电缆耐压试验中试验设备容量不足的解决方法

何寅，丁海华，郑城，何锋

（国网浙江安吉县供电有限公司，浙江安吉313300）

电缆耐压试验中试验设备容量不足的解决方法

何寅，丁海华，郑城，何锋

（国网浙江安吉县供电有限公司，浙江安吉313300）

电力电缆工频耐压试验中经常需要考虑试验电源和试验设备的容量问题，试品容量大会导致电流太大，可能会造成试验中跳闸或者试验设备损坏。试验需要的功率大部分都是无功功率，而且一般是容性无功，通过串并联一定数量的电抗器可以很好地补偿无功，减小试验功率，顺利完成试验任务。

电缆试验；串联谐振；并联补偿；励磁电流

变频串联谐振耐压试验相对于传统的工频耐压试验具有电源电压低、试验功率小、试验波形好等特点，因而广泛应用于各类大容量电力设备的交流耐压试验。但是对特定的一套串联谐振装置，试品的容量还是受到装置额定电流和额定容量的限制的。例如，1套型号VFSR-104/78的串联谐振装置（配备4台电抗器），对1条型号为YJV22-8.7/10，截面积为300 m2的电缆，其标称的试验极限长度为1 470 m。当电缆长度更长一些时，是否就需要用容量更大的装置，当长度再增加时，是否就只能分段试验呢?通过引入并联补偿这一方法，就可以很好地解决这一问题。

1 案例分析

35 kV灵芝变35 kV安芝3557线入地工程电缆制作完成，需要进行交流耐压试验。根据之前的资料显示，此次试验涉及的电缆型号为YJV22-26/35，截面积为240 mm2，长度约为2 730 m。

查相关资料可知，此型号电缆的电容量为0.176 μF/km，电缆总电容量C为：

规程规定试验电压U为52 kV，以频率f为50 Hz来估算，则电容电流Ic为：

利用串联谐振试验，需要谐振的电感量L为：

鉴于检修工区现有的谐振试验装置所配的4台电抗器额定电压为26 kV，额定电流为2 A，电感值为46 H。要满足电压要求则需要4台两两串联分压，要满足电流要求则需要4台独自分流，要满足频率要求则必须用且只用2台并联，即三者是相互矛盾的。

现有的串联谐振试验装置不能满足试验要求，借用了6台额定电压为60 kV，电感值为110 H，额定电流为2.5 A的电抗器，试验装置主机箱和励磁变的容量都只有10 kVA，所以既要完成此次试验，同时要求在试验过程中必须满足以下条件：

（1）小电抗器（L=46 H）通过的电流不得大于2 A；

（2）大电抗器（L=110 H）通过的电流不得大于2.5 A；

（3）试验容量S不得大于10 kVA。

2 利用并联电抗器直接进行串联谐振的试验方法

按照以往的串联谐振试验方法，将这6台大电抗器并联后串联入谐振回路，并联后的电感值L为：

试验的频率f为：

试验频率在要求范围之内，甚至接近工频，满足条件，计算试验的电流和容量：

电容电流Ic为：

每个电抗器电流IL为：

试验需要的容量S为：

Q为品质因数，Q=ωL/R，谐振试验中一般为7左右，假设Q=20（非常理想的假设），试验容量为21.87 kVA，所以这种接线方式不能满足试验容量的要求。

若是通过减少并联电抗器数量来增大L，并由此来减小试验频率以降低试验电流，或许可以减小试验容量。将电抗器数量为1～6台分别代入计算，得到表1结果。

表1 电抗器并联数与相关参数

由表1可知，1台电抗器时，流过电抗器电流过大，存在烧毁电抗器的风险。而当电抗器数量逐渐增加时，试验的容量也随之增加，超出了设备的额定容量，由此利用电抗器组直接进行串联谐振的试验方法被否决。

3 利用电抗器进行接地补偿的方法

试验中，唯一不变的是电缆的试验电压52 kV，它对应的一定频率下的电流也是一定的。虽然电流大小不能变，但是可以让它尽量少地经过励磁变，即利用就地补偿的方法来降低励磁电流，图1是利用电抗器的补偿接线。

图1 利用电抗器的补偿电路

图中C为电缆等效电容，L1为并联电抗器，L2为45 H的电抗器。L2的额定电压为26 kV，试验电压为52 kV，必须2台串联使用。为了让更少的电流流过励磁变和主机箱，除1组用于串联谐振的电抗器外，其余电抗器均用于就地补偿。L3=2L2，L4=2L2。

设L1的数量为n（1≤n≤6），L3的数量为m（0≤m≤1），由基尔霍夫电流定律可知，流过各个电感的电流总和应该等于流过电容的电流：

式中：I1=U/ωL1；I4=U/ωL4；I3=U/ωL3；Ic=UωC。

把C=0.48 μF，ω=2πf，L1=110 H，L2=45 H，L3=90 H，代入式（1）得到：

把n和m的值代入式（1）中得到表2值。

表2 电抗器串并联与相关参数

对比表1和表2，不难看出，在相同设备的情况下，第1种接线方案中，即使是在非常高的Q的情况，设备容量依旧很大；而第2种接线方案中，在假设Q很小的情况下，容量依然比之前的要小很多。

由表2可知，在选用6台大电抗器，1组小电抗器同时并联补偿的情况下，电抗器的电流只有不到2 A，估算的容量为10 kVA左右。考虑到Q的裕度以及电容值估算的误差，在实际的试验中，设备的容量基本能满足要求。为完成试验同时保障安全，试验开始前对电缆电容量进行测量，试验中在高压侧、低压侧、电抗器接地端都使用钳型表对电流进行实时监控和记录，与估算值对比基本相近，略有偏差。

4 结语

在一般交流耐压试验中，试验设备提供的都是无功功率，其功率因数非常低，串联谐振装置利用补偿电抗器对容性负载进行补偿，解决了大电容量设备的交流耐压问题，但是串联谐振中流过电容器的电流完全流过了励磁变，导致试验电流随试验电压增大而迅速增大。

在并联补偿回路中，电容电流有很大一部分直接在高压侧被电感补偿了，两者形成回路，不经过励磁变，因而减小了试验的负荷，可仅有并联电抗器又不能产生试验所需的高压，需要配合串联电抗器一起使用。

利用串联电抗器产生高压；利用并联电抗器减小负荷；利用调频来达到谐振状态，三者相互结合，灵活应用，使试验装置能在最小的负荷下工作。针对电缆长度较长，电容量较大，需要大容量试验电源和试验设备的情况，此方法可以广泛的应用。

[1]上海思源电气有限公司.VFSR串联谐振试验装置使用手册[G].2005.

[2]浙江省电力公司.Q/GDW-11-125-2008浙江电网电气设备交接试验规程[S].2012.

[3]陈天翔.电气试验[M].2版.北京：中国电力出版社，2008.

（本文编辑：杨勇）

Solution to Insufficient Capacity of Test Equipment in Cable Withstand Voltage Test

HE Yin，DING Haihua，ZHENG Cheng，HE Feng
（State Grid Anji Power Supply Company，Anji Zhejiang 31330，China）

Capacity of test power and instrument in power-frequency withstand voltage test is frequently considered.The excess capacity of the tested article may result in excess current,causing tripping or instrument damage during test.The power needed for test is always reactive power，generally the capacitive reactive power.Significant amount of paralleled reactors can compensate reactive power and reduce test power,and hence better complete the test.

cable test；series resonance；parallel compensation；excitation current

TM247

：B

：1007-1881（2014）03-0066-03

2013-08-27

何寅（1974-），男，浙江安吉人，工程师，从事电气试验工作。