CN101464489B - 一种工频调感谐振耐压方法 - Google Patents
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Abstract
一种工频调感谐振耐压方法，具体是：根据试验内容组合试验设备，所述试验设备包括试验变压器调压控制装置、励磁变压器、固定电抗器、微调电抗器、补偿电容器、电容分压器；根据冶金工业电气安装工程中35kV及以下高压被试设备的电容量，采用相应的固定电抗器、微调电抗器连接方式和参数配置；根据被试设备的电容量和设备的配置选择补偿电容器的连接方式和参数配置；利用谐振原理对微调电抗器进行微调，使试验回路达到谐振状态，输出电压达到最大值；在谐振状态下，达到耐压试验目的时对试验设备容量需求最小。本方法可同时满足多种高压设备特别是电力电缆的交流耐压试验，具有过电流和过电压保护功能，适于进行工频耐压交接的试验。
Description
技术领域
本发明涉及电气设备交接试验领域，特别是一种工频调感谐振耐压方法。
背景技术
根据国标GB50150-2006《电气设备交接试验标准》第18.0.5条中关于电力电缆交流耐压试验规定：橡塑电缆优先采用20-300Hz交流耐压试验；对于额定电压U0/U为18/30kV以上的电缆，应采用交流耐压。现有的交流试验电源可分为以下三种：
①传统的补偿变压器电源(ACTC)方法：该方法功能单一，不能同时满足多种高压设备特别是电力电缆的交流耐压试验。
②工频大型调感谐振电源(ACRL)方法：该方法目前只在35kV以上的系统试验时采用，并且装置体积庞大，结构笨重。
③变频谐振电源(ACRF)方法：该方法提供的试验电压不能正确反映高压设备的工频工作环境，装置性能不可靠且价格昂贵。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种工频调感谐振耐压方法，该方法根据调感谐振原理，利用工频积木式可调电感产生谐振电源，可同时满足冶金工业电气安装工程中35kV及以下高压系统的变压器、发电机、电动机、高压开关、高压电缆及其他相关设备的工频耐压交接试验，以确保高压设备安全投入运行。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：
本发明提供的工频调感谐振耐压方法，具体是采用包括以下步骤的方法：
1)准备工作：根据试验内容组合试验设备，所述试验设备包括试验变压器调压控制装置、励磁变压器、固定电抗器、微调电抗器、补偿电容器、电容分压器；
2)根据冶金工业电气安装工程中35kV及以下高压被试设备的电容量，采用相应的固定电抗器、微调电抗器连接方式和参数配置；
所述被试设备是指35kV及以下高压系统的变压器、发电机、电动机、高压开关、高压电缆及其他相关设备；其他相关设备是指隔离开关、负荷开关、瓷瓶、电抗器、电容器；
3)根据被试设备的电容量和设备的配置选择补偿电容器的连接方式和参数配置；
4)利用谐振原理对微调电抗器进行微调，使试验回路达到谐振状态，输出电压达到最大值。在谐振状态下，达到耐压试验目的时对试验设备容量需求最小。
本发明提供的工频调感谐振耐压方法，其在冶金工业电气安装工程中被试设备进行工频耐压交接试验的应用。
本发明与现有技术相比，具有以下的主要优点：
其一.功能多：可根据具体试验内容，利用谐振原理，能够对励磁变压器、固定电抗器、微调电抗器、补偿电容器、电容分压器进行合理的组合和参数配置，并且同时满足多种高压设备特别是电力电缆的交流耐压试验。
其二.所涉及装置在试验时，电流、电压测量数据显示直观，并具有过电流和过电压保护功能。
其三.能正确反映高压设备的工频工作环境：适合于冶金企业施工阶段现场调试用，例如适用于35kV及以下高压系统的变压器、发电机、电动机、高压开关、高压电缆及其他相关设备的工频耐压试验。由表1可知，本方法还可以满足下列试品的交流耐压试验：
满足35KV，长度0～0.6公里，截面积300mm2的电缆的交流耐压试验；
满足10KV，长度0～1.5公里，截面积300mm2的电缆的交流耐压试验；
满足10KV，电容量≤25000pf的变压器的交流耐压试验；
满足35KV/31500kVA及以下变压器、35KV开关等交流耐压试验，最高试验电压100KV。
其四.依据本方法，可根据实际需要选择设备的结构、容量和参数配置，调整试验所涉及的范围，并且满足各部件体积小、重量轻、性能可靠和便于现场搬运和叠积的要求。
附图说明
图1为电抗器串联接线试验示意图。
图2为电抗器并联接线试验示意图。
图3为4kVA励磁变压器原理图。
图4为固定电抗器结构示意图。
图5为微调电抗器结构示意图。
图6为电容分压器结构示意图。
具体实施方式
本发明提供的工频调感谐振耐压方法，所依据的原理是：
根据公式XL＝2πfL XC＝1/2π fC当XL＝XC时串联谐振，即有：
而线路电流取决于试验电压和回路电容，即：
I＝ωCXU试＝2πfCXU试 公式2
本发明提供的工频调感谐振耐压方法，具体是采用包括以下步骤的方法：
1.准备工作：根据试验内容组合试验设备，所述试验设备包括试验变压器调压控制装置、励磁变压器、固定电抗器、微调电抗器、补偿电容器、电容分压器。
(1)如图1和图2所示：试验变压器调压控制装置的输出端接励磁变压器的交流220V输入端，励磁变压器的输出端连接到微调电抗器的输入端，微调电抗器的输出端连接到固定电抗器的输入端，固定电抗器的输出端连接到被试物，补偿电容器、电容分压器分别与被试物并联连接；根据被试物的不同需要，固定电抗器、补偿电容器分别选择多只进行并联或串联连接。
(2)按照下述方法组合试验设备：
试验变压器调压控制装置3kVA(或“耐”)输出端接励磁变压器～220V输入端，励磁变压器的输出端(1kV/2kV/4kV，选其一)连接到微调电抗器输入端X，微调电抗器输出端A连接到固定电抗器输入端X，固定电抗器输出端A连接到被试设备，补偿电容器、电容分压器分别与被试设备并联连接；根据被试设备的不同需要，固定电抗器、补偿电容器分别选择多只进行并联或串联连接。
2.根据冶金工业电气安装工程中35kV及以下高压被试设备的电容量，采用相应的固定电抗器、微调电抗器连接方式和参数配置。
所述被试设备是指35kV及以下高压系统的变压器、发电机、电动机、高压开关、高压电缆及其他相关设备；其他相关设备是指隔离开关、负荷开关、瓷瓶、电抗器、电容器。
对于35kV及以下高压系统的变压器，与之配套使用的：采用DK-25kVA/25KV型号的固定电抗器，采用TLDK-100kVA/25KV或TLDK-50kVA/25KV型号的微调电抗器。该固定电抗器和微调电抗器的连接方式为：以35kV电容量为0.04uF油浸式变压器为例，由公式1和公式2计算应选择两只固定电抗器串联，微调电抗器的输出端A连接到第一只固定电抗器的输入端X，第一只固定电抗器的输出端A连接到第二只固定电抗器的输入端X，第二只固定电抗器的输出端A连接到被试物，如图1所示；该固定电抗器和微调电抗器的参数配置为：第一只固定电抗器电感量选择100H/1A，第二只固定电抗器电感量选择90H/1A，微调电抗器为2A/20～80H；其它元器件的配置及连接方法见表1.对表1中未列出的35kV及以下其它各种型号的变压器的试验方法，应依据公式1和公式2进行计算确认后连接。
对于35kV及以下高压系统的发电机，与之配套使用的：采用DK-25kVA/25KV型号的固定电抗器，采用TLDK-100kVA/25KV或TLDK-50kVA/25KV型号的微调电抗器。该固定电抗器和微调电抗器的连接方式为：以10kV电容量为0.35uF发电机为例，由公式1和公式2计算应选择三只固定电抗器，励磁变压器的1kV/4A输出端连接到微调电抗器的输入端X，微调电抗器的输出端A连接到第一只固定电抗器的输入端X，第一只固定电抗器分别与第二、第三只固定电抗器并联，第一只固定电抗器的输出端A连接到被试物，如图2所示；该固定电抗器和微调电抗器的参数配置为：每一只固定电抗器电感量选择70H/1A，微调电抗器为4A/5～25H；其它元器件的配置及连接方法见表2.对表2中未列出的35kV及以下其它各种型号的发电机的试验方法，应依据公式1和公式2进行计算确认后连接。
对于35kV及以下高压系统的电动机，与之配套使用的：采用DK-25kVA/25KV型号的固定电抗器，采用TLDK-100kVA/25KV或TLDK-50kVA/25KV型号的微调电抗器。该固定电抗器和微调电抗器的连接方式为：以6kV电容量为0.12uF电动机为例，由公式1和公式2计算应选择三只固定电抗器，励磁变压器的1kV/4A输出端连接到微调电抗器的输入端X，微调电抗器的输出端A连接到第一只固定电抗器的输入端X，第一只固定电抗器分别与第二、第三只固定电抗器并联，第一只固定电抗器的输出端A连接到被试物，如图2所示；该固定电抗器和微调电抗器的参数配置为：每只固定电抗器电感量选择70H/1A，微调电抗器为4A/5～25H；其它元器件的配置及连接方法见表3.对表3中未列出的35kV及以下其它各种型号的电动机的试验方法，应依据公式1和公式2进行计算确认后连接。
对于35kV及以下高压系统的高压开关，与之配套使用的：采用DK-25kVA/25KV型号的固定电抗器，采用TLDK-100kVA/25KV或TLDK-50kVA/25KV型号的微调电抗器。该固定电抗器和微调电抗器的连接方式为：以35kV电容量为0.0001uF高压真空开关为例，由公式1和公式2计算应选择四只固定电抗器串联，励磁变压器的1kV/4A输出端连接到微调电抗器的输入端X，微调电抗器的输出端A连接到第一只固定电抗器的输入端X，第一只固定电抗器的输出端A连接到第二只固定电抗器的输入端X，第二只固定电抗器的输出端A连接到第三只固定电抗器的输入端X，第三只固定电抗器的输出端A连接到第四只固定电抗器的输入端X，第四只固定电抗器的输出端A连接到被试物，如图1所示；该固定电抗器和微调电抗器的参数配置为：每只固定电抗器电感量选择90H/1A，微调电抗器为2A/20～80H；其它元器件的配置及连接方法见表4.对表4中未列出的35kV及以下其它各种型号的高压真空开关的试验方法，应依据公式1和公式2进行计算确认后连接。
对于35kV及以下高压系统的高压电缆，与之配套使用的：采用DK-25kVA/25KV型号的固定电抗器，采用TLDK-100kVA/25KV或TLDK-50kVA/25KV型号的微调电抗器。该固定电抗器和微调电抗器的连接方式为：以26/35kV电容量为0.1uF高压电缆为例，由公式1和公式2计算应选择两只固定电抗器，励磁变压器的2kV/2A输出端连接到微调电抗器的输入端X，微调电抗器的输出端A连接到第一只固定电抗器的输入端X，第一只固定电抗器与到第二只固定电抗器并联，第二只固定电抗器的输出端A连接到被试物，如图2所示；该固定电抗器和微调电抗器的参数配置为：每只固定电抗器电感量选择90H/1A，微调电抗器为2A/20～80H；其它元器件的配置及连接方法见表5.对表5中未列出的35kV及以下其它各种型号的高压电力电缆的试验方法，应依据公式1和公式2进行计算确认后连接。
3.根据被试设备的电容量和设备的配置选择补偿电容器的连接方式和参数配置。
以26/35kV电容量为0.02uF高压电缆为例，由公式1和公式2计算可选择一只80H固定电抗器和一只70H固定电抗器串联，微调电抗器为2A/20～80H；需要三只补偿电容器串联进行电容补偿，每只电容器参数配置为80000pF。补偿电容器的连接方式和参数配置见表1-5，对表1-5中未列出的补偿电容器的连接方式和参数配置，应依据公式1和公式2进行计算确认后使用。
4.利用谐振原理对微调电抗器进行微调，使试验回路达到谐振状态，输出电压达到最大值。在谐振状态下，达到耐压试验目的时对试验设备容量需求最小。
本发明利用谐振原理，按照下述方法对微调电抗器进行微调：
1)利用电容表测量被试点对地的总电容量；
2)根据所测量的电容量，查试验线路连接对照表1选择相应的试验线路接线方式，注意实际测量的电容值应在所选择的电容量范围的相对中间的位置；
3)按所选择的连接方式连接好试验线路；
4)对被试设备缓慢升压至500V～1000V(注意观察电流)，通过摇把调节微调电抗器，使电压表所指示的电压为最大值；
5)继续升高电压至试验电压值，升压过程中注意观察电流的显示情况，如果试验电流超过试验线路的最大电流，说明所选择的线路连接方式不对或电容值测量有误，应停止试验，重新检测；若无问题，开始计时，继续试验；
本发明提供的工频调感谐振耐压方法，其在冶金工业电气安装工程中被试设备进行工频耐压交接试验的应用。
本发明所涉及的工频调感谐振耐压测试装置包括：试验变压器调压控制装置、励磁变压器、可调电抗器、微调电抗器、补偿电容器、电容分压器，其中，试验变压器调压控制装置是采用本申请人先前申请的且已授权的实用新型专利(专利号2008200662897)，该装置主要由调压控制电路、调压保护电路、计时系统组成。根据具体试验内容对试验变压器调压控制装置、励磁变压器、可调电抗器、微调电抗器、补偿电容器、电容分压器进行合理组合，满足35kV及以下高压系统的变压器、发电机、电动机、高压开关、高压电缆及其他相关设备的工频耐压试验。
下面，依据本发明所述方法以配置一套工频调感谐振耐压测试装置为例，并且结合图1至图6来对本发明作进一步说明，但不限定本发明。
1.试验变压器调压控制装置
如图1和图2所示：试验变压器调压控制装置(VCB)是采用本申请人先前申请的且已授权的实用新型专利(专利号2008200662897)，该装置主要由调压控制电路、调压保护电路、计时系统组成，输入电源(AC220V/32A)由两只接线柱(红、黑)引入，输出有一只“公共”接线柱和四只功能接线柱，分别为“耐”、“漏”、“避雷”、“3kVA”。在做工频谐振耐压试验时根据需要选择使用“耐”或“3kVA”接线柱；做直流耐压试验时使用“漏”接线柱；做避雷器试验时使用“避雷”接线柱。电容分压器通过专用测量导线将电压测量信号直接接入试验变压器调压控制装置，以便于试验电压读数和实现过电压保护功能。面板上的“过流保护器”，在试验时起过流保护作用，保护整定值可根据试验内容进行调整。该装置具有试验计时功能。
如上所述，试验变压器调压控制装置具有兼容传统补偿变压器耐压和高压电气设备直流耐压功能。
2.励磁变压器(ET)：
图3为励磁变压器绕组连接示意图。励磁变压器一次绕组为交流220V输入电源，二次绕组设计输出电压分别为1kV/4A、2kV/2A、4kV/1A三个等级，容量均为4kVA.
3.固定电抗器(FR)：1A/27KV/100-90-80-70H，四台。
图4为固定电抗器结构示意图。每台固定电抗器具有100H、90H、80H、70H电感量的抽头，电流1A，最大输出电压27kV。
4.微调电抗器(FRR)：
图5为微调电抗器结构示意图。本套装置设计两台技术参数分别为20~80H/2A，5~25H/4A的微调电抗器。微调电抗器在电感调节范围内，采用无极调节的方式，可以满足不同的试品在试验时均可以产生谐振。
5.电容分压器(CVD)：
图6为电容分压器结构示意图。电容分压器底座上分别设置两个不同的接口供两种试验电压等级的情况使用，参数配置120kV/5000Pf；电容分压器分为两节，每节为60KV/10000pF，当试验电压小于60kV时，只使用下节及60kV接口；当试验电压大于60kV时，使用两节串联连接及120kV接口。设备提供过压保护功能，提供过压无源节点连接到试验变压器调压控制装置启动回路，电压值可设定；分压比均为1000∶1；测量精度为有效值1.5级。
6.补偿电容器(CC)
补偿电容器参数配置为27kV/80000pF，四只补偿电容器通过不同组合为被试设备提供电容补偿，以达到谐振目的。
根据上述公式1和公式2，对电抗器、补偿电容器进行相应组合，即可实现其他各项被试品的工频耐压试验。
以10kV/300mm2的电缆为例，其耐压等级为：
①2UO为8.7×2＝17.4kV(耐压时间60分钟)
②2.5UO为8.7×2.5＝21.74kV(耐压时间5分钟)
对10kV/300mm2电缆，当电缆长度为1500m时：
电容量0.56325μF，补偿电容器(含电容分压器)的电容量为0.01μF，总电容量0.57325μF，当频率为50Hz时，产生谐振所需电感量根据公式1计算为：
根据公式2可计算试验电流：
(1)当试验电压17.4kV时
I＝ωCXU试＝2πfCXU试＝2×3.14×50×0.57325×17.4×10-3＝3.132A
(2)当试验电压21.74kV时
I＝ωCXU试＝2πfCXU试＝2×3.14×50×0.57325×21.74×10-3＝3.913A
根据上述试验电流的计算，选定4A/5～25H微调电抗器，可产生17.7H电感量，即可满足1500m电缆工频谐振耐压的要求。
本发明在工频耐压交接试验的应用过程中，利用工频调感谐振耐压测试装置对被试物采用包括以下步骤的方法进行试验：
(1)对被试设备进行清洁处理，防止灰尘、水渍等影响被试设备电容量的测量；
(2)检查被试设备的对地绝缘距离，不符合要求的应进行相应处理；
(3)检测被试设备的相间及对地绝缘，并做好记录；检测完毕，对被试设备充分放电；
(4)根据耐压试验的要求，将被试设备需要短接的点用短接线连接，非被试点应短接接地；
(5)利用电容表测量被试点对地的总电容量；
(6)根据所测量的电容量，将试验线路进行连接，并且注意实际测量的电容值应在所选择的电容量范围的相对中间的位置；
(7)按所选择的连接方式连接好试验线路；
(8)对被试设备缓慢升压至500V～1000V，并且注意观察电流，然后调节微调电抗器，使电压表所指示的电压为最大值；
(9)继续升高电压至试验电压值，升压过程中注意观察电流的显示情况，如果试验电流超过试验线路的最大电流，说明所选择的线路连接方式不对或电容值测量有误，应停止试验，重新检测；若无问题，开始计时；
(10)试验完毕，逐步降低试验电压，切断试验电源；利用放电棒充分放电；
(11)检测被试设备的相间及对地绝缘，做好记录；检测完毕，对被试设备充分放电；
(12)拆除所有试验连接的临时线路；
经过上述步骤，完成对被试物进行的工频交流耐压试验。
附表
表1 35kV油浸式电力变压器工频耐压试验线路连接对照表
表2 10kV发电机工频耐压试验线路连接对照表
表3 6kV电动机工频耐压试验线路连接对照表
表4 35kV高压真空开关工频耐压试验线路连接对照表
表5 26/35kV电缆工频耐压试验线路连接对照表
Claims (1)
1.一种工频调感谐振耐压方法的用途，其特征是：
工频调感谐振耐压方法是采用包括以下步骤的方法：
1)准备工作：根据试验内容组合试验设备，所述试验设备包括试验变压器调压控制装置、励磁变压器、固定电抗器、微调电抗器、补偿电容器、电容分压器，
2)根据冶金工业电气安装工程中35kV及以下高压被试设备的电容量，采用相应的固定电抗器、微调电抗器连接方式和参数配置，
所述被试设备是指35kV及以下高压系统的变压器、发电机、电动机、高压开关、高压电缆及其他相关设备；其他相关设备是指隔离开关、负荷开关、瓷瓶、电抗器、电容器，
3)根据被试设备的电容量和设备的配置选择补偿电容器的连接方式和参数配置，
4)利用谐振原理对微调电抗器进行微调，使试验回路达到谐振状态，输出电压达到最大值；在谐振状态下，达到耐压试验目的时对试验设备容量需求最小；
工频调感谐振耐压方法的用途是在冶金工业电气安装工程中被试设备进行工频耐压交接试验的应用，在工频耐压交接试验的应用过程中，利用工频调感谐振耐压测试装置对被试设备采用包括以下步骤的方法进行试验：
(1)对被试设备进行清洁处理，防止灰尘、水渍影响被试设备电容量的测量，
(2)检查被试设备的对地绝缘距离，不符合要求的应进行相应处理，
(3)检测被试设备的相间及对地绝缘，并做好记录；检测完毕，对被试设备充分放电，
(4)根据耐压试验的要求，将被试设备需要短接的点用短接线连接，非被试点应短接接地，
(5)利用电容表测量被试点对地的总电容量，
(6)根据所测量的电容量，将试验线路进行连接，并且注意实际测量的电容值应在所选择的电容量范围的相对中间的位置，
(7)按所选择的连接方式连接好试验线路，
(8)对被试设备缓慢升压至500V～1000V，并且注意观察电流，然后调节微调电抗器，使电压表所指示的电压为最大值，
(9)继续升高电压至试验电压值，升压过程中注意观察电流的显示情况，如果试验电流超过试验线路的最大电流，说明所选择的线路连接方式不对或电容值测量有误，应停止试验，重新检测；若无问题，开始计时，
(10)试验完毕，逐步降低试验电压，切断试验电源；利用放电棒充分放电，
(11)检测被试设备的相间及对地绝缘，并做好记录；检测完毕，对被试设备充分放电，
(12)拆除所有试验连接的临时线路，
经过上述步骤，完成对被试设备进行的工频交流耐压试验。
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