HTXZ-800kVA/40kV×10变频串联谐振技术方案
HTXZ-800kVA/40kV×10变频串联谐振耐压试验装置
技术方案
生产厂家：武汉市国电西高自动化有限责任公司
设计人： 李虎
设计时间：2017年10月25日
一、 满足试品范围
1、110kV/630mm2长度0.5km电缆的交流耐压试验，电容量≤0.1005uF，试验频率30-300Hz，试验电压128kV，试验时间60min。
2、220kV/630mm2长度0.2km电缆的交流耐压试验，电容量≤0.0288uF，试验频率30-300Hz，试验电压216kV，试验时间60min
3、220kV/100MVA主变中性点的交流耐压试验，电容量≤0.02uF，试验频率45-65Hz，试验电压160kV，试验时间1min。
4、220kV开关、GIS、互感器的交流耐压试验，试验频率30-300Hz，试验电压不超过395kV，试验时间1min。
二、 装置主要组成
序号 |
设备名称 |
规格型号 |
单位 |
数量 |
1 |
变频电源 |
HTXZ-37kW |
台 |
1 |
2 |
激励变压器 |
HTJL-37kVA/6/12/24kV/0.4kV |
台 |
1 |
3 |
高压电抗器 |
HTDK-80kVA/40kV |
台 |
10 |
4 |
电容分压器 |
HTFY-500pF/400kV |
套 |
1 |
三、 主要功能及特征
HTXZ系列变频串联谐振耐压试验装置，采用调节电源频率的方式，使得电抗器与被试电容器实现谐振，从而在被试品上获得高电压大电流，因其所需电源功率小、设备重量轻体积小，在国内外得到了广泛好评和应用，是当前高电压试验的新方法和潮流。
我公司调频谐振装置主要功能及其技术特点：
1、装置具有过压、过流、零位启动、系统失谐（闪络）等保护功能，过压过流保护值可以根据用户需要整定，试品闪络时闪络保护动作并能记下闪络电压值，以供试验分析。
2、整个装置单件重量很轻，便于现场使用。
3、装置具有三种工作模式：全自动模式、手动模式、自动调谐手动升压模式；方便用户根据现场情况灵活选择，提高试验速度。
4、能存储和异地打印数据，存入的数据编号是数字，方便用户识别和查找。
5、装置自动扫频时频率起点可以在规定范围内任意设定，扫频方向可以向上、向下选择，同时液晶大屏幕显示扫描曲线，方便使用者直观了解是否找到谐振点。
6、采用DSP平台技术，可根据用户需要增减功能和升级，人机交换界面更为人性化。
7、所需电源容量大大减小。串联谐振电源是利用谐振电抗器和被试品电容谐振产生高电压和大电流的，在整个系统中，电源只需要提供系统中有功消耗的部分，因此试验所需的电源功率只有试验容量的1/Q。
8、设备的重量和体积大大减少。串联谐振装置中，省去了笨重的大功率调压装置和普通的大功率工频试验变压器，而且，谐振激磁电源只需试验容量的1/Q，使得系统重量和体积大大减少，一般为普通试验装置的1/10-1/30。
9、有效改善输出电压波形。谐振电源是谐振式滤波电路，能改善输出电压的波形畸变，获得很好的正弦波形，有效防止了谐波峰值对试品的误击穿。
10、防止大的短路电流烧伤故障点。在串联谐振状态，当试品的绝缘弱点被击穿时，电路立即脱谐，回路电流迅速下降为正常试验电流的1/Q，而用并联谐振或者试验变压器做耐压试验时，击穿电流立即上升几十倍，两者相比，短路电流与击穿电流相差数百倍。串联谐振能有效的找到绝缘弱点，又不存在大的短路电流烧伤故障点的忧患。
11、不会出现任何恢复过电压。试品发生击穿时，因失去谐振条件，高电压也立即消失，电弧即刻熄灭，且恢复电压的再建立过程很长，很容易在再次达到闪络电压前断开电源，这种电压的恢复过程是一种能量积累的间歇振荡过程，其过程长，而且不会出现任何恢复过电压。
四、主要技术参数
1. 额定容量：800kVA
2. 额定电压：40kV；160kV；400kV
3. 额定电流：20A；5A；2A
4. 测量精度：系统有效值1.5级
5. 工作频率：30-300Hz
6. 装置输出波形：正弦波
7. 品质因素：装置自身Q≥30(f=45Hz)
8. 波形畸变率：输出电压波形畸变率≤1%
9. 输入电源：单相220或三相380V电压，频率为50Hz
10. 工作时间：额定负载下允许连续60min；过压1.1倍1分钟
11. 温升：额定负载下连续运行60min后温升≤65K
12. 保护功能：过压、过流、零位启动、系统失谐（闪络）等保护功能
13. 环境温度：－20℃-55℃
14. 相对湿度：≤90%RH
15. 海拔高度:≤3000米
五、装置容量验证
装置容量定为800kVA，分十节电抗器，电抗器单节为80kVA/40kV/2A/60H，
验证：1、110kV/630mm2长度0.5km电缆的交流耐压试验，电容量≤0.1005uF，试验频率30-300Hz，试验电压128kV，试验时间60min。
使用电抗器四节串联（互感系数1.2）两组并联，则L=60×4×1.2/2=144H ，则：
试验频率：f=1/2π√LC=1/(2×3.14×√144×0.1005×10-6)=41.84Hz
试验电流：I=2πfCU试 =2π×41.84×0.1005×10-6×128×103=3.38A
2、220kV/630mm2长度0.2km电缆的交流耐压试验，电容量≤0.0288uF，试验频率30-300Hz，试验电压216kV，试验时间60min
使用电抗器六节串联，则L=60×6×1.3=468H ，则：
试验频率：f=1/2π√LC=1/(2×3.14×√468×0.0288×10-6)=43.35Hz
试验电流：I=2πfCU试 =2π×43.35×0.0288×10-6×216×103=1.69A
3、220kV/100MVA主变中性点的交流耐压试验，电容量≤0.02uF，试验频率45-65Hz，试验电压160kV，试验时间1min。
使用电抗器五节串联，则L=60×6×1.25=375H ，则：
试验频率：f=1/2π√LC=1/(2×3.14×√375×0.02×10-6)=58.12Hz
试验电流：I=2πfCU试 =2π×58.12×0.02×10-6×160×103=1.17A
满足实验要求。
六、试验时设备组合方式
组合方式 被试品对象 |
电抗器选择 （80kVA/40kV十节） |
激励变压器 输出端选择 |
试验电压(kV) |
110kV/630mm2电缆0.5km |
使用电抗器四节串联 两组并联 |
6kV |
≤128kV |
220kV/630mm2电缆0.2km |
使用电抗器六节串联 |
12kV |
≤216kV |
220kV/100MVA主变中性点 |
使用电抗器五节串联 |
12kV |
≤160kV |
220kV开关、GIS、互感器 |
使用电抗器十节串联 |
24kV |
≤395kV |
七、系统配置参数
(一) 变频电源HTXZ- 37kW 1台
1) 额定输出容量：37kW
2) 工作电源：380±10%V（三相），工频
3) 输出电压：0�C400V
4) 额定输入电流：92.5A
5) 额定输出电流：92.5A
6) 电压分辨率：0.01kV
7) 电压测量精度：1.5%
8) 频率调节范围：30�C300Hz
9) 频率调节分辨率：≤0.1Hz
10) 频率稳定度：0.1%
11) 运 行 时 间：额定容量下连续60min
12) 温升：额定容量下连续运行60min元器件最高温度≤65K
13) 噪 声 水 平：≤50dB
14) 重 量：约35kg
(二) 激励变压器HTJL-37kVA/6/12/24kV/0.4kV 1台
1) 额定容量：37kVA
2) 输入电压：0-400V
3) 输出电压：6/12/24kV
4) 结 构：干式
5) 重 量：约180kg
(三) 高压电抗器HTDK-80kVA/40kV 10节
1) 额定容量：80kVA;
2) 额定电压：40kV
3) 额定电流：2A
4) 电 感 量：60H/单节
5) 品质因素：Q≥30 (f=45Hz)
6) 结 构：干式
7) 重 量：约65kg
(四) 电容分压器HTFY-500pF/400kV 1套
1) 额定电压：400kV
2) 高压电容量：500pF
3) 介质损耗：tgσ≤0.5%
4) 分 压 比：6000：1
5) 测量精度：有效值1.5级
6) 重 量：约35kg
八、供货清单
序号 |
设 备 名 称 |
型 号 及 规 格 |
单位 |
数量 |
1 |
变频电源 |
HTXZ-37kW |
台 |
1 |
2 |
激励变压器 |
HTJL-37kVA/6/12/24kV/0.4kV |
台 |
1 |
3 |
高压电抗器 |
HTDK-80kVA/40kV |
台 |
10 |
4 |
电容分压器 |
HTFY-500pF/400kV |
套 |
1 |
5 |
串联谐振测试线 |
套 |
1 |
|
6 |
出厂检验报告 |
份 |
1 |
|
7 |
使用说明书 |
份 |
1 |
|
8 |
产品合格证 |
份 |
1 |
|
9 |
装箱清单 |
份 |
1 |
九、参考实验标准
DL/T 596-1996 |
《电力设备预防性试验规程》 |
GB50150-2006 |
《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》 |
GB10229-88 |
《电抗器》 |
GB1094 |
《电力变压器》 |
GB1094.1-GB1094.6-96 |
《外壳防护等级》 |
GB2900 |
《电工名词术语》 |
GB/T16927.1~2-1997 |
《高电压试验技术》 |
DL/T474.4-2006 《现场绝缘试验实施导则－交流耐压试验》
DL/T1015 《现场直流和交流耐压试验电压测量系统的使用导则》
GB/T311.1-1997 《高压输变电设备的绝缘与配合》
GB191-2000 《包装储运图示标志》
JB/T9641-1999 《试验变压器》
IEC358(1990) 《耦合电容器和电容分压器》
GB4793-1984 《电子测量仪器安全要求》
GB/T3859.2-1993 《半导体变流器应用导则》
GB/T2423.8-1995 《电工电子产品基本环境试验规程》
DL/T849.6-2004 《电力设备专用测试仪器通用技术条件第6部分：高压谐振试验装置》