實例

例1：某交接試驗，有一條YJV 8.7/10kV、截面積為300mm2、長度為1km的電纜，要求試驗頻率控制在45~65Hz。單節電抗器規格為：額定電壓18kV，額定工作電流1.2A，電感量55H。

根據交聯電纜試驗規程，該等級電纜的試驗電壓為2U0，即17.4kV；查表得知該型號電纜1km的電容量為0.37uf ，電抗器只要選擇單節不小于18KV的額定電壓即可。

計算諧振頻率：  

此時諧振頻率已低于下限頻率45Hz，因此可采用2節電抗器并聯以減小電感量，并聯后的電感量為27.5H，此時諧振頻率為：

，該諧振頻率符合控制要求。

此時回路的諧振電流為：

兩只電抗器并聯后的額定電流為2.4A，諧振電流為2.02A符合要求。

試品上的視在功率：

若Q值取30，變頻控制電源與勵磁變壓器有效輸出功率：

例2：某交接試驗，有一條YJV 26/35kV、截面積為185mm2、長度為1km的電纜，要求試驗頻率控制在30~75Hz。單節電抗器規格為：額定電壓18kV，額定工作電流2.0A，電感量55H。

根據交聯電纜試驗規程，該等級電纜的試驗電壓為2U0，即52kV，根據試驗電壓值，電抗器必須要3個單節串聯（165H）；查表得知該型號電纜1km的電容量為0.163uf。

計算諧振頻率：

符合控制要求。

此時回路的諧振電流為：

試品上的視在功率：

若Q值取30，變頻控制電源與勵磁變壓器有效輸出功率：

八、變頻控制電源操作說明

8.1操作面板說明

儀器面板圖

電源接入，接三相AC 380V±10%或單相AC 220V±10% 50Hz，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、B、C任意二相，只可做1/2負載試驗。

注：當變頻源實際輸出電流大于15A時，建議使用三相AC 380V電源供電！

• 輸出

變頻電源輸出接至激勵變壓器輸入。

• 電源開關

負責變頻電源部分的電源供給。

• 調壓電位器

手動控制模式時用于升壓操作(啟動前電位器必須置于“零”位)。

• 高壓指示燈

變頻電源啟動指示。

• 復位按鈕

負載失諧、變頻源過熱以及其它保護動作后的故障復位。

• 急停按鈕

發生緊急情況的應急停止按鈕。

• 分壓器信號

用于接入分壓器低壓臂，大電壓100V，輸入阻抗10MΩ。

• 接地

用于系統安全接地。

• USB接口

用于接入U盤存儲資料或接入鼠標代替觸摸操作.

• 觸摸屏

用于系統各參數、波形、菜單等的顯示以及相關控制操作。

8.2儀器觸摸屏操作界面說明

1．開機界面

儀器開機后，顯示界面如下圖所示。

2．參數設置

每次試驗前必須正確設置當次試驗的各種參數！點擊“參數配置”后，顯示界面如下圖所示。

• 起始頻率

選擇自動調諧時的啟動頻率，下限頻率低為20Hz，起始頻率必須小于終止頻率，且至少≤30Hz。

• 終止頻率

選擇自動調諧時的終止頻率，上限頻率高為300Hz，終止頻率必須大于起始頻率，且至少≥30Hz。

1.設置的“終止頻率”必須大于“起始頻率”，且至少≥30Hz。

2.當*次試驗時建議采用30Hz～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

自動調諧時的初始工作電壓，高為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50～70V。

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20～50V。

• 分壓比

電容分壓器的變比值，根據實際值設定（出廠默認值為1000:1）。

• 試驗電壓

設置試驗電壓值。

• 試驗時間

設置試驗電壓的耐壓時間。

• 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%。

• 過流保護

設置低壓輸出電流的保護值。

注：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

設置擊穿電壓的偏差值,且當閃絡后觸摸屏須重新啟動。

• 數字鍵盤

設置各功能參數的數值。

• 幫助

提供設置“試驗參數”時的操作提示。

• 恢復出廠設置

將設置參數恢復到出廠設置值。

• 版本設置

廠家的出廠參數設置，用戶無需設置。

2.2．幫助

點擊“幫助”后，顯示界面如下圖所示。

點擊“下頁”后，顯示界面如下圖所示。

3．歷史記錄

點擊“歷史記錄”，顯示界面如下圖所示。

選擇相應的數據記錄，可打開相應文件。插入U盤，點擊“導出數據”可以把試驗記錄輸入到U盤。打開文件界面如下圖所示。

4．參數計算

若需要計算電感、電容、頻率和諧振電流等參數，請點擊“諧振參數計算”，顯示界面如下圖所示。計算諧振電流時，電容和電感只輸入一個參數即可，另外一個需設為0，若電容和電感都有輸入，則系統自動默認通過電容來計算諧振電流。

5．手動試驗

當“試驗參數”設置完成時，點擊“手動試驗”，進入“手動試驗”界面，顯示界面如下圖所示。 

• 將面板上調壓電位器逆時針調到底(置于“0”位)，點擊“開始試驗”按鈕，若想自動尋找諧振點，則點擊“自動調諧”按鈕，掃頻波形里紅色代表電壓曲線，綠色代表頻率曲線。若不想自動找諧振點，則調節面板上調壓電位器，將“U_低壓電壓”升到10V左右，再點擊“升頻”或“將頻”按鈕來找諧振點(頻率步進值可根據實際情況來進行適當設置)。為方便讀數（自動掃頻時），可點擊“波形放大”按鈕來放大波形。波形放大界面如下所示，為方便準確讀數，可點擊“波形暫停”按鈕來停止波形顯示。

• 找到諧振點后，調節面板上調壓電位器，升壓至試驗電壓值。

• 電壓升到試驗電壓后，點擊“開始計時”按鈕，系統開始計時。

• 在試驗過程中，如果出現異常情況請直接點擊面板上或觸摸屏界面上的“緊急停機”按鈕(面板上的按鈕具有優先控制權)，若想終止本次試驗，可點擊“降壓停機” 按鈕來結束本次試驗。

• 當“耐壓倒計時”到0時，蜂鳴器鳴叫提示計時時間已到，此時可點擊“降壓停機”，系統自動降壓，當電壓降為零時試驗完成。

• 若想保持本次試驗數據，可點擊“數據保存” 按鈕來保存本次試驗數據，供以后查詢和打印。

• 若試驗過程中出現故障保護后，再次試驗時，須點擊“故障復位”按鈕來使設備復位，否則無法再次開始試驗。

注：手動試驗和自動試驗界面的“U_低壓電壓”顯示值為計算的近似值而非實際測量值，存在較大誤差的可能，該值僅供參考！

6．自動試驗

當“試驗參數”設置完成時，點擊“自動試驗”，進入“自動試驗”界面，顯示界面如下圖所示。

• 點擊“開始試驗”按鈕，系統自動完成“找諧振點”、“升壓”、“計時”、“停機”等試驗過程。

• 在試驗過程中，如果出現異常情況請直接點擊面板上或觸摸屏界面上的“緊急停機”按鈕(面板上的按鈕具有優先控制權)，若想終止本次試驗，可點擊“降壓停機” 按鈕來結束本次試驗。

• 試驗完成后，若想保持本次試驗數據，可點擊“數據保存” 按鈕來保存本次試驗數據，供以后查詢和打印。

• 若試驗過程中出現故障保護后，再次試驗時，須點擊“故障復位”按鈕來使設備復位，否則無法再次開始試驗。

• “自動試驗”的波形放大界面與“手動試驗”界面相同。

九、現場試驗接線及操作

9.1試驗的一般步驟

1．根據附錄或其他資料計算試品電容量C。

2．根據計算受控頻率的高、低限范圍（如45~65Hz）時的電感量，并依據試驗規程中建議的試驗電壓，確定電抗器、勵磁變壓器的數量及規格。

3．確定試品的試驗接線圖并連接整個試驗裝置。

4．在變頻電源的“手動試驗”或“自動試驗”界面中確定試驗電壓、保護電壓（一般為試驗電壓的1.1倍）、保護電流、試驗時間、掃頻范圍等參數。

5．選擇手動或自動尋找諧振點。

6．選擇手動或自動試驗，依據說明書操作，終完成試驗。

9.2交聯電纜試驗

交聯電纜試驗連接示意圖

試驗要求及注意事項如下：

1．電纜屏蔽層過電壓保護器應短接，并使試驗電纜的金屬屏蔽層與非試相導線一并接地。如果電纜頭安裝在桿塔上，該接地不可利用桿塔架。電纜的屏蔽層與非試相，應采用規范的接地線可靠接地，并與試驗系統的接地相連接。

2．如果電纜頭與GIS直接連接，試驗時GIS內部的PT、避雷器需要斷開。

3．變頻電源主控制器的接地線必須保證沒有試驗電流流過。

4．高壓引線不得放置在電抗器上，也不得拖地。

9.3變壓器耐壓試驗

變壓器交流耐壓試驗連接示意圖

試驗要求及注意事項：

1．試驗頻率通常要求在45~65Hz左右。

2．串諧系統地應與變壓器外殼采用接地線連接。

3．試驗項目一般可分為以下三種：

高壓繞組接高壓，中壓繞組、低壓繞組、外殼短接后接地。

中壓繞組接高壓，高壓繞組、低壓繞組、外殼短接后接地。

低壓繞組接高壓，高壓繞組、中壓繞組、外殼短接后接地。

4．被試驗繞組短接后接高壓，非試驗繞組短接后和外殼接地, 試驗設備和被試品不得有懸浮電位存在。

十、現場試驗注意事項

1．本試驗設備應由高壓試驗專業人員使用，使用前應仔細閱讀使用說明書，并經反復操作訓練。

2．操作人員應不少于2人。使用時應嚴格遵守本單位有關高壓試驗的安全作業規程。

3．為了保證試驗的安全正確，除必須熟悉本產品說明書外，還必須嚴格按國家有關標準和規程進行試驗操作。

4．各聯接線不能接錯，否則可能導致試驗裝置損壞。

5．整個試驗系統應在分壓器近距離單點接地，所有接地線應短、粗、直，接地應可靠以便盡可能減小接地感抗，在試品擊穿時保護人員與設備安全。

6．電纜屏蔽層過電保護器短接，并使試驗電纜的金屬屏蔽層與非試相導線一并接地。如果電纜頭安裝在桿塔上，該接地不可利用桿塔架。電纜的屏蔽層與非試相應采用規范的接地線可靠接地并與試驗系統的接地相聯接。

7．如果電纜頭與GIS直接連接，試驗時GIS內部的PT、避雷器需要斷開。

8．諧振點的掃頻建議采用自動方式，本公司的自動方式掃頻所得的諧振頻率非常準確、可靠。而升壓則盡可能選擇手動方式，以防在升壓過程中間被被品擊穿。

十一、常用表格

11.1 交聯聚乙烯電纜電容量表

11.2  35kV全絕緣變壓器工頻耐壓等效電容量表

11.3  66kV全絕緣變壓器工頻耐壓等效電容量表

11.4  110kV分級絕緣變壓器工頻耐壓等效電容量表

11.6  國內部分地區(省)修訂后交聯電纜試驗規程主要內容一覽表

11.7  變壓器交流耐壓試驗電壓值一覽表

注：以上試驗電壓值僅作參考，實際加壓值按照國家或當地電力行業標準執行！

11.8  不同試品試驗頻率的選擇

1．發電機(50Hz)，取50Hz

2．變壓器(45~65Hz)，取50Hz

3．GIS、開關、母線(30~300Hz)，取45Hz

4．電力電纜(30~300Hz)，取35Hz

十二、常用試品的交流耐壓試驗選型及基本配置參考表

12.1 電纜諧振耐壓試驗選型及基本配置

12.2  其它110kV、220kV等電氣設備諧振耐壓試驗選型及基本配置

12.3  不同發電機組的工頻交流耐壓試驗選型及基本配置