Analiza a două tehnologii de tensiune rezonantă de rezistență în serie AC: Aplicații ale ACRL și ACRF în testarea cablurilor de înaltă tensiune

Rezumat: În domeniul testării tensiunii de rezistență la curent alternativ pentru echipamente capacitive de înaltă tensiune, cum ar fi cablurile de alimentare de înaltă tensiune XLPE și GIS, sistemul rezonant de frecvență industrială cu modulație de inductanță ACRL și sistemul rezonant de invertor cu modulație de frecvență ACRF sunt cele două tehnologii principale de testare rezonantă în serie. Ambele se bazează pe principiul rezonanței seriei LC pentru a obține o tensiune de testare ridicată de la o capacitate mică de alimentare, dar mecanismele lor de reglare, frecvențele de ieșire și condițiile de funcționare aplicabile diferă semnificativ. Acestea joacă roluri de neînlocuit în testarea de tip în laborator, testarea în fabrică și, respectiv, testarea de punere în funcțiune la fața locului. Acest articol oferă o interpretare completă a principiilor, caracteristicilor tehnice, principalelor aplicații și criteriilor de selecție ale acestor două sisteme, bazate pe standardele și practicile inginerești interne și internaționale din industria energetică.

Odată cu punerea în funcțiune la scară largă a liniilor de cablu de înaltă tensiune care susțin rețelele electrice urbane și noile surse de energie din China, testarea tensiunii de rezistență a izolației cablurilor din polietilenă reticulată (XLPE) a devenit o verigă crucială în asigurarea siguranței rețelei electrice. Deoarece cablurile de înaltă tensiune sunt obiecte de testare capacitive tipice de mare capacitate, transformatoarele tradiționale de testare a frecvenței industriale cu ridicare directă a tensiunii sunt limitate de capacitatea de putere și de greutatea echipamentului, ceea ce face dificilă îndeplinirea cerințelor de testare a tensiunii de rezistență pentru cablurile de lungă distanță . Testarea tensiunii de rezistență AC rezonante în serie a devenit soluția principală în industrie.

În sistemul de standarde al industriei europene și americane de testare a înaltă tensiune, sistemele de tensiune rezonantă serie cu modulație de inductanță a frecvenței industriale) și ACRF (AC Resonant -F, sistem rezonant serie cu modulație de frecvență variabilă a frecvenței) . În aplicațiile casnice în domeniul energiei electrice, se utilizează în principal echipamentele rezonante cu frecvență variabilă ACRF, în timp ce sistemele rezonante ACRL de 50 Hz cu modulație de inductanță a inductanței sunt mai frecvent utilizate în laboratoarele companiilor producătoare de cabluri și în instituțiile de testare terțe, autorizate. Nu există o superioritate sau inferioritate absolută între cele două tipuri de echipamente; mai degrabă, selecția este diferențiată în funcție de obiectivul testării, locația testării și dacă detectarea descărcărilor parțiale este efectuată simultan.

I. Principiul de funcționare de bază

Sistem rezonant modulat cu inductor ACRL (frecvență fixă ​​de alimentare de 50 Hz)

Puterea de ieșire a sistemului ACRL este strict fixată la o tensiune de rețea cu frecvență de 50 Hz. Prin ajustarea valorii inductanței L a reactorului (reactor variabil cu întrefier reglabil/multi-tap), reactanța inductivă a circuitului este modificată pentru a se potrivi cu reactanța capacitivă a cablului testat, îndeplinind astfel condiția de rezonanță. O creștere a tensiunii rezonante în serie a fost obținută la o frecvență de 50 Hz. Frecvența tensiunii de testare a fost complet compatibilă cu frecvența reală de funcționare a rețelei electrice, iar distribuția câmpului electric și caracteristicile de polarizare din interiorul mediului izolator au fost complet echivalente cu condițiile reale de funcționare ale cablului.

Sistem rezonant de modulație și conversie a frecvenței ACRF (reglabil 20-300Hz)

Într-un sistem ACRF, parametrii inductanței reactorului rămân constanți. Frecvența de ieșire f este ajustată dinamic de un convertor de frecvență pentru a se potrivi cu capacitatea C a cablului testat, realizând rezonanța circuitului. Frecvența de rezonanță se modifică automat în funcție de lungimea cablului (capacitate), cu un interval de funcționare standard admisibil de 20-300 Hz; cu cât cablul este mai lung și capacitatea este mai mare, cu atât frecvența de funcționare rezonantă este mai mică. Această schemă se bazează pe ajustarea frecvenței pentru reglare, iar reactorul utilizează module de inductanță fixe standardizate care pot fi combinate flexibil în serie și paralel.

II. Caracteristici tehnologice de bază și principalele aplicații industriale

ACRL (Sistem rezonant de frecvență de putere cu inductanță reglabilă de 50 Hz)

Avantaje cheie: tensiune de testare la frecvență industrială reală de 50 Hz, zgomot electromagnetic redus, suport nativ pentru detectarea sincronă de înaltă precizie a descărcărilor parțiale PD și condiții de testare care corespund pe deplin cerințelor de frecvență industrială ale IEC și GB pentru testarea tipului de cablu.

Utilizări principale:

1. Testare de tip și precalificare pentru producătorii de cabluri Testarea tipului pentru cablurile noi XLPE de înaltă tensiune/ultra-înaltă tensiune în timpul dezvoltării produsului și al modificărilor de proces. Standardul impune utilizarea unei tensiuni de rezistență la curent alternativ de 50 Hz. ACRL poate reproduce condițiile de solicitare electrică a cablului în funcționare reală și este utilizat pentru a verifica performanța izolației pe termen lung a corpului cablului, a îmbinărilor intermediare și a terminalelor. Este echipamentul preferat pentru testarea tipului de cablu.
2. Teste de eșantionare de laborator și teste de cercetare științifică Laboratoarele de testare a înaltă tensiune de la terți și sălile de testare a înaltă tensiune ale fabricilor de cabluri efectuează teste de tensiune de rezistență la frecvența industrială și teste de descărcare parțială pe mostrele de cablu finite. În timpul testării tensiunii de rezistență, se colectează semnale de descărcare parțială pentru a identifica mici goluri de aer și impurități din interiorul izolației.
3. Test de tensiune de rezistență la frecvența industrială pentru înfășurările statorice ale generatoarelor și motoarelor mari Standardul de proiectare a izolației pentru motoarele rotative mari este o frecvență industrială de 50 Hz, necesitând utilizarea tensiunii de rezistență AC la frecvența industrială reală. ACRL poate îndeplini cerințele de evaluare a izolației unor astfel de echipamente și poate efectua, de asemenea, diagnosticarea descărcărilor parțiale.
4. Pentru proiecte speciale cu cerințe obligatorii de frecvență a puterii pentru testare Unele proiecte internaționale și contracte de inginerie energetică de înaltă performanță necesită în mod explicit ca tensiunea de testare să fie la o frecvență de 45-55 Hz. În aceste cazuri, sistemul ACRL ar trebui să aibă prioritate.

Limitări: Reactoarele reglabile sunt voluminoase și grele, ceea ce face dificil transportul la fața locului; intervalul de reglare a inductanței este limitat, iar un set de echipamente se poate adapta doar la un interval îngust de capacități ale cablurilor. Atunci când se lucrează cu cabluri cu întinderi foarte mari, este necesară înlocuirea modulului reactorului; acesta nu este potrivit pentru teste de predare la scară largă pe șantierele de construcții.

ACRF (Sistem rezonant cu frecvență reglabilă, 20-300Hz)

Avantaje principale: Design modular, greutate controlabilă a echipamentului, o singură unitate poate acoperi o gamă foarte largă de capacități ale cablurilor, adaptabilă la linii de cablu de diferite lungimi; cerințe reduse pentru capacitatea de alimentare la fața locului, necesitând doar asigurarea pierderii de putere activă a circuitului, ușor de implementat la fața locului, ceea ce îl face echipamentul principal în rețelele electrice domestice. Pe baza standardelor GB 50150 2016, DL/T 474.4 2018 și IEC 60840, testul de tensiune de ținere AC în intervalul de frecvență 20-300Hz poate fi utilizat pentru testarea de acceptare la fața locului a cablurilor XLPE, având o bună echivalență de testare.

Utilizări principale:

1. Test de tensiune de rezistență la livrarea la fața locului pentru liniile de cablu de înaltă tensiune nou construite Testul final de predare după finalizarea pozării cablurilor rețelei de distribuție urbană de 10kV și 220kV și a noilor cabluri de transport al energiei este efectuat pentru a detecta deteriorarea corpului cablului și defectele din procesul de instalare a îmbinărilor. Este cel mai utilizat echipament de testare în șantierele de construcții de energie electrică rezidențială.
2. Test de tensiune de rezistență la fața locului pentru echipamente capacitive de înaltă tensiune, cum ar fi GIS și tablouri de distribuție Test de tensiune de rezistență la curent alternativ la fața locului pentru GIS-ul substației, transformatoarele de măsură și tablouri de distribuție de înaltă tensiune, utilizând caracteristicile excelente de filtrare ale circuitelor rezonante pentru a genera o tensiune de testare sinusoidală.
3. Test preventiv de tensiune de rezistență în timpul funcționării și întreținerii Test de verificare a izolației după revizia și renovarea liniilor de cablu; aplicabil cablurilor de lungă distanță și secțiunilor scurte de cabluri submarine și terestre în cadrul testului de tensiune de rezistență în câmp.
4. În scenariile în care alimentarea cu energie electrică este limitată pe teren sau pe șantierele de construcții Șantierele de construcții au adesea doar surse de alimentare obișnuite din fabrică. Sistemele ACRF au cerințe reduse de putere, nu necesită transformatoare de testare de mare putere și pot configura rapid circuite de testare.

Limitări: Frecvența de funcționare deviază de la 50 Hz; convertorul de frecvență are încorporat zgomotul electromagnetic de comutare, ceea ce face dificilă obținerea unei măsurători de înaltă precizie a descărcărilor parțiale în condiții native. Dacă este necesară detectarea descărcărilor parțiale, trebuie adăugată o unitate complexă suplimentară de filtrare și reducere a zgomotului; în condiții de cablu lung, frecvența de rezonanță poate scădea în intervalul 20-30 Hz.

III. Prezentare generală a ACRL și a aplicațiilor sale cheie

IV. Recomandări pentru selecția industriilor și stadiul actual de dezvoltare

Din perspectiva aplicării concrete în industria energetică domestică: sistemele rezonante cu frecvență variabilă ACRF ocupă o poziție absolut dominantă în testele de acceptare la fața locului , îndeplinind cerințele de rezistență la tensiune ale majorității cablurilor nou construite la finalizare; în timp ce sistemele rezonante ACRL cu inductanță reglabilă de 50Hz sunt utilizate în principal în medii de laborator, cu puține cazuri de aplicare la fața locului.

1. Pentru testarea de tip, testarea combinată a tensiunii de rezistență la descărcarea parțială în fabrică și cerințele obligatorii privind frecvența industrială în În cazul contractelor, sistemul ACRL ar trebui să aibă prioritate pentru a se asigura că stresul de testare este complet consistent cu funcționarea reală.
2. Pentru șantiere de construcții, predarea cablurilor la finalizare, teste de tensiune de rezistență GIS și șantiere cu condiții precare de alimentare cu energie electrică Sistemele rezonante cu conversie de frecvență ACRF ar trebui să aibă prioritate. Aceste sisteme îndeplinesc cerințele standardului național pentru testarea la 20-300 Hz, echilibrând în același timp eficiența și portabilitatea echipamentului.
3. Când un amplasament de proiect necesită atât testarea tensiunii de rezistență, cât și diagnosticarea simultană a descărcărilor parțiale, dacă se selectează echipamentul ACRF, trebuie configurată o componentă de filtrare dedicată pentru a suprima interferențele electromagnetice de la sursa de alimentare a convertorului de frecvență. Atunci când condițiile permit, probele trebuie trimise la laborator pentru testarea descărcărilor parțiale utilizând ACRL.

V. Rezumatul industriei

Tehnicile de testare rezonantă din seriile ACRL și ACRF nu sunt interschimbabile, ci mai degrabă complementare în scenarii de laborator și de teren . ACRL vizează condiții de testare a frecvenței industriale de 50 Hz în lumea reală, compatibile cu rețeaua electrică, favorizând cercetarea și dezvoltarea, omologarea de tip și testarea diagnostică; ACRF prioritizează adaptabilitatea pe teren și o gamă largă de măsurare, deservind numeroase teste de predare și acceptare inginerească. Personalul de testare trebuie să selecteze rațional sistemul de testare pe baza obiectivelor de testare, a clauzelor standard și a cerințelor contractului de proiect pentru a asigura acuratețea și validitatea rezultatelor testelor de izolație a cablurilor de înaltă tensiune, oferind o bază fiabilă pentru funcționarea în siguranță a rețelei electrice.