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【摘 要】 本文介绍了电缆串联谐振试验的特点及工作原理，阐明其在实际运用中相对于直流耐压试验的优缺点。
【关键词】 串联谐振；耐压试验；电缆；电容；电感；变频
随着时代的发展以及市政建设的需要，地下电缆在城市配电线路中的应用越来越广泛，这就对电力电缆运行的可靠性和寿命提出了更高的要求。因此，电缆在敷设和维修后必须进行各种验收试验，在投运后，还必须进行定期的预防性试验。
传统的电力电缆预防性试验项目主要有直流耐压试验、绝缘电阻试验及泄漏电流试验。其中，直流耐压试验存在着不小的弊端，主要问题在于现今应用最多的交联聚乙烯电缆在直流电压下，由于电场强度和温度的变化，其绝缘层中绝缘电阻系数也会随之变化，温度越高，其电压击穿水平越低（即绝缘程度的下降）。当直流试验后，如不能有效的释放掉直流残余电荷，投运后在直流残余电荷加上交流电压峰值将可能致使电缆发生击穿。研究表明，交联聚乙烯电缆的直流耐压试验中，由于空间电荷效应，绝缘中的实际电场强度可比电缆绝缘的工作电场强度高达10倍以上。交联聚乙烯绝缘电缆即使通过了直流试验不发生击穿，也会引起绝缘的严重损伤。另外，由于施加的直流电压场强分布与运行的交流电压场强分布不同，直流试验也不能真实模拟运行状态下电缆承受的过电压，并有效的发现电缆及电缆接头本身和施工工艺上的缺陷。加之直流耐压试验还存在着试验效果不准确（曾出现过在以后的运行中做过耐压试验的电缆比不做耐压试验的电缆更容易击穿的现象）和试验过程危险等问题，所以这种目前运用得最为广泛的电缆试验方法并不是一个好的选择。相比较而言，交流耐压试验对绝缘的考验非常严格，能有效地发现较危险的集中性缺陷。是鉴定电气设备绝缘强度最直接的方法，对于判断电气设备能否投入运行具有决定性的意义，也是保证设备绝缘水平、避免发生绝缘事故的重要手段。然而由于电缆的电容量很大，若采取传统的交流试验方法就需要使用十分庞大、笨重的工频试验变压器，各类设备不便组合，灵活性差，而且大电流的工作电源也不易取得。针对以上问题，串联谐振交流耐压试验成为了一种最为行之有效的方法。
首先，谈一谈何为串联谐振以及串联谐振试验的原理。在电阻、电感和电容串联的电路（即R-L-C回路）中，电压和电流同相位的现象称为串联谐振。产生串联谐振的条件是R-L-C回路的总电抗X为零，即X=XL（感抗）-XR（容抗）=0（由此公式可见，只要感抗XL和容抗XR相等即可在R-L-C回路中达到谐振效果）。在谐振状态下，根据阻抗三角形公式，阻抗Z=√R2+（XL-XC）2，由于XL-XR=0，则阻抗Z=电阻R，由此可见，在谐振状态下的R-L-C电路是一个纯电阻电路。此时，工作电源电压U=IR+（UL-UC）=IR+（IXL-IXC）=IR，电感两端电压UL等于电容两端电压UC。由此可见，在电流I一定，工作电源电压U较小的情况下，只需要增大感抗XL（通过加电抗器的方法）就可以使UL升高，从而使电容即被试电缆两端电压UC升高，达到电缆耐压试验的效果。那么，如何在R-L-C串联回路中达到谐振状态（即XL=XC的状态）呢？根据频率公式，只需要调节频率f（通过变频器），即可使L=C，XL=XC，回路进入谐振状态。此时能在较小的励磁电压Ue下，使被试电缆上产生几十倍于Ue的电压UCX。变频试验系统以串联谐振电路原理工作。
接线方式：输入交流220V工频电源，经变频控制单元输出30-300HZ频率可调的电压，送入励磁变压器，升压至0-1000V，经谐振电抗器和被试电缆，构成高压主谐电路，电容分压器是纯电容式的，用来测量试验电压。
串联谐振耐压试验的优点很明显：
1.当发生串联谐振时，电容元件两端的电压（输出电压）为电源电压的N倍，因此串联谐振试验系统对输入电压有放大作用。从另一方面来说，对于特定的试验条件而言，串联谐振试验系统能够通过提高N值（倍率）而大幅度降低对试验电源的电压要求，因此避免使用传统交流试验所需要的大型工频试验变压器和大功率调压装置，体积和重量只有传统交流试验装置的1/5，适合施工现场使用。
2.串联谐振电源是利用谐振电抗器和被试品电容谐振产生高电压和大电流的。发生串联谐振时，由于试验系统的电流为纯阻性，整个电路的功率因数为1，试验电源无须向串联谐振试验系统额外提供无功功率，电源利用率较高。从另一方面来讲，当试验条件确定后，串联谐振试验系统能够大幅度降低对试验电源容量的要求。
3.除电力电缆外，可对断路器、开关、变压器、互感器等电气设备进行交流耐压试验，另外还可用于局部放电试验及测量接地电阻，适用范围广。
4.若被试电缆击穿，谐振条件失去，高电压立即消失、电弧即刻熄灭，且恢复电压的再建立过程很长，很容易在再次达到闪落电压前断开电源，这种电压的恢复过程是一种能量积累的间歇振荡过程，其过程长且不会出现任何恢复过电压。另外，失谐后，回路电流迅速下降，而并联谐振或传统试验变压器方式做耐压试验时，击穿电流立即上升几十倍，两者相比，短路电流与击穿电流相差数百倍。所以，串联谐振能有效的找到绝缘弱点，又不存在大的短路电流烧伤故障点的忧患，对试品的危害性小。
5.采用一点接地、进线保护、低通道滤波器、放电保护等，不仅可以在稳态下使放电或击穿电流小，而且还使暂态（瞬时）电流的破坏减小，从而保证设备和人身的安全。
6.变频串联谐振耐压试验是先在低电压下调谐振点，然后再升高电压幅值达到试验所需电压，且能保持谐振点，安全可靠。
但串联谐振耐压试验在实际运用中也存在一些问题，主要有两个方面：一是试验操作过程较直流耐压试验复杂；二是试验设备包括变频电源、励磁变压器、电抗器、电容分压器以及其他测量仪器，较直流耐压设备多且笨重。另外，低电压、小负荷和绝缘水平较差的电缆试品不宜采用串联谐振耐压试验。
调频谐振试验装置采用多级叠加的方式，多台电抗器可并联、串联使用，分压器既用来测量试验电压，也可以作为小电容量试品的补偿电容。串联谐振耐压试验设备初期多采用50Hz调感式，但存在自动化程度差、噪音大等缺点。因此现在大都采用调频式（30-300Hz）串联谐振试验设备，可以得到更高的品质数（Q值），并具有自动调谐、多重保护，以及低噪音、灵活的组合方式（单件重量大为下降）等优点。
目前，交流串联谐振的电缆试验方法已在全国各地得到广泛运用，试验效果也得到了充分肯定。相信这种成熟技术及设备的引进一定能使电缆试验水平得到大幅提高，从而保障配电线路的安全可靠运行。
参考文献：
1.中国电力企业联合会 GB 50150-2006 电气装置安装工程 电气设备交接试验标准.中国计划出版社，2006
2.张仁豫，陈昌渔，王昌长.高电压试验技术.清华大学出版社，2009
【关键词】 串联谐振；耐压试验；电缆；电容；电感；变频
随着时代的发展以及市政建设的需要，地下电缆在城市配电线路中的应用越来越广泛，这就对电力电缆运行的可靠性和寿命提出了更高的要求。因此，电缆在敷设和维修后必须进行各种验收试验，在投运后，还必须进行定期的预防性试验。
传统的电力电缆预防性试验项目主要有直流耐压试验、绝缘电阻试验及泄漏电流试验。其中，直流耐压试验存在着不小的弊端，主要问题在于现今应用最多的交联聚乙烯电缆在直流电压下，由于电场强度和温度的变化，其绝缘层中绝缘电阻系数也会随之变化，温度越高，其电压击穿水平越低（即绝缘程度的下降）。当直流试验后，如不能有效的释放掉直流残余电荷，投运后在直流残余电荷加上交流电压峰值将可能致使电缆发生击穿。研究表明，交联聚乙烯电缆的直流耐压试验中，由于空间电荷效应，绝缘中的实际电场强度可比电缆绝缘的工作电场强度高达10倍以上。交联聚乙烯绝缘电缆即使通过了直流试验不发生击穿，也会引起绝缘的严重损伤。另外，由于施加的直流电压场强分布与运行的交流电压场强分布不同，直流试验也不能真实模拟运行状态下电缆承受的过电压，并有效的发现电缆及电缆接头本身和施工工艺上的缺陷。加之直流耐压试验还存在着试验效果不准确（曾出现过在以后的运行中做过耐压试验的电缆比不做耐压试验的电缆更容易击穿的现象）和试验过程危险等问题，所以这种目前运用得最为广泛的电缆试验方法并不是一个好的选择。相比较而言，交流耐压试验对绝缘的考验非常严格，能有效地发现较危险的集中性缺陷。是鉴定电气设备绝缘强度最直接的方法，对于判断电气设备能否投入运行具有决定性的意义，也是保证设备绝缘水平、避免发生绝缘事故的重要手段。然而由于电缆的电容量很大，若采取传统的交流试验方法就需要使用十分庞大、笨重的工频试验变压器，各类设备不便组合，灵活性差，而且大电流的工作电源也不易取得。针对以上问题，串联谐振交流耐压试验成为了一种最为行之有效的方法。
首先，谈一谈何为串联谐振以及串联谐振试验的原理。在电阻、电感和电容串联的电路（即R-L-C回路）中，电压和电流同相位的现象称为串联谐振。产生串联谐振的条件是R-L-C回路的总电抗X为零，即X=XL（感抗）-XR（容抗）=0（由此公式可见，只要感抗XL和容抗XR相等即可在R-L-C回路中达到谐振效果）。在谐振状态下，根据阻抗三角形公式，阻抗Z=√R2+（XL-XC）2，由于XL-XR=0，则阻抗Z=电阻R，由此可见，在谐振状态下的R-L-C电路是一个纯电阻电路。此时，工作电源电压U=IR+（UL-UC）=IR+（IXL-IXC）=IR，电感两端电压UL等于电容两端电压UC。由此可见，在电流I一定，工作电源电压U较小的情况下，只需要增大感抗XL（通过加电抗器的方法）就可以使UL升高，从而使电容即被试电缆两端电压UC升高，达到电缆耐压试验的效果。那么，如何在R-L-C串联回路中达到谐振状态（即XL=XC的状态）呢？根据频率公式，只需要调节频率f（通过变频器），即可使L=C，XL=XC，回路进入谐振状态。此时能在较小的励磁电压Ue下，使被试电缆上产生几十倍于Ue的电压UCX。变频试验系统以串联谐振电路原理工作。
接线方式：输入交流220V工频电源，经变频控制单元输出30-300HZ频率可调的电压，送入励磁变压器，升压至0-1000V，经谐振电抗器和被试电缆，构成高压主谐电路，电容分压器是纯电容式的，用来测量试验电压。
串联谐振耐压试验的优点很明显：
1.当发生串联谐振时，电容元件两端的电压（输出电压）为电源电压的N倍，因此串联谐振试验系统对输入电压有放大作用。从另一方面来说，对于特定的试验条件而言，串联谐振试验系统能够通过提高N值（倍率）而大幅度降低对试验电源的电压要求，因此避免使用传统交流试验所需要的大型工频试验变压器和大功率调压装置，体积和重量只有传统交流试验装置的1/5，适合施工现场使用。
2.串联谐振电源是利用谐振电抗器和被试品电容谐振产生高电压和大电流的。发生串联谐振时，由于试验系统的电流为纯阻性，整个电路的功率因数为1，试验电源无须向串联谐振试验系统额外提供无功功率，电源利用率较高。从另一方面来讲，当试验条件确定后，串联谐振试验系统能够大幅度降低对试验电源容量的要求。
3.除电力电缆外，可对断路器、开关、变压器、互感器等电气设备进行交流耐压试验，另外还可用于局部放电试验及测量接地电阻，适用范围广。
4.若被试电缆击穿，谐振条件失去，高电压立即消失、电弧即刻熄灭，且恢复电压的再建立过程很长，很容易在再次达到闪落电压前断开电源，这种电压的恢复过程是一种能量积累的间歇振荡过程，其过程长且不会出现任何恢复过电压。另外，失谐后，回路电流迅速下降，而并联谐振或传统试验变压器方式做耐压试验时，击穿电流立即上升几十倍，两者相比，短路电流与击穿电流相差数百倍。所以，串联谐振能有效的找到绝缘弱点，又不存在大的短路电流烧伤故障点的忧患，对试品的危害性小。
5.采用一点接地、进线保护、低通道滤波器、放电保护等，不仅可以在稳态下使放电或击穿电流小，而且还使暂态（瞬时）电流的破坏减小，从而保证设备和人身的安全。
6.变频串联谐振耐压试验是先在低电压下调谐振点，然后再升高电压幅值达到试验所需电压，且能保持谐振点，安全可靠。
但串联谐振耐压试验在实际运用中也存在一些问题，主要有两个方面：一是试验操作过程较直流耐压试验复杂；二是试验设备包括变频电源、励磁变压器、电抗器、电容分压器以及其他测量仪器，较直流耐压设备多且笨重。另外，低电压、小负荷和绝缘水平较差的电缆试品不宜采用串联谐振耐压试验。
调频谐振试验装置采用多级叠加的方式，多台电抗器可并联、串联使用，分压器既用来测量试验电压，也可以作为小电容量试品的补偿电容。串联谐振耐压试验设备初期多采用50Hz调感式，但存在自动化程度差、噪音大等缺点。因此现在大都采用调频式（30-300Hz）串联谐振试验设备，可以得到更高的品质数（Q值），并具有自动调谐、多重保护，以及低噪音、灵活的组合方式（单件重量大为下降）等优点。
目前，交流串联谐振的电缆试验方法已在全国各地得到广泛运用，试验效果也得到了充分肯定。相信这种成熟技术及设备的引进一定能使电缆试验水平得到大幅提高，从而保障配电线路的安全可靠运行。
参考文献：
1.中国电力企业联合会 GB 50150-2006 电气装置安装工程 电气设备交接试验标准.中国计划出版社，2006
2.张仁豫，陈昌渔，王昌长.高电压试验技术.清华大学出版社，2009