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          0.1Hz超低頻正弦波耐壓試驗技術(shù)及應(yīng)用
          
						
          
				作者：
				時間：2012-02-01
				來源：網(wǎng)絡(luò)
				
				
				
				
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          0.1Hz超低頻正弦波耐壓試驗技術(shù)及應(yīng)用
          摘　要　本文著重介紹了國際上普遍采用的0.1Hz超低頻正弦波耐壓試驗技術(shù)及運用這一技術(shù)的耐壓測試設(shè)備。美國高電壓公司最新推出的90kV耐壓測試儀，解決了我國35kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜無合適耐壓試驗設(shè)備的難題。該測試設(shè)備直接產(chǎn)生一種真正的正弦波，同時不會增加額外的技術(shù)難度。這樣不僅減輕了重量節(jié)約了成本，而且也簡化了它在診斷測試，諸如介損測試、局放測試和現(xiàn)場故障定位等領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。本文還引入了美國電子與電氣工程師協(xié)會在2003年8月最新發(fā)布的IEEE P400.2/D1標準的核心內(nèi)容，此標準可用于指導現(xiàn)場屏蔽電力電纜系統(tǒng)的耐壓、診斷試驗。

          關(guān)鍵詞　超低頻 正弦波 90kV 耐壓試驗　放電電阻


          一． 前言

          　　
          保證供電可靠性的重要措施之一就是對（地埋）電力電纜進行耐壓試驗（預(yù)防性試驗）即檢查電力電纜的絕緣狀況。

          　　
          70年代以來，聚乙烯/交聯(lián)聚乙烯電纜得到廣泛應(yīng)用并逐步取代傳統(tǒng)的油紙電纜，特別是中低壓電力電纜，直流耐壓試驗方法已不適用于這類電纜。原因是在直流電壓作用下，空間電荷效應(yīng)嚴重，直流耐壓試驗危害交聯(lián)聚乙烯電纜的介電強度和壽命。在現(xiàn)場工頻測試中使用交流測試設(shè)備也有它自己的問題。測試設(shè)備往往既龐大又笨重，同時價格也昂貴。超低頻檢測設(shè)備多年來一直用于檢測大型旋轉(zhuǎn)電機，比如大型水輪發(fā)電機。但這種技術(shù)并沒有用于電纜，過去所能利用的設(shè)備通常使用的是頻率為0.1周（Hz）并有多種不同波形的電壓，如矩形波和三角波等。該設(shè)備在某種形式上有合理的成本和重量因素，并沒有彌補這些非標準的波形測試電纜技術(shù)數(shù)據(jù)的缺乏。

          　　
          由此可見，大家熟知且行得通的老辦法：直流試驗已說明是無效的，在有些情況下還會擴大損傷而在試驗時并不能發(fā)現(xiàn)。交流試驗是有效的，但是由于電纜為容性負載，需要很大的試驗容量（S=ωCUS2=2πfCUS2 kVA）

          式中：　　　　　　C—被試電纜電容量 μf/km

          　　　　　　　　　
          US—試驗電壓 kV

          　　　　　　　　　
          f—工頻頻率，我國為50Hz


          　　
          傳統(tǒng)的超低頻技術(shù)又不適用于電纜，因此需要研究一個新的電纜檢測方法。


          二．0.1Hz超低頻正弦波技術(shù)

          　　
          早在70年代美國高電壓公司就致力于超低頻電纜檢測方法的研究。他們采用了新的方法，生產(chǎn)的電纜檢測設(shè)備能產(chǎn)生真正的高壓正弦波，而且設(shè)備很輕，成本接近直流測試系統(tǒng)。實踐也證實：使用超低頻高壓的固體絕緣電纜的擊穿電壓與使用交流工頻所得到的電壓值是相當?shù)摹?BR>
          　　
          新的設(shè)計方法允許以通常的耐壓水平測試負荷遠遠超過5微法的電纜進行測試，并且僅使用電壓為120伏、頻率為60Hz（或220伏50Hz）的電源。而且，該項設(shè)計還可擴展到一些頻率為0.05、0.02、0.01Hz的更低頻率操作中去（0.01Hz的頻率測試針對超長電纜）。

          1.系統(tǒng)設(shè)計原理

          　　
          該設(shè)計的基本思路是產(chǎn)生像正弦波那樣的超低頻波形。用超低頻以低充電電流，相對長一點的時間間隔對試品充電至高壓，這里超低頻的波形是關(guān)鍵，特別適合的是正弦波，因其避免了其他波形可能產(chǎn)生的高頻諧波，而該高頻諧波會對測試目標產(chǎn)生駐波或有害的電壓突變。該新設(shè)計的基本理念已經(jīng)在圖1中展示出來了。系統(tǒng)所需的輸入功率是從一個正常的120伏60Hz或220伏50Hz的電源處獲得。輸出電壓的振幅是由自動可
          圖1


          調(diào)變壓器控制的，由圖1中的T1來表示。該變壓器的輸出用相應(yīng)需要的超低頻來調(diào)節(jié)，如0.1Hz。該過程在圖1中用T2來表示。T2的輸出以正弦波模式周期性地增加或減少，頻率是兩倍的輸出頻率，這樣就會產(chǎn)生一個60（或50Hz）電壓，振幅變化見圖2（a）。該調(diào)制工頻電壓經(jīng)過高壓變壓器逐步升壓，即圖1中的T3。該高壓變壓器的輸出通過一個能產(chǎn)生單極電壓的全波整流器來整流，見圖2（b）。最后，整流器與終端之間的一個極性開關(guān)每隔半個周期就會將整流后的電壓的極性顛倒一下。輸出電纜和被測試品的電容將提供充足的濾波，以便將120Hz的波動減至一個可接受的水平，其最終波形是在圖2（c）中顯示出來的一個高壓超低頻正弦波。圖2中所顯示的波形并沒有考慮到被測試品的能量儲存情況。超低頻檢測設(shè)備主要應(yīng)用于大型電力設(shè)備元件的高壓測試。該類被測試品有很大的電容，當外加電壓的相角處于90o-180o或270o-360o之間的時候，電容必須要放電。
          圖2 系統(tǒng)各階段輸出波形
          2. 試品電容的放電

          　　
          大容量容性試品被施加交流電時必需要在每個半波放電，傳統(tǒng)的工頻交流試驗在試品和電源之間有很大的能量流動，這需要大型的變壓器，調(diào)節(jié)器等。在超低頻系統(tǒng)中，所需功率非常低，與50Hz系統(tǒng)相比，0.1Hz系統(tǒng)要小500倍。結(jié)果，這些能量在測試裝置自身中進行交換便非常容易了。

          　　
          本章論述的是一項用于試品放電的專利技術(shù)，它能確保高壓輸出是真正的正弦波。系統(tǒng)連續(xù)接入一系列阻性負載至輸出回路對試品電容放電。正常情況下，應(yīng)用電阻與電容并聯(lián)使電容電壓以指數(shù)曲線衰減。電阻的選擇使電壓經(jīng)過RC混和放電回路降至標準正弦波下方。

          　　
          因此，電阻接入回路時，系統(tǒng)高壓變壓器的正弦電壓通過補償放電電阻所需電流來保持正弦波型。最初的RC回路指數(shù)曲線衰減變化率很高，隨 
				
            
                
			
							
          
                
			            
          
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