淺談變頻串聯諧振試驗裝置在電力工程中的應用

淺談變頻串聯諧振試驗裝置在電力工程中的應用
1.引言
按照電氣設備交接試驗要求，變壓器、GIS係統、SF6斷路器、電流互感器、電力電纜、套管等容性設備交接時需進行交流耐壓試驗[1]。采用傳(chuan) 統的工頻電壓試驗法進行容性設備交流耐壓試驗時，升壓試驗變壓器笨重、龐大，且現場大電流試驗電源不易取得。與(yu) 傳(chuan) 統試驗方法相比較，變頻串聯諧振具有輸入電源容量小、設備重量輕，品質因數高，並具有自動調諧、多重保護、組合方式靈活等優(you) 點[2]。

由於(yu) 串聯諧振電源是利用諧振電抗器和被試品電容諧振產(chan) 生高電壓和大電流的，試驗電源隻需提供係統有功的消耗，因此其所需電源功率隻有試驗容量的1/Q。而且，由於(yu) 串聯諧振試驗不需要大功率調壓裝置和工頻試驗變壓器，諧振激磁電源隻需試驗容量的1/Q，使得串聯諧振係統重量和體(ti) 積大大減少。另外，諧振電源是諧振式濾波電路，其能改善輸出電壓波形，從(cong) 而防止諧波峰值對試品的誤擊穿。而在串聯諧振狀態下，當試品絕緣弱點被擊穿時，電路立即脫諧，回路電流迅速下降為(wei) 正常試驗電流的1/Q，故其還可防止大的短路電流對故障點的燒傷(shang) 。
2.串聯諧振原理分析
在電阻、電感及電容所組成的串聯電路中，當容抗與(yu) 感抗相等時，電路中的電壓與(yu) 電流相位相同，電路呈現純電阻性，此即為(wei) 串聯諧振[3]。當電路發生串聯諧振時，電路的阻抗Z=R，此時回路總阻抗值zui小，回路電流zui大值。圖1（a）所示為(wei) 電感和電容元件串聯組成的一端口網絡，其等效阻抗，當發生諧振時，其端口電壓與(yu) 電流同相位，即，由此可推得諧振角頻率和諧振頻率分別為(wei) ，。定義(yi) 諧振時的感抗或容抗 為(wei) 特性阻抗ρ，則特性阻抗ρ與(yu) 電阻R的比值即為(wei) 品質因數Q。
為(wei) 了研究電路參數對諧振特性的影響，通常采用通用諧振曲線，圖2（b）所示為(wei) 串聯諧振電路的通用諧振曲線。通用諧振曲線的形狀隻與(yu) Q值有關(guan) ，且曲線形狀越尖銳，電路的選頻性能越好。幅值大於(yu) 峰值的0.707倍所對應的頻率範圍為(wei) 通帶寬，理論推導可得，由該式可知通帶寬與(yu) 品質因數成反比。
3.變頻串聯諧振的工程應用分析
變頻串聯諧振其諧振頻率，其中L為(wei) 電抗器的電感值，如有幾個(ge) 電抗器串並聯使用應考慮互感的影響；C為(wei) 被試品及分壓電容器的和，現場可以用電橋或介損儀(yi) 進行實際測量獲得。高壓電流I=2πfCU，由被試品的電氣參數和出廠耐壓試驗值，可確定現場的耐壓試驗電壓U；有功功率P=1.2（P0+PK），其中P0為(wei) 勵磁變空載損耗，PK為(wei) 電抗器額定有功損耗。
在現場試驗中，通常采用16mm2以上的裸銅線接地，裸銅線其寄生電感在μH數量級，約0.1-1μH/m，直流電阻約0.1mΩ，如果接地線有彎曲環繞現象，電感量可增加到10-1000μH/m。試品絕緣通常在交流電壓的正峰值或負峰值被擊穿，試品被擊穿瞬間試品上的電壓zui高，擊穿後試品上的電壓跌落到零的時間一般在0.1-10μs之間，具體(ti) 情況與(yu) 擊穿點的實際情況有關(guan) 。從(cong) 放電能量上看，即使放電時，試品的zui小電容量隻有0.002μF，實際試驗時試品電容量遠大於(yu) 該值。如以放電時頻率為(wei) 100kHz、地線寄生電感為(wei) 1μH、放電電流為(wei) 1000A計算，地線的寄生感抗XL==0.628Ω，地線可能產(chan) 生的過電壓Ud=If XL=1000×0.628=628V。如果地線連接不規範，寄生電感就會(hui) 增大很多，產(chan) 生的過電壓可能更大，可危及變頻電源及人身安全。所以高壓試驗係統必須一點可靠接地，分壓器的接地點與(yu) 大地的連接線應盡量短，接地線應粗、直、短，從(cong) 而保證試驗安全。
4.變頻串聯諧振在工程中的應用範例分析
以某變電站220kV GIS導體(ti) 對外殼耐壓試驗為(wei) 例，產(chan) 品出廠試驗電壓導體(ti) 對地為(wei) 460kV，現場交接試驗電壓值為(wei) 出廠試驗的80%，即368kV。試驗設備采用變頻式串聯諧振耐壓試驗裝置，試驗按電氣設備交接試驗標準和規程進行[1，5]。試驗時GIS設備所有氣室均充額定壓力SF6氣體(ti) 且微水測量合格，架空線、電力變壓器、避雷器和保護間隙與(yu) GIS隔離開。導體(ti) 對外殼耐壓加壓試驗時，220kV GIS試驗電壓由#1主變220kV側(ce) 套管處施加，每次一相，其他兩(liang) 相與(yu) 接地
5.結論
變頻串聯諧振與(yu) 交流工頻耐壓試驗裝置比較，其具有電源容量小、試驗設備重量輕、輸出電壓波形好等優(you) 點，並可有效的防止諧波峰值對試品的誤擊穿、且可避免大的短路電流燒傷(shang) 故障點。變頻串聯諧振原理、工程應用分析及現場試驗表明，變頻串聯諧振在電力工程試驗中具有突出的技術優(you) 勢和良好的應用前景。