Ανάλυση δύο τεχνολογιών αντοχής τάσης συντονισμού σε σειρά AC: Εφαρμογές των ACRL και ACRF σε δοκιμές καλωδίων υψηλής τάσης

Περίληψη: Στον τομέα των δοκιμών αντοχής τάσης AC για χωρητικό εξοπλισμό υψηλής τάσης, όπως καλώδια υψηλής τάσης XLPE και GIS, το σύστημα συντονισμού συχνότητας ισχύος με διαμόρφωση επαγωγής ACRL και το σύστημα συντονισμού μετατροπέα με διαμόρφωση συχνότητας ACRF είναι οι δύο κύριες τεχνολογίες δοκιμών συντονισμού σειράς. Και οι δύο βασίζονται στην αρχή συντονισμού σειράς LC για την επίτευξη υψηλής τάσης δοκιμής εξόδου από μια μικρή χωρητικότητα τροφοδοτικού, αλλά οι μηχανισμοί συντονισμού, οι συχνότητες εξόδου και οι ισχύουσες συνθήκες λειτουργίας τους διαφέρουν σημαντικά. Παίζουν αναντικατάστατο ρόλο στις δοκιμές τύπου εργαστηρίου, στις δοκιμές εργοστασίου και στις δοκιμές θέσης σε λειτουργία επί τόπου, αντίστοιχα. Αυτό το άρθρο παρέχει μια πλήρη ερμηνεία των αρχών, των τεχνικών χαρακτηριστικών, των κύριων εφαρμογών και των κριτηρίων επιλογής αυτών των δύο συστημάτων, με βάση τα εγχώρια και διεθνή πρότυπα και τις πρακτικές μηχανικής της βιομηχανίας ενέργειας.

Με την μεγάλης κλίμακας θέση σε λειτουργία γραμμών καλωδίων υψηλής τάσης που υποστηρίζουν αστικά δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας και νέες πηγές ενέργειας στην Κίνα, η δοκιμή αντοχής σε τάση μόνωσης των καλωδίων από διασταυρωμένο πολυαιθυλένιο (XLPE) έχει γίνει κρίσιμος κρίκος για τη διασφάλιση της ασφάλειας του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας. Δεδομένου ότι τα καλώδια υψηλής τάσης είναι τυπικά αντικείμενα δοκιμών χωρητικότητας μεγάλης χωρητικότητας, οι παραδοσιακοί μετασχηματιστές δοκιμής συχνότητας ισχύος άμεσης ανύψωσης περιορίζονται από την ισχύ και το βάρος του εξοπλισμού, γεγονός που καθιστά δύσκολη την εκπλήρωση των απαιτήσεων δοκιμών αντοχής σε τάση των καλωδίων μεγάλων αποστάσεων . Η δοκιμή αντοχής σε τάση AC σε σειρά συντονισμού έχει γίνει η κύρια λύση στον κλάδο.

Στο ευρωπαϊκό και αμερικανικό σύστημα προτύπων για τη βιομηχανία δοκιμών υψηλής τάσης, τα συστήματα σειριακής συντονισμένης τάσης αντοχής χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: ACRL (AC Resonant-L, σύστημα σειριακής συντονισμένης συχνότητας ισχύος με διαμόρφωση επαγωγής) και ACRF (AC Resonant -F, σύστημα σειριακής συντονισμένης μεταβλητής συχνότητας με διαμόρφωση συχνότητας) . Σε οικιακές εφαρμογές πεδίου ισχύος, χρησιμοποιείται κυρίως εξοπλισμός συντονισμού μεταβλητής συχνότητας ACRF, ενώ τα συστήματα συντονισμού 50Hz με διαμόρφωση επαγωγής ACRL χρησιμοποιούνται συχνότερα σε εργαστήρια εταιρειών κατασκευής καλωδίων και σε έγκυρα ιδρύματα δοκιμών τρίτων. Δεν υπάρχει απόλυτη ανωτερότητα ή κατωτερότητα μεταξύ των δύο τύπων εξοπλισμού. Αντίθετα, η επιλογή διαφοροποιείται με βάση τον στόχο της δοκιμής, την τοποθεσία της δοκιμής και το εάν η ανίχνευση μερικής εκφόρτισης διεξάγεται ταυτόχρονα.

I. Βασική Αρχή Λειτουργίας

Σύστημα συντονισμού με διαμόρφωση επαγωγέα ACRL (σταθερή συχνότητα ισχύος 50Hz)

Η ισχύς εξόδου του συστήματος ACRL είναι αυστηρά σταθερή σε τάση συχνότητας δικτύου 50Hz. Ρυθμίζοντας την τιμή επαγωγής L του αντιδραστήρα (ρυθμιζόμενο διάκενο αέρα/μεταβλητός αντιδραστήρας πολλαπλών λήψεων), η επαγωγική αντίσταση του κυκλώματος αλλάζει ώστε να ταιριάζει με την χωρητική αντίσταση του υπό δοκιμή καλωδίου, ικανοποιώντας έτσι τη συνθήκη συντονισμού. Επιτεύχθηκε μια σειριακή ενίσχυση τάσης συντονισμού σε συχνότητα 50Hz. Η συχνότητα τάσης δοκιμής ήταν απολύτως συμβατή με την πραγματική συχνότητα λειτουργίας του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας και τα χαρακτηριστικά κατανομής και πόλωσης του ηλεκτρικού πεδίου μέσα στο μονωτικό μέσο ήταν απολύτως ισοδύναμα με τις πραγματικές συνθήκες λειτουργίας του καλωδίου.

Σύστημα συντονισμού διαμόρφωσης συχνότητας ACRF και μετατροπής συχνότητας (ρυθμιζόμενο 20-300Hz)

Σε ένα σύστημα ACRF, οι παράμετροι επαγωγής του αντιδραστήρα παραμένουν σταθερές. Η συχνότητα εξόδου f ρυθμίζεται δυναμικά από έναν μετατροπέα συχνότητας ώστε να ταιριάζει με την χωρητικότητα C του υπό δοκιμή καλωδίου, επιτυγχάνοντας συντονισμό κυκλώματος. Η συχνότητα συντονισμού αλλάζει αυτόματα ανάλογα με το μήκος του καλωδίου (χωρητικότητα), με ένα τυπικό επιτρεπόμενο εύρος λειτουργίας 20-300Hz. Όσο μακρύτερο είναι το καλώδιο και όσο μεγαλύτερη είναι η χωρητικότητα, τόσο χαμηλότερη είναι η συχνότητα λειτουργίας συντονισμού. Αυτό το σχήμα βασίζεται στη ρύθμιση της συχνότητας για τον συντονισμό και ο αντιδραστήρας χρησιμοποιεί τυποποιημένες μονάδες σταθερής επαγωγής που μπορούν να συνδυαστούν ευέλικτα σε σειρά και παράλληλα.

ΙΙ. Βασικά Χαρακτηριστικά Τεχνολογίας και Κύριες Εφαρμογές στον Κλάδο

ACRL (Ρυθμιζόμενη Επαγωγή Συχνότητας Ισχύος 50Hz)

Βασικά πλεονεκτήματα: Πραγματική τάση δοκιμής συχνότητας ισχύος 50Hz, χαμηλός ηλεκτρομαγνητικός θόρυβος, εγγενής υποστήριξη για σύγχρονη ανίχνευση PD μερικής εκφόρτισης υψηλής ακρίβειας και συνθήκες δοκιμής που ταιριάζουν πλήρως με τις απαιτήσεις συχνότητας ισχύος των IEC και GB για δοκιμές τύπου καλωδίου.

Κύριες χρήσεις:

1. Δοκιμές τύπου και δοκιμές προεπιλογής για κατασκευαστές καλωδίων Δοκιμή τύπου για νέα καλώδια υψηλής/υπερυψηλής τάσης XLPE κατά την ανάπτυξη προϊόντων και τις αλλαγές στη διαδικασία. Το πρότυπο απαιτεί τη χρήση τάσης αντοχής AC 50Hz. Το ACRL μπορεί να αναπαράγει τις συνθήκες ηλεκτρικής καταπόνησης του καλωδίου σε πραγματική λειτουργία και χρησιμοποιείται για την επαλήθευση της μακροπρόθεσμης απόδοσης μόνωσης του σώματος του καλωδίου, των ενδιάμεσων συνδέσεων και των ακροδεκτών. Είναι ο προτιμώμενος εξοπλισμός για δοκιμές τύπου καλωδίων.
2. Εργαστηριακές δειγματοληπτικές δοκιμές και επιστημονικές ερευνητικές δοκιμές Εργαστήρια δοκιμών υψηλής τάσης τρίτων κατασκευαστών και αίθουσες δοκιμών υψηλής τάσης εργοστασίων καλωδίων διεξάγουν δοκιμές αντοχής σε τάση συχνότητας ισχύος και δοκιμές μερικής εκφόρτισης σε τελικά δείγματα καλωδίων. Κατά τη διάρκεια της αντοχής σε τάση, συλλέγονται σήματα μερικής εκφόρτισης για τον εντοπισμό μικροσκοπικών κενών αέρα και ακαθαρσιών στο εσωτερικό της μόνωσης.
3. Δοκιμή αντοχής τάσης συχνότητας ισχύος για περιελίξεις στάτη γεννητριών και μεγάλων κινητήρων Το πρότυπο σχεδιασμού μόνωσης για μεγάλους περιστρεφόμενους κινητήρες είναι η συχνότητα ισχύος 50Hz, απαιτώντας τη χρήση τάσης αντοχής AC σε πραγματική συχνότητα ισχύος. Η ACRL μπορεί να ανταποκριθεί στην αξιολόγηση μόνωσης τέτοιου εξοπλισμού και επίσης να διεξάγει διάγνωση μερικής εκφόρτισης.
4. Για ειδικά έργα με υποχρεωτικές απαιτήσεις συχνότητας ισχύος για δοκιμές Ορισμένα έργα στο εξωτερικό και συμβάσεις υψηλής ενεργειακής απόδοσης απαιτούν ρητά η τάση δοκιμής να είναι συχνότητα ισχύος 45-55Hz. Σε αυτές τις περιπτώσεις, θα πρέπει να δοθεί προτεραιότητα στο σύστημα ACRL.

Περιορισμοί: Οι ρυθμιζόμενοι αντιδραστήρες είναι ογκώδεις και βαρείς, γεγονός που καθιστά δύσκολη τη μεταφορά στο εργοτάξιο. Το εύρος ρύθμισης της αυτεπαγωγής είναι περιορισμένο και ένα σετ εξοπλισμού μπορεί να προσαρμοστεί μόνο σε ένα στενό εύρος χωρητικότητας καλωδίων. Όταν πρόκειται για καλώδια πολύ μεγάλων διαστημάτων, είναι απαραίτητο να αντικατασταθεί η μονάδα αντιδραστήρα. Δεν είναι κατάλληλο για δοκιμές παράδοσης μεγάλης κλίμακας σε εργοτάξια.

ACRF (Ρυθμιζόμενο Σύστημα Συντονισμού Συχνότητας, 20-300Hz)

Βασικά πλεονεκτήματα: Αρθρωτός σχεδιασμός, ελεγχόμενο βάρος εξοπλισμού, η ενιαία μονάδα μπορεί να καλύψει ένα πολύ ευρύ φάσμα χωρητικότητας καλωδίου, προσαρμόσιμη σε γραμμές καλωδίων διαφορετικών μηκών. χαμηλές απαιτήσεις για επιτόπια χωρητικότητα τροφοδοσίας, χρειάζεται μόνο να παρέχεται η απώλεια ενεργού ισχύος του κυκλώματος, εύκολη εγκατάσταση επιτόπου, καθιστώντας το τον κύριο εξοπλισμό σε οικιακά ηλεκτρικά δίκτυα. Με βάση τα πρότυπα GB 50150 2016, DL/T 474.4 2018 και IEC 60840, η δοκιμή αντοχής τάσης AC στην περιοχή συχνοτήτων 20-300Hz μπορεί να χρησιμοποιηθεί για επιτόπιες δοκιμές αποδοχής καλωδίων XLPE, διαθέτοντας καλή ισοδυναμία δοκιμών.

Κύριες χρήσεις:

1. Δοκιμή αντοχής τάσης παράδοσης επί τόπου για νεόδμητες καλωδιακές γραμμές υψηλής τάσης Η τελική δοκιμή παράδοσης μετά την ολοκλήρωση της τοποθέτησης καλωδίων αστικού δικτύου διανομής 10kV και 220kV και νέων καλωδίων μεταφοράς ενέργειας διεξάγεται για την ανίχνευση ζημιών στο σώμα του καλωδίου και ελαττωμάτων στη διαδικασία εγκατάστασης των συνδέσεων. Είναι ο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος εξοπλισμός δοκιμών σε οικιακά εργοτάξια παραγωγής ενέργειας.
2. Επιτόπια δοκιμή αντοχής τάσης για χωρητικό εξοπλισμό υψηλής τάσης, όπως GIS και διακόπτες : Επιτόπια δοκιμή αντοχής τάσης AC του υποσταθμού GIS, μετασχηματιστών οργάνων και διακόπτης υψηλής τάσης, αξιοποιώντας τα εξαιρετικά χαρακτηριστικά φιλτραρίσματος των συντονισμένων κυκλωμάτων για την έξοδο ημιτονοειδούς τάσης δοκιμής.
3. Προληπτική δοκιμή αντοχής σε τάση κατά τη λειτουργία και τη συντήρηση : δοκιμή επαλήθευσης μόνωσης μετά από γενική επισκευή και ανακαίνιση καλωδιακής γραμμής· εφαρμόζεται σε καλώδια μεγάλων αποστάσεων και μικρά τμήματα υποβρυχίων και χερσαίων καλωδίων σε δοκιμή αντοχής τάσης πεδίου.
4. Σε περιπτώσεις όπου η παροχή ρεύματος είναι περιορισμένη στο πεδίο ή σε εργοτάξια Τα εργοτάξια συχνά διαθέτουν μόνο συνηθισμένα εργοστασιακά τροφοδοτικά. Τα συστήματα ACRF έχουν χαμηλές απαιτήσεις ισχύος, δεν απαιτούν μετασχηματιστές δοκιμής υψηλής ισχύος και μπορούν να ρυθμίσουν γρήγορα κυκλώματα δοκιμής.

Περιορισμοί: Η συχνότητα λειτουργίας αποκλίνει από τα 50Hz. Ο μετατροπέας συχνότητας διαθέτει ενσωματωμένο ηλεκτρομαγνητικό θόρυβο μεταγωγής, γεγονός που καθιστά δύσκολη την επίτευξη μέτρησης μερικής εκφόρτισης υψηλής ακρίβειας υπό φυσικές συνθήκες. Εάν απαιτείται ανίχνευση μερικής εκφόρτισης, πρέπει να προστεθεί μια επιπλέον πολύπλοκη μονάδα φιλτραρίσματος και μείωσης θορύβου. Υπό συνθήκες μεγάλου μήκους καλωδίου, η συχνότητα συντονισμού μπορεί να πέσει στο εύρος 20-30Hz.

III. Επισκόπηση του ACRL και των βασικών εφαρμογών του

IV. Συστάσεις επιλογής κλάδου και τρέχουσα κατάσταση ανάπτυξης

Από την οπτική γωνία της πραγματικής εφαρμογής στην οικιακή βιομηχανία ενέργειας: Τα συστήματα συντονισμού μεταβλητής συχνότητας ACRF κατέχουν απόλυτη κυρίαρχη θέση στις δοκιμές αποδοχής επί τόπου , πληρώντας τις απαιτήσεις αντοχής τάσης των περισσότερων νεόδμητων καλωδίων μετά την ολοκλήρωσή τους, ενώ τα συστήματα συντονισμού ρυθμιζόμενης επαγωγής 50Hz της ACRL χρησιμοποιούνται κυρίως σε εργαστηριακά περιβάλλοντα, με λίγες περιπτώσεις εφαρμογής επί τόπου.

1. Για δοκιμές τύπου, συνδυασμένες δοκιμές αντοχής σε τάση μερικής εκφόρτισης στο εργοστάσιο και υποχρεωτικές απαιτήσεις συχνότητας ισχύος σε Στις συμβάσεις, θα πρέπει να δοθεί προτεραιότητα στο σύστημα ACRL, ώστε να διασφαλιστεί ότι η τάση δοκιμής είναι απολύτως συμβατή με την πραγματική λειτουργία.
2. Για εργοτάξια, παράδοση καλωδίων μετά την ολοκλήρωση, δοκιμές αντοχής σε τάση GIS και εργοτάξια με κακές συνθήκες τροφοδοσίας , Θα πρέπει να δοθεί προτεραιότητα στα συστήματα συντονισμού μετατροπής συχνότητας ACRF. Αυτά τα συστήματα πληρούν την απαίτηση του εθνικού προτύπου για δοκιμές 20-300Hz, ενώ παράλληλα εξισορροπούν την απόδοση και τη φορητότητα του εξοπλισμού.
3. Όταν σε έναν χώρο έργου απαιτείται δοκιμή τάσης αντοχής και ταυτόχρονη διάγνωση μερικής εκφόρτισης, εάν επιλεγεί εξοπλισμός ACRF, πρέπει να διαμορφωθεί ένα ειδικό στοιχείο φίλτρου για την καταστολή των ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών από την τροφοδοσία του μετατροπέα συχνότητας. Όταν οι συνθήκες το επιτρέπουν, τα δείγματα θα πρέπει να αποστέλλονται στο εργαστήριο για δοκιμή μερικής εκφόρτισης χρησιμοποιώντας ACRL.

V. Σύνοψη Κλάδου

Οι τεχνικές δοκιμών συντονισμού της σειράς ACRL και ACRF δεν είναι εναλλάξιμες, αλλά μάλλον συμπληρωματικές σε εργαστηριακά και επιτόπια σενάρια . Η ACRL στοχεύει σε πραγματικές συνθήκες δοκιμών συχνότητας ισχύος 50Hz, συμβατές με το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας, ευνοώντας την Έρευνα και Ανάπτυξη, την έγκριση τύπου και τις διαγνωστικές δοκιμές. Η ACRF δίνει προτεραιότητα στην προσαρμοστικότητα πεδίου και σε ένα ευρύ φάσμα μετρήσεων, εξυπηρετώντας πολυάριθμες δοκιμές παράδοσης και αποδοχής μηχανικών έργων. Το προσωπικό δοκιμών πρέπει να επιλέγει ορθολογικά το σύστημα δοκιμών με βάση τους στόχους δοκιμών, τις τυποποιημένες ρήτρες και τις απαιτήσεις της σύμβασης έργου, για να διασφαλίσει την ακρίβεια και την εγκυρότητα των αποτελεσμάτων των δοκιμών μόνωσης καλωδίων υψηλής τάσης, παρέχοντας μια αξιόπιστη βάση για την ασφαλή λειτουργία του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας.