HDSR串联谐振耐压试验装置的分析

  近年来，国际、国内很多研究机构的研究成果表明：直流耐压试验不适合用于交联聚乙烯电缆试验。一些电缆即使通过了直流耐压试验，投运后不久仍然发生绝缘击穿事故，直流耐压试验时对绝缘的影响主要体现在：

  （1）直流电压对交联聚乙烯绝缘有积累效应，即“记忆性”。电缆一旦有了由于直流试验而引起的“记忆性”，残留在电缆中的直流电荷就需要很久来释放。而当该电缆投入运行时，直流电荷便会叠加在交流电压峰值上，产生超过电缆的额定电压的“和电压”时，绝缘就容易老化，常规使用的寿命也因此而缩短。

  （2）试验电压偏高，绝缘承受的电场强度较高，这种高电压可能使原本良好的绝缘造成损伤和产生缺陷。

  （3）直流电压与实际运行的交流电压作用不同。直流电压作用下，只有绝缘材料的电阻率决定绝缘中的电场分布，而交流下的电场分布则由电阻率和介电系数两者决定。因此在实际应用中，经常发生直流耐压试验合格的电缆，投入运行后，在正常工作电压作用下，也会发生绝缘故障。也就是说，直流耐压试验并不能象交流耐压一样可以准确地反映电缆中的绝缘缺陷。

  （4）在直流电压下，交联电缆绝缘层出现的水树枝，容易形成电树枝放电，加速绝缘老化。

  因此，为了检验和保证电缆的安装质量，在送电投运前进行现场交流耐压实验十分必要，但是，由于电力电缆对地电容量很大，需要较大容量的实验设备和电源，在现场采用50HZ工频进行交流耐压实验条件难以具备。因此，可根据详细情况，采用串联谐振的方法解决试验设备容量不够的问题。

  如果被试品的试验电压较高，而电容量较小，一般可采用串联谐振的方法，其等效电路图如图一所示。

  当试验回路中wxl=wxc（c包括cx、c1、c2）时，试验回路产生串联谐振，此时能在试品上产生串联谐振，此时能在试品上较高的试验电压（试验电压高低与回路品质因素相关）。对于电力电缆来说，电容量较大，采用传统的工频试验变压器很笨重，且大电流的工作电源在现场不易取得。其输入电源的容量能明显降低，重量减轻，便于使用和运输。被试设备的电容量C是固定的，要使试验回路产生谐振就要改变试验回路的电感L或频率w。

  高压电缆的现场交流耐压一般都会采用的调频式（30-300HZ）串联谐振试验设备，能够获得更有较高的品质因素（Q值），并具有自动调谐、多重保护，以及低噪音、灵活的组合方式等特点

  1. 300mm2电缆长可达1km（10kV变配电站中或是风电站中长距离），电容量≤0.37μF，试验谐振频率为30-300Hz,试验电压22kV。

  2. 10kV开关，绝缘子及母线交流耐压试验，试验谐振频率为30-300Hz,试验电压不超过42kV。

  3. 10KV变压器交流耐压试验，试验谐振频率为30-300Hz，试验电压28KV。

  .工作环境（电抗器下方禁有地网或是铁板铁网类金属物品，不然容易烧坏电抗器）

  1.本公司生产此装置具有过压、过流、零位启动、系统失谐、高压闪络故障等保护功能，过压过流保护值能够准确的通过用户需要整定，试品闪络时闪络保护动作并能记下闪落电压值，以供试验分析。

  2.HDTF变频串联谐振试验成套装置装置中单件重量很轻，不超过50kg，便于拖到现场使用。

  3.装置具有两种工作模式，方便用户根据现场情况灵活选择，提高试验速度。两种工作模式操作性灵活，可根据现场情况设置成全自动模式、手动模式、自动调谐或手动调频，手动升压模式或自动升压模式。

  4.能存储及时打印和异地打印数据，打印出的结果可显示出耐压及时间值，可在预防性试验册中直接粘贴测试打印结果，存入的数据编号也是数字及日期时间段，方便的帮助用户识别和查找。

  5.装置自动扫频时频率起点可以在规定范围内任意设定，当装置已大致找到谐振频率时，设备会自动进行微调节，同时彩色液晶大屏幕显示扫描谐振、升压、记时曲线方便使用者直观了解是否找到谐振点。

  6.采用了DSP平台技术，可以方便的按照每个用户需要增减功能和升级，也使得人机交换界面更为人性化。

  1.额定电压：44kV--满足10kV开关，绝缘子及母线.输出电压波形畸变率：1.0％

  3.允许连续上班时间：额定条件下一次性工作30分钟，在对电缆耐压时，满足持续工作60分钟

  1.主电路构成及工作原理图1所示的软开关推挽电路中MOSFET开关管和整流二极管均工作在零电压开通和零电流关断条件下，不仅效率高，并且电路的重量轻，体积小，成本低，输出电压纹波小。应用于纯正弦波输出车载逆变电源中的推挽电路需要将12V蓄电池电压升压到逆变电路所需的360V中间直流母线电压。考虑到蓄电池电压的波动，为使变换器在10V的输入电压下正常工作，变压器次级绕组和初级绕组的匝数比较大。这将导致出现变压器初、次级耦合不够紧密，损耗增大等问题，最终造成效率下降。

  为提高变换器效率，在上述电路基础上，提出一种双变压器串联谐振软开关电路拓扑，两个推挽变换器的变压器次级串联，并且实现串联谐振软开关，如图2所示。该变换器包括4个MOSFET开关管VT11，VT12，VT21，VT22、两个变压器、串联谐振电路、输出整流器、输出滤波电容Co和负载R Lo旁路电容C11，C12，C21，C22利用MOSFET开关管漏源极间的寄生电容，串联谐振电感L利用变压器次级的漏感。选择串联电路的谐振频率为电路工作的开关频率。由于C0较大，故输出电压可看作近似恒定;谐振电路损耗忽略不计。令谐振电感电流i L 和谐振电容电压u c 的初始值分别为i L0 和u C0，则i L 和u c 应满足：

  电路达到稳态后，开关管导通时L-C串联谐振电路的压降为零。令开关管从t o时刻开始导通，则在导通阶段，式(2)和式(3)可简化为：

  由上述分析可得图3所示的电路理想工作波形。其中i ml ，i m2 分别为两个变压器的激磁电流。

  可见，阶段2和4的时间由开关管漏源极间的寄生电容与变压器激磁电流决定，在t 2 或t 4 时刻后开通VT12，VT22或VT11，VT21就可以实现零电压开通。

  2.双变压器电路与单变压器电路的比较分析可见,双变压器电路用次级串联的两个变压器取代了单个变压器。其初级的两个独立的推挽主电路分别连接输入电源，并采用相同时序的控制信号。该电路利用两个变压器次级漏感之和作为串联谐振电感，无需额外的电感，保持了单变压器电路的优点。此外，其优点还有：①变压器匝比减为原先单个变压器时的一半，在输入电压一定时，次级电压减为原先的一半，次级串联后得到的电压等于原先的电压。由于匝比减小，较好解决了初、次级的耦合问题，减小了损耗。②输出功率一定时，流过开关管与变压器初级的电流都减半。因此，单个开关管的导通损耗和单个变压器的初级铜耗将减为原先的1/4，全部开关管的导通损耗和全部变压器的初级铜耗也将减为原先的一半，有效提升了效率。根据真实的情况设计变压器时应注意：①要尽量保证变压器的次级漏感应小，以确保品质因数在一些范围内，从而使电路工作过程中谐振元件不用承受太大的电压;②两个变压器参数保持一致，使它们传递同样的功率，防止因功率不同出现的过热现象。