变频串联谐振试验方式在交流耐压中的应用.doc

- PAGE 8 - 变频串联谐振试验方式在交流耐压中的应用 中冶实久电装分公司自动化部 任兆兴 内容摘要：在电力系统交接和预防性试验中，大容量、高电压试品的现场交流耐压试验，采用传统的工频耐压试验方式，因所需试验设备和电源的容量要求很大，在现场进行试验十分困难。成套变频串联谐振试验装置的问世，及时解决了现场试验的难题，作为一种先进的试验设备，现已被国内外广泛应用。 关键词: 变频串联谐振试验方式、交联电缆耐压、发电机耐压、 GIS耐压、变压器耐压 一、前言 在电力系统中，为了准确判断电力设备是否符合运行条件,预防设备损坏,保证系统的安全运行,其中的一项有效措施就是对设备进行绝缘交流耐压试验。然而由于许多试品属于大容量、高电压的电容性试品，如：发电机、变压器、GIS、高压电缆等，采用传统的工频耐压试验，所需试验设备和电源的容量都很大，在现场进行试验的难度也非常大。对于同一试品而言，采用变频串联谐振试验方式，进行此类试品的交流耐压试验，所需的试验设备和电源的容量最小，试验设备的重量也最轻，十分方便现场应用。变频串联谐振试验方式是当前高电压试验的一种新的方法与潮流，在国内外已经得到广泛的应用。 二、变频串联谐振试验方式的工作原理： 1、基本变频串联谐振电路介绍： 图1：串联谐振电路 在图1所示电路中有一个固定的频率，当外加电源信号的频率等于这个频率时，该电路将发生谐振。电路的谐振频率是由电路本身的参数决定的，当电路参数一定时，可调节电源频率，满足谐振条件2πf0Ｌ= 1/ 2πf0C时，电路发生谐振，谐振频率为f0=1/2π。 2、变频串联谐振试验方式工作原理： 基于这一原理，在串联谐振电路前提供一个既能调节频率又能调节电压的变频变压的电源，把电抗器L作为电感，把试品Cx作为电容（对大多数试品而言，都可以等效为一个电容器），在试品（电容）两端并一个电容分压器作为测量及反馈之用，这样就构成了一套简单的变频串联谐振试验装置。 变频串联谐振试验方式的工作原理如图2所示。 图2：变频串联谐振试验原理图 变频电源输出30～300Hz频率可调的试验电压，由励磁变压器升压后，经谐振电抗器L和试品Cx形成高压谐振回路，在试品上得到正弦波。谐振电抗器可串、并联使用，以保证谐振回路在适当的频率下发生谐振。电容分压器是纯电容式的，用来测量试验电压。 通过调节变频电源的输出频率，使回路处于串联谐振状态，谐振时，电抗器上和电容器上获得的电压最大，电感中的磁场能量与试品电容中的电场能量相互补偿，试品所需的无功功率全部由电抗器供给，电源只提供回路的有功损耗。调节变频电源的输出电压幅值，使试品上的高电压达到试验电压的要求。试品Cx上的试验电压为电源电压的Q倍，品质因素Q =Uc/U (U-励磁变压器的输出电压), 一般大于30。 因此我们可以看出变频串联谐振试验方式具有以下特点： （1）试验电源容量可降低到试品所需容量的1/Q倍，即品质因素Q越高，所需试验电源容量越小。 （2）当试品击穿时，谐振回路失去谐振条件，高压电路和低压电路的电流会快速减小，对试品破坏小。 （3）由于谐振电抗器L和试品Cx形成高压谐振回路是一个良好的滤波电路，故试品Cx上的电压波形为良好的正弦波。 3、变频串联谐振系统的参数配置： 实际应用中的变频电压谐振试验装置，一般是由试验设备生产厂家配套的，成套变频串联谐振试验装置，基本由以下部件组成： （1）变频电源：主要作用是为整套试验装置提供频率和幅值都可调节的电压，并集各种保护功能为一体。 （2）励磁变压器：主要功能是将变频电源输出的电压升至合适的电压，以满足谐振电抗器、试品的试验电压要求。 （3）谐振电抗器：是谐振回路的重要部件，当变频电源输出频率等于系统固有频率时，系统回路发生串联谐振。可根据试品实际情况，串联或并联连接使用，组成电抗器组，以满足试验电压和频率的要求。 （4）电容分压器：主要用于试验电压测量和保护反馈信号使用。用电容式分压器测量高压电压是最常用的方法，分压器一般是由高压臂电容器C1和低压臂电容器C2串联组成，用电压表测量低压臂C2上的电压，然后按分压比算出高压臂C1上的电压。其结构简单，精度较高，非常适合各种场合使用。 现场试验时，首先要确定试品的等效电容量（可通过一些资料查到，附录中提供了一些常见试品的等效电容量，供参考），再根据试品要求的试验电压频率范围、试验电压值等参数，大概计算出谐振所需电感量、试验电流，试品容量等，然后配置变频串联谐振系统。 常用的计算公式如下： 谐振频率：f0=1/2π （单位： Hz、H、F） L-电抗器的电感量； C-被试品的电容量。 试品电流：Ic=2πf0CUc (单位：A、Hz、F