高壓電纜串聯諧振基本原理及結構組成

　　高壓電纜串聯諧振是一種在電力系統中用于高壓電纜試驗和檢測的重要技術手段，在保障電纜安全運行方面發揮著關鍵作用。以下為您詳細介紹：
 

　　基本原理
 

　　在電阻、電感及電容所組成的串聯電路內，當容抗\(X_C\)等于感抗\(X_L\)時，即\(X_C=X_L\)，電路就會發生串聯諧振。此時電路中的電壓\(U\)與電流\(I\)的相位相同，電路呈現純電阻性。在這種狀態下，電感和電容上可能會產生比電源電壓大很多倍的高電壓，所以串聯諧振也稱電壓諧振。在高壓電纜試驗中，利用串聯諧振電抗器和被試品(高壓電纜)電容諧振產生高電壓和大電流，電源只需提供系統中有功消耗的部分，試驗所需的電源功率只有試驗容量的\(1/Q\)(\(Q\)為品質因數)。
 

　　試驗裝置組成
 

　　-變頻電源：將幅值和頻率固定的\(220V\)或\(380V\)工頻正弦交流電轉變為幅值和頻率可調的正弦波，為整套設備提供電源，并且集操作、保護、控制、監測功能于一體。其額定功率一般在\(5.5-500kW\)，輸入電壓常見為三相\(380V±5\%\)或單相\(220V±5\%\)，\(45-65Hz\)，輸出電壓\(0-400V\)可調，輸出電壓頻率范圍在\(20-300Hz\)，頻率調節精度可達\(0.1Hz\)步進可調，頻率不穩定度\(\leq0.02\%\)。
 

　　-勵磁變壓器：將變頻電源輸出的電壓升高到合適的試驗電壓，同時起到隔離高壓和低壓的作用。其額定容量一般在\(3.5-500kVA\)，輸入電壓會根據容量不同有所差異，當容量在\(5.5-20kW\)時輸入是\(200V/400V\)，當容量在\(20-500kW\)時輸入是\(400V\)。
 

　　-高壓電抗器：是諧振回路的重要部件，當電源頻率等于\(1/(2\pi\sqrt)\)(\(L\)為電抗器電感，\(C_X\)為被試品電容)時，它與被試品(高壓電纜)電容發生串聯諧振。額定工作電壓一般在\(0-1000kV\)，額定工作電流在\(1-10A\)，額定電感量在\(30-600H\)，連續工作時間通常為\(15min\)，溫升小于\(60℃\)，工作頻率范圍在\(20-300Hz\)。
 

　　-電容分壓器：用于測量調節器上的高壓電壓值和低壓，同時也參與諧振回路。自身電容量一般在\(300-5000pF\)，額定電壓在\(10-1000kV\)，工作頻率為\(20-300Hz\)，不確定度為\(1.0\%\)。
 

 

　　主要優點
 

　　1.所需電源容量小：如前文所述，電源只需提供系統中有功消耗部分，大大減小了試驗所需的電源容量，降低了對電源設備的要求。
 

　　2.設備輕便：省去了笨重的大功率調壓儀器和普通的大功率工頻試驗變壓器，而且諧振激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，一般為普通試驗儀器的\(1/10-1/30\)，便于運輸和現場操作。
 

　　3.輸出電壓波形好：諧振電源是諧振式濾波電路，能有效改善輸出電壓的波形畸變，獲得很好的正弦波形，可防止諧波峰值對試品的誤擊穿，提高試驗結果的準確性。
 

　　4.保護故障點：在串聯諧振狀態下，當試品(高壓電纜)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\(1/Q\)。與并聯諧振或者試驗變壓器方式做耐壓試驗相比，短路電流與擊穿電流相差數百倍，能有效找到絕緣弱點，又不存在大的短路電流燒傷故障點的憂患。
 

　　5.無恢復過電壓：試品發生擊穿時，因失去諧振條件，高電壓立即消失，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，不會出現任何恢復過電壓，對電纜絕緣的損傷較小。
 

　　應用場景
 

　　主要用于\(10kV\)、\(35kV\)、\(110kV\)、\(220kV\)等高壓電纜的交流耐壓試驗，也可用于變電站及線路等所有電氣主設備的交流耐壓試驗，是電力系統預防性試驗和交接試驗中的重要設備。