大容量超高压GIL或电缆现场耐压试验平台及实验方法与流程

大容量超高压gil或电缆现场耐压试验平台及实验方法
技术领域
1.本发明涉及电气设备技术领域，具体地指一种大容量超高压gil(气体绝缘金属封闭输电线路)或电缆现场耐压试验平台及实验方法。


背景技术：

2.随着国民经济的高速增长，城市化建设的进程日益发展，对于提高供电可靠性和稳定性的需求也越来越迫切。高电压、大截面的电力电缆大量使用于市区内的高压输电通道。大容量超高压gil或电缆在运输和安装过程有可能出现绝缘缺陷，这些绝缘缺陷会导致起火、大面积停电等事故。目前，针对gil的耐压试验均采用直流耐压来代替gil或电缆的交流耐压试验，该方法存在着试验手段不能完全等效的缺点，无法准确对gil或电缆的绝缘缺陷进行评估，给系统运行的可靠性带来风险。


技术实现要素：

3.本发明的目的就是要提供一种大容量超高压gil或电缆现场耐压试验平台及实验方法，该装置和方法能准确检测大容量超高压gil或电缆在运输和安装过程导致的绝缘缺陷。
4.为实现此目的，本发明所设计的大容量超高压gil或电缆现场耐压试验平台，其特征在于：它包括变频电源、励磁变压器和谐振电抗器，变频电源用于输出频率和脉宽可调的方波电压，励磁变压器用于对频率和脉宽可调的方波电压进行升压，谐振电抗器用于利用串联谐振升压原理对升压后的方波电压继续进行升压处理，获得所需的高压试验电压，谐振电抗器还用于根据高压试验电压为耐压试验试品提供感性无功功率。
5.本发明的有益效果：
6.本发明通过上述设计能对gil或电缆进行现场交流耐压试验，能更贴近gil或电缆实际运行的环境，能准确地检测大容量超高压gil或电缆在运输和安装过程中导致的绝缘缺陷，为电缆工程提前投运提供保障。并且该平台结构简单，便于小型化和可移动化。
附图说明
7.图1为本发明的原理示意图；
8.图2为变频电源的结构示意图；
9.图3为本发明并联的结构示意图；
10.图4为本发明串联的结构示意图；
11.图5为本发明车载设计图。
12.其中，1—变频电源、1.1—三相桥式整流模块、1.2—逆变模块、1.3—电容器组、1.4—igbt驱动模块、1.5—可编程逻辑单元、1.6—电压检测器、2—励磁变压器、2.1—第一励磁变压器、2.2—第二励磁变压器、3—谐振电抗器、3.1—第一谐振电抗器、3.2—第二谐振电抗器、4—高压测试分压器、4.1—第一高压测试分压器、4.2—第二高压测试分压器、
5—三相电源、6—耐压试验试品。
具体实施方式
13.以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
14.如图1～5所示大容量超高压gil或电缆现场耐压试验平台，它包括变频电源1、励磁变压器2和谐振电抗器3，变频电源1用于输出频率和脉宽可调的方波电压，励磁变压器2用于对频率和脉宽可调的方波电压进行升压，谐振电抗器3用于利用串联谐振升压原理对升压后的方波电压继续进行升压处理，获得所需的高压试验电压，谐振电抗器3还用于根据高压试验电压为耐压试验试品6提供感性无功功率。试验时所需电源容量远小于被试品试验容量。利用串联谐振的原理，当电抗器与试品感抗相匹配时，试验电路发生谐振，电源提供很小的电压，试品上能得到很高的电压。
15.上述技术方案中，所述励磁变压器2的初级和次级线圈间利用接地屏蔽来降低电容耦合。
16.上述技术方案中，它还包括高压测试分压器4，高压测试分压器4用于监测耐压试验试品电压是否已达到耐压试验电压。
17.上述技术方案中，所述变频电源1输出的方波电压的频率在20～300hz平滑可调。
18.上述技术方案中，所述变频电源1用于输出频率和脉宽可调的单相的0～460v方波电压，励磁变压器2用于将单相的0～460v方波电压升压到1.8～2.2kv，并进行电气隔离，谐振电抗器3用于利用串联谐振升压原理对升压后的方波电压继续升压至218～222kv。变频电源1输出的电压是单相的0～460v可调电压，经励磁变压器升压至2kv，考虑到现场试验运输以及变压器体积问题，变压器并没有做得特别大，此时的输出电压还不能满足耐压试验的要求，需经电抗器进一步升压至220kv。励磁变压器除了升压，还起到了电气隔离的作用。上述设计缩小了试验平台的体积，方便运输。
19.上述技术方案中，所述变频电源1为以三相桥式整流模块1.1、电容器组1.3和逆变模块1.2组成的带有中间电压电路(整流模块输出的电压，等于整流模块和逆变模块之间电容上的电压)的变频桥，三相电源5经由三相桥式整流模块1.1整流为直流电压，对电容器组1.3充电，电容器组1.3的充放电特性能够对逆变模块1.2输入稳定的直流电压，逆变模块1.2根据输入的直流电压产生一个频率和脉宽可调的方波电压。电容器组1.3起到滤波和稳压的作用。
20.上述技术方案中，所述变频电源1包括整流模块1.1、逆变模块1.2、igbt驱动模块1.4、可编程逻辑单元1.5和电压检测器1.6，其中，所述整流模块1.1包括二极管d1～二极管d6，三相电源5的三相电源接口分别连接二极管d1、二极管d3和二极管d5的正极，二极管d1、二极管d3和二极管d5的负极为整流模块1.1的直流负极输出端，二极管d2、二极管d4和二极管d6的负极分别连接二极管d1、二极管d3和二极管d5的正极，二极管d2、二极管d4和二极管d6的正极为整流模块1.1的直流正极输出端，电容器组1.3连接在整流模块1.1的直流正极输出端和直流负极输出端之间。
21.逆变模块1.2包括绝缘栅双极型晶体管igbt1～绝缘栅双极型晶体管igbt4，igbt驱动模块1.4的驱动信号输出端分别连接绝缘栅双极型晶体管igbt1、绝缘栅双极型晶体管igbt2、绝缘栅双极型晶体管igbt3和绝缘栅双极型晶体管igbt4的基极，绝缘栅双极型晶体
管igbt1和绝缘栅双极型晶体管igbt2的集电极连接整流模块1.1的直流负极输出端，绝缘栅双极型晶体管igbt1的发射极连接绝缘栅双极型晶体管igbt3的集电极，绝缘栅双极型晶体管igbt2的发射极连接绝缘栅双极型晶体管igbt4的集电极，绝缘栅双极型晶体管igbt3和绝缘栅双极型晶体管igbt4的发射极连接整流模块1.1的直流正极输出端，绝缘栅双极型晶体管igbt1和绝缘栅双极型晶体管igbt2发射极为变频电源1的频率和脉宽可调的方波电压输出端，绝缘栅双极型晶体管igbt1～绝缘栅双极型晶体管igbt4形成逆变桥；
22.可编程逻辑单元1.5的编程信号通信端连接igbt驱动模块1.4的编程信号通信端，电压检测器1.6用于检测耐压试验试品6两端的电压，电压检测器1.6将检测的电压反馈给可编程逻辑控制器1.5。
23.上述技术方案中，对逆变模块驱动信号的时序控制由可编程逻辑控制器1.5进行，可编程逻辑控制器1.5中可存储相应程序，实现交流耐压自动进行，并可接收外部指令更改试验参数。同时，可编程逻辑器件1.5负责变频谐振交流耐压装置的监控工作，由电压测量器1.6检测试验电缆两端电压并反馈给可编程逻辑控制器1.5。
24.三相桥式整流模块1.1由具较高耐压水平的igbt半导体器件构成。可编程逻辑单元1.5采用simatic s7可编程逻辑控制器。电压检测器1.6采用mu18内置峰值电压表。此外，在变频电源1内装配有电压、电流限制器，快速关断仪等安全装置，可对系统的误操作、过负荷及试验高压电缆击穿等过程进行有效保护。
25.上述技术方案中，谐振电抗器3采用带有油纸绝缘和自然油冷的传统密封箱式设计，作为试验设备的感性无功电源。车载箱式电抗器的多间隙铁芯是由高质量晶粒取向变压器硅钢片制成，和层式绕组一起组成低损耗的高品质因数系统，试验电压通过套管引入。
26.所述谐振电抗器3参数为：电压等级为220kv及以上的高压电力电缆，最高试验电压为1.7u0，即220kv电缆为216kv，500kv高压电力电缆，最高试验电压为493kv。单节493kv电抗器体积、重量大，因此采用多节电抗器串联加压的形式来获得高压。采用双节260kv电抗器串联加压，满足略大于493kv试验电压，确定电抗器的电压等级为260kv。电抗器设计为2台，在500kv耐压时采用2节串联。
27.试验频率，根据试验规程要求电抗器额定频率在20～300hz之间。试验电流，按照电压等级220kv，截面2500mm2，长度为12km电力电缆设计，取95a。
28.上述技术方案中，所述试验平台采用移动式一体化结构，将变频电源1、励磁变压器2、谐振电抗器3整体封装在一个集装箱中，变频电源1、励磁变压器2设置在集装箱的前段箱体中，谐振电抗器3设置在集装箱的后段箱体中，如图5所示，在集装箱中将试验接线完成，整个集装箱在试验时直接打开后门和侧门即可，无需卸车和连接变频源、励磁变、电抗器之间的接线。集装箱内预留操作平台和操作场地，在操作平台下铺设绝缘垫。变频电源采用整体嵌入集装箱中，提高其抗震性。励磁变压器2采用底部和集装箱固定方式无需另考虑防震性。现场谐振耐压中，由于电力设备都采用外壳直接接地方式，在串联谐振加压对其主绝缘进行交流耐压试验时，励磁变必须一端接地来作为工作地来接，采用一根接地线直接引出和被试品外壳相连，整套集装箱系统另接一根接地线作为整套仪器的保护地连接。
29.整个变频电源1采用整体嵌入集装箱中，以提高其抗震性。励磁变压器2由于重量轻、设备小，则采用底部和集装箱固定方式无需另考虑防震性。现场谐振耐压中，由于电力设备都采用外壳直接接地方式，在串联谐振加压对其主绝缘进行交流耐压试验时，励磁变
压器2必须一端接地来作为工作地来接，通常采用一根接地线直接引出和被试品外壳相连，同时整套集装箱系统另接一根接地线作为整套仪器的保护地连接。
30.本发明可以满足截面积2500mm2的220kv电缆12km、2500mm2的500kv电缆5.2km以及220kv gil 4.75km母线的试验需求，并且依据试验电缆交流耐压幅值、电缆电容量可以改变所需交流耐压装置的运行方式(单台运行、并联运行)。
31.上述技术方案中，两个耐压试验平台并联对gil或电缆进行耐压试验的结构为第一变频电源1.1输入端连接三相电源5，第一变频电源1.1输出端连接第一励磁变压器2.1的初级，第一励磁变压器2.1次级的一端连接第一谐振电抗器3.1的输入端，第一励磁变压器2.1次级的另一端接地，第一谐振电抗器3.1的输出端连接耐压试验试品6的感性无功功率输入端，第一高压测试分压器4.1的测试端连接第一谐振电抗器3.1的输出端；
32.第二变频电源1.2输入端连接三相电源5，第二变频电源1.2输出端连接第二励磁变压器2.2的初级，第二励磁变压器2.2次级的一端连接第二谐振电抗器3.2的输入端，第二励磁变压器2.2次级的另一端接地，第二谐振电抗器3.2的输出端连接耐压试验试品6的感性无功功率输入端，第二高压测试分压器4.2的测试端连接第二谐振电抗器3.2的输出端；
33.耐压试验试品6的接地端接地。
34.上述技术方案中，两个耐压试验平台串联对gil或电缆进行耐压试验的结构为第一变频电源1.1输入端连接三相电源5，第一变频电源1.1输出端连接第一励磁变压器2.1的初级，第一励磁变压器2.1次级的一端连接第一谐振电抗器3.1的输入端，第一谐振电抗器3.1的输出端连接第二谐振电抗器3.2的输入端，第二谐振电抗器3.2的输出端连接耐压试验试品6的感性无功功率输入端，第一高压测试分压器4.1和第二高压测试分压器4.2串联在第二谐振电抗器3.2的输出端与地之间，耐压试验试品6的接地端接地，第二变频电源1.2输入端连接三相电源5，第二变频电源1.2输出端连接第二励磁变压器2.2的初级，第一励磁变压器2.1次级的另一端连接第二励磁变压器2.2次级的一端，第二励磁变压器2.2次级的另一端接地，两台电抗器串联之后，输出端能够输出更高的电压。
35.一种大容量超高压gil或电缆现场耐压试验方法，它包括如下步骤：
36.步骤1：变频电源1输出频率和脉宽可调的方波电压；
37.步骤2：励磁变压器2对频率和脉宽可调的方波电压进行升压；
38.步骤3：谐振电抗器3利用串联谐振升压原理对升压后的方波电压继续进行升压处理，获得所需的高压试验电压，谐振电抗器3根据高压试验电压为耐压试验试品6提供感性无功功率；
39.步骤4：针对220kv电缆系统，谐振电抗器3提供的电缆耐压电压为1.7u0(u0为电缆额定电压)持续时间为5min，针对110kv系统，谐振电抗器3提供的电缆耐压值为2u0，持续时间为60min，针对gil系统，谐振电抗器3提供的在和电压下进行10min和20min的老练试验，即升高电压值至保持10min；继续升压至保持20min；然后升压至(耐受电压值)，保持1min；然后降压至保持30min后，进行超声或超高频局部放电检测，最后将电压降至0kv；
40.步骤5：试验过程中试品不发生闪络、击穿及电流突变，则认为试品通过耐压试验。
41.在进行耐压试验时，可单独使用一个耐压试验平台对电压等级为110kv与220kv、
电缆电容量位于试验系统电容量之内的高压电力电缆线路进行试验。对于长度较长，电缆电容量较大的高压电缆线路，单套系统试验容量不能满足试验要求，可用多套系统并联运行以提供足够的容量。
42.若预设试验电压(单台可承担的试验电压等级为220kv)高于单台耐压试验平台最高输出电压，可采用两台电抗器串联运行方式，串联运行情况下，两台变频电源1，各驱动一台励磁变压器2，励磁变压器2的二次侧采用串联耦合。两台控制器用光缆耦合，一台作为主控工作，另一台作为从控工作。两台相同变频谐振系统串联时，在相同的最低频率下，其最大电容负载是单台系统时的一半。
43.本发明装置使用注意事项：
44.使用前注意事项：
45.使用前应检查变频电源输出端子，严禁将变频电源输出端子接地励磁变高压绕组严禁短路，若不使用，应保证和使用绕组单点连接，禁止电位悬浮。
46.系统上电前，一定要仔细检查各输入输出接线、接地线顺序是否正确、连接是否牢固可靠，确保一点接地。电抗器串联使用时应注意分压问题，并联使用时应注意分流问题，严禁电抗器长期过压、过流使用，电抗器不可置于铁板或铜板等导磁体上，防止涡流造成电抗器损坏。
47.试验时应保证变频电源散热系统工作良好，风扇散热通道畅通，防止过热造成变频电源损坏，在试验时使用红外测温仪监视励磁变和谐振电抗器的温升，若温升过高或发现异常应立即降压或停止试验。
48.仪器设定的分压器等级必须和现场实际使用的分压器等级对应，防止因变比错误造成过电压现象发生。试验升压之前需要设定过电压保护值，防止试验过程中试品过压损坏。
49.当变频电源发生异常情况时，应立即切断电源，仔细检查，查明原因后方可继续试验。由于变频电源输出功率瓦特而不是伏安，所以不宜严重偏离谐振点工作，严禁直接带纯无功负载试验。
50.使用后注意事项：
51.在进行大容量电力试验设备交流耐压试验后，由于损耗会造成励磁变和谐振电抗器温度过高，此时在整理仪器时应注意防止烫伤。同时变频电源在连续运行后，不能立即停止，应让其散热系统再运行一段时间后，待温度降低后方可断开电源。
52.在拆除试验接线时，严禁直接接触变频谐振系统的导电部分，必须在充分放电后方可接触。
53.本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。