程控超低頻高壓發生器原理及使用方法

一　超低頻系列產品及選用

   1、超低頻系列產品                         表1

2、根據被試對向選擇適當規格的產品。

使用時，試品電容量不得超過儀器的額定容量。試品電容量過小，會影響輸出波形。若小于0.05µF，儀器將不能正常輸出。可并聯0.1 µF的電容輔助輸出。下面是一些設備的電容量，供用戶參考。

不同發電機的單相對地電容量               表2

交聯聚乙烯絕緣單芯電力電纜的電容量(µF/Km)     表3

3、試品電流的估算方法：

　　　　計算公式：　Ｉ＝２πfＣＵ 

二　超低頻絕緣耐壓試驗原理

      超低頻絕緣耐壓試驗實際上是工頻耐壓試驗的一種替代方法。我們知道，在對大型發電機、電纜等試品進行工頻耐壓試驗時，由于它們的絕緣層呈現較大的電容量，所以需要很大容量的試驗變壓器或諧振變壓器。這樣一些巨大的設備，不但笨重，造價高，而且使用十分不便。為了解決這一矛盾，電力部門采用了降低試驗頻率，從而降低了試驗電源的容量。從國內外多年的理論和實踐證明，用0.1Hz超低頻耐壓試驗替代工頻耐壓試驗，不但能有同樣的等效性，而且設備的體積大為縮小，重量大為減輕 ，理論上容量約為工頻的五百分之一。試驗程序大大地減化，與工頻試驗相比*性更多。這就是為什么發達國家普遍采用這一方法的原因。我國電力部以委托武漢高壓研究所起草了《35KV及以下交聯聚乙烯絕緣電力電纜超低頻（0.1Hz）耐壓試驗方法》行業標準，我國正在推廣這一方法，本儀器是根據我國這一需要研制而成的。可廣泛用于電纜、大型高壓旋轉電機、電力電容器的交流耐壓試驗之中。

 三　產品簡介

本產品接合了現代數字變頻先進技術，采用微機控制，升壓、降壓、測量、保護*自動化，并且在自動升壓過程中能進行人工干預。由于全電子化，所以體積小重量輕、大屏幕液晶顯示，清晰直觀、且能顯示輸出波形、打印機輸出試驗報告。設計指標*符合《電力設備測試儀器通用技術條件，第4部分：超低頻高壓發生器通用技術條件》電力行業標準，使用十分方便。現在國內外均采用機械式的辦法進行調制和解調產生超低頻信號，所以存在正弦波波形不標準，測量誤差大，高壓部分有火花放電，設備笨重，而且正弦波的二，四象限還需要大功率高壓電阻進行放電整形，所以設備的整體功耗較大。本產品均能克服這樣一些不足之處，另外，還有如下特點需要特別說明：

★ 電流、電壓、波形數據均直接通過高壓側采樣獲得，所以數據真實、準確。

★ 過壓保護：當輸出超過所設定的限壓值時，儀器將停機保護，動作時間小于２０毫秒。

      ★ 過流保護：設計為高低壓雙重保護，高壓側可按設定值進行精確停機保護；低壓側的電流超過額定電流時將進行停機保護，動作時間都小于２０毫秒。

      ★ 高壓輸出保護電阻設計在升壓體內，所以外面不需另接保護阻。

★ 由于采用了高低壓閉環負反饋控制電路，所以輸出無容升效應。

四　技術參數

１．輸出額定電壓：參見表1

２．輸出頻率：0.1Hz、0.05Hz、0.02Hz

３．帶載能力：參見表1    0.1 Hz   大１.1µF

0.05 Hz  大２.2µF

0.02 Hz  大5.5µF

４．測量精度：３%

５．電壓正，負峰值誤差：≤３％

６．電壓波形失真度：≤５％

７．使用條件：戶內、戶外；溫度：-10℃∽+40℃；

濕度：≤85％RH

８．電源：交流50 Hz，220V ±5%

９．電源保險管：參見表1

五　儀器結構說明

１．    控制器面板示意圖  

圖1

　　圖1中各部件示意以及功能說明：

　（1）“地”：接地端子，使用時與大地相連。

　（2）“輸出”：輸出多芯插座，使用時與升壓體的輸入多芯插座相連。

（３）“對比度”：對比度調節旋扭，用于調節液晶顯示器的對比度。

（４）“功能鍵”：其功能由顯示器提示欄對應位置提示。

（５）“AC220V”：電源輸入插座，內藏保險管。

（６）“開關”：電源開關。內藏指示燈，開時亮，關時熄。

（７）“打印機”：打印測試報告。

（８）“液晶顯示器”：顯示測試數據以及輸出波形。

２．升壓體結構示意圖

圖2

３．顯示器顯示示意說明

圖３

六 操作說明

１．連線方法

圖４　（連線圖）

連線說明：用本產品隨機配備的兩根線和接地線按圖４的方法連接。電源插座用電源線連至50Hz/220V的交流電上。 

２．操作程序

（１）開機、關機、復位。

按上述方法連好所有線路之后，就可以將電源開關打開。儀器在微機上電復位下，自動進入如圖5所示的設限界面。在進行連線、拆線、或暫不使用儀器時，應將電源關掉。電源插座上裝有保險管。若開機屏幕無顯示，應先檢查保險管是否熔斷。大小應按表1提供的數據更換。

（２）設置限定參數

　                           圖５（設限界面）

在圖５所示的設限界面上，可根據試驗的需要設定好輸出頻率、試驗時間、試驗電壓、高壓側的過流保護值、過壓保護值。修改方法如下：

（Ａ）點擊“選擇”鍵，可在參數之間循環移動特選方框。被選中的參數可用“改數”鍵修改之。

（Ｂ）點擊：“改數”鍵，可將特選方框選中的參數按遞增的方式循環修改之：

★ 頻率有三種選擇：0.1、0.05、0.02。它規定了儀器的輸出頻率。單位為Hz。

★ 定時修改范圍：0-99分。它規定了試驗時間的長短。單位為分鐘。

★ 試驗電壓范圍為０至額定值，單位為ＫＶ。它規定了我們所要升至的試驗電壓。儀器升至這個設定電壓值時，就不再升壓，并保持在這個峰值下進行等幅的正弦波輸出。

★ 電流保護值設定范圍為0至額定值，單位為mA。它規定了通過試品的電流上限值，當電流超過此設定時，儀器自動切斷輸 出，進行停機操作。

★ 電壓保護值設定范圍為0至額定值，單位為KV。它規定了通過試品的電壓上限值，當電壓超過此設定時，儀器自動切斷輸出，進行停機操作。

以上電壓，電流均為峰值，儀器顯示的測量數據，以及打印報告上的電壓電流值均為峰值。

（Ｃ）點擊“返回”鍵，儀器進入圖６所示的升壓待命界面。

（３）待命界面

                               圖６（待命界面）

待命界面提供如下三種功能：

（Ａ）點擊“升壓”鍵，儀器進入自動升壓程序。

（Ｂ）點擊“設限”鍵，儀器返回至圖５所示的設限子界面，以便重新修改參數。

（Ｃ）點擊“查看”鍵，查看近九次的試驗數據。

（４）自動升壓

按圖６點擊升壓鍵后，儀器在電腦的控制下，按如下流程進行升壓試驗：

　　　　　　　自檢→升壓→等幅輸出→停機

分別說明如下：

（Ａ）自檢

              　　　圖７    　　　　　　　　　           圖８　

自檢時出現如圖７所示的提示界面。儀器輸出一個探測電壓，對系統進行檢測，若正常則進行升壓；若不正常則會停機,出現圖８所示的提示信息：“未接負載”,表示未接升壓體或未接容性試品或儀器有故障。　　　

（Ｂ）　升壓

                                         圖９                             圖１０

自檢成功后，儀器自動進入升壓狀態，如圖９。儀器將用若干個周期的時間將電壓升至設定值。在升壓過程中，若想暫停升壓，可點擊圖９中的“暫停”鍵，儀器將進行等幅輸出，同時此鍵自動變為“升壓”鍵。若想繼續升壓，可點擊此鍵，儀器將繼續升壓，直至設定電壓為止。這兩種功能可反復交替進行。在升壓過程中，點擊“計時”鍵，儀器開始計時，也可等到電壓升至設定值后，儀器自動開始計時。同時“計時”鍵自動變為“停機”鍵，如圖１０。

（Ｃ）電壓微調

          圖１１　　　　　　　　　　　　        圖１２

                   　　　　　　　　　 圖1３

若輸出電壓不滿足要求，可點擊“微升”或“微降”鍵來調整電壓。每點擊一次之后，應至少觀察一個周期再作調整，直到滿意為止。微升，微降期間出現如圖１１、１２所示界面。而后迅速回到圖１３所示的等幅輸出狀態。

（５）停機                                

    本儀器提供兩種停機方式：

　　★ 定時停機：當計時達到設定時間，儀器自動停機。

    ★ 手動停機：點擊“停機”鍵可停機。

這兩種停機方式為正常停機。停機后出現圖1４所示的“試驗通過”提示界面。一般電流未出現異常情況、試品未有放電現象或出現過流保護，就可認為試驗通過。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　   圖１４  

    ★另外還有兩種非正常停機：過壓保護停機、過流保護停機。停機后出現圖1５，圖1６所示的提示界面。

起動停機指令后，儀器自動切斷輸出，再執行數據歷史保存，并進入相應的提示界面。       　　　

                                                   、

                                圖1５                               圖１６

（６）打印

根據圖1４的提示點擊“打印”鍵，可將顯示器上的本次數據打印成試驗報告。在查看歷史數據狀態下，點擊“打印”鍵，可打印屏幕上顯示的那一次歷史數據。

（７）查看歷史數據

凡是通過了定時停機、點擊“停機”鍵進行的停機、過壓保護停機、以及過流保護停機的數據儀器自動將其保存為歷史數據。多能保存九次測量的數據，九次以前的將自動刪除。點擊圖６中的“查看”鍵，可查看近九次試驗的歷史數據

七　電纜的超低頻耐壓試驗方法

１．將與試品相連的電器設備全部脫離試品電纜。

２．采用10000V兆歐表對試品電纜各相分別進行絕緣電阻試驗，記錄試驗值。

３．試驗電壓峰值：Ｕmax＝３Ｕo，其中Ｕo為電纜導體對地或金屬屏蔽之間的額定工作電壓。例如：額定電壓為10KV電纜，單相額定電壓 Ｕo：

Ｕo＝１０ＫＶ÷√３

所以試驗電壓峰值為：Ｕmax＝３Ｕo

＝３×１０ＫＶ÷√３

＝√３×１０ＫＶ

＝１７．３２ＫＶ

４．試驗時間：６０分鐘。

５．可分相進行測試。試品電纜的電容值在試驗設備負載容量能力范圍內時，可將試品電纜三相線芯并聯后，同時進行耐壓試驗。

６．用隨機附帶的柔性連接電纜將試驗設備與試品電纜按圖1７所示的方法相連接。合上電源，設定好試驗頻率、時間和電壓以及高壓側的過流保護值、過壓保護值，然后開始升壓試驗。升壓過程應密切監視高壓回路，監聽試品電纜是否有異常響聲。升至試驗電壓時，即開始記錄試驗時間并讀取試驗電壓值。

７．試驗時間到后，儀器自動停機。試驗中若無破壞性放電發生，則認為通過耐壓試驗。

８．在升壓和耐壓過程中，如發現輸出波形異常畸變，而且電流異常增大，電壓不穩，試品電纜發生異味，煙霧或異常響聲或閃烙等現象，應立即停止升壓，停機后查明原因。這些現象如果是試品電纜絕緣部分薄弱引起的，則認為耐壓試驗不合格。如確定是試品電纜由于空氣濕度或表面臟污等原因所致，應將試品電纜清潔干燥處理后，再進行試驗。

９．試驗過程中，如果遇到非試品電纜絕緣缺陷使儀器出現過流保護，在查明原因后，應重新進行全時間連接耐壓試驗。不得僅進行“補足時間”試驗

                                     　　　          　　　　　　　　　　　電纜   　　　　　　        

           控制器　　　　　升壓體     

圖17 單相測量連線圖 

八 大型高壓發電機的超低頻耐壓試驗方法

對發電機的超低頻耐壓試驗操作方法與以上對電纜的操作方法相似。下面就不同的地方作重點補充說明。

１．在交接、大修、局部更換繞組以及常規試驗時，均可進行此項試驗。用0.1HZ超低頻對電機進行耐壓試驗，對發電機端部絕緣的缺陷比工頻耐壓試驗更有效。其原因是在工頻電壓下，由于從線棒流出的電容電流在流經絕緣外面的半導體防暈層時造成了較大的電壓降，因而使端部的線棒絕緣上承受的電壓減小；而在超低頻情況下，此電容電流大大減小了，半導體防暈層上的壓降也大為減小，故端部絕緣上電壓較高，便于發現缺陷。

2．連線方法：試驗時應分相進行，被試相加壓，非被試相短接接地。如圖1８所示

3．按照有關規程的要求，試驗電壓峰值可按如下公式確定：

Ｕmax＝√2βＫUo

          其中Ｕmax ：為0.1Hz試驗電壓的峰值（ＫＶ）

β：0.1Hz與50Hz電壓的等效系數，按我國規程的要求,

取1.2

Ｋ：通常取1.3∽1.5  　一般取1.5

Ｕo ：發電機定子繞組額定電壓（ＫＶ）

     例如：額定電壓為13.8KV的發電機，超低頻的試驗電壓峰值計算方法為：

Ｕmax＝√2×1.2×1.5×13.8≈35.1(KV)

　　4． 試驗時間按有關規程進行

5．在耐壓過程中，若無異常聲響、氣味、冒煙以及數據顯示不穩定等現象，可以認為絕緣耐受住了試驗的考驗。為了更好地了解絕緣情況，應盡可能全面監視絕緣的表面狀態，特別是空冷機組。經驗指出，外觀監視能發現儀表所不能反映的發電機絕緣不正常現象，如表面電暈、放電等。

　　　　       控制輸出           高壓輸出                                  

　　        　圖18 測量定子的某相連線圖

九　電力電容器的超低頻耐壓試驗方法

試驗操作方法與上述方法相似，連線方法如圖19所示。在確定試驗電壓和試驗時間時，應按照有關規程辦。

　　　　　　       圖19   測量電容器的連線圖　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

十　注意事項

１．本儀器所配升壓體不得作它用。

２．機內帶電,切勿自行拆機修理，以免發生意外。儀器有故障，應與我公司聯系修理。

３．關機后應用放電棒對試品進行充分放電,再拆線。

　　４．連續工作，升壓體將發熱，屬正常現象。

十一　隨機附件　　

1．高壓連接電纜一根。

2．低壓連接電纜一根。

3．電源線一根。

4．電源保險管十只。

5．放電棒一根。