探析串联谐振装置在高压试验中的应用

摘要：在电力系统交接预防性试验中，交流耐压试验是鉴定电力设备绝缘强度的最严格、最有效和最直接的试验方法之一，它对判断电力设备能否继续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。

关键词：串联谐振；高压试验；注意事项

Abstract: in the power system in the handover of the preventive test, and exchange the pressure test is the power equipment of the insulation intensity identified the most strict, the most effective and direct test methods, which has one of the judgment of the power equipment will continue to run decisive significance and ensure equipment insulation level, avoid insulation accident the important means.

Keywords: network (; High pressure test; note

中图分类号：P435文献标识码：A 文章编号：

前言

高压输电工程的建设一般要经过高压试验研究、高压设备研制、高压设备试运行的考核等阶段，而电力设备的高压试验是完成上述必经阶段的基本手段和前提。电力系统中的高电压设备，其首要任务是安全可靠的运行，任何故障或事故的发生，都会影响到工农业生产的正常进行甚至给国民经济造成重大的损失。所以，高电压设备必须在长年使用中保持高度的可靠性和安全性，因此对高压设备进行一系列的高压试验是至关重要的。

1串联谐振耐压试验的原理和优点

串联谐振试验装置可以利用谐振电抗器的电感与容性被试设备发生串联谐振，在被试品上获得所需的高电压。串联谐振的基本原理如图1所示。

图1串联谐振原理图

图1串联谐振原理图

当回路发生串联谐振时，X1一Xe，Ue一U／RXe一U／RXL其中XL为回路感抗，Xe为回路弯抗，U为励磁电压，Ue为试品承受电压。

设谐振回路的品质因数为Q，则Ue一QU，即被试品上获得的电压为励磁电压的Q倍，被试品上获得的容量也为试验电源容量的Q倍，就实现了用低电压小容量试验变压器对大容量试品进行交流耐压试验的目的。

调谐的方法主要有调感式和调频式。调感式采用可调节铁芯气隙的电抗器，通过调节铁芯气隙改变电感量，使回路处于工频谐振状态。其缺点是噪音大、机械结构复杂，设备笨重，重量达数吨以上，搬运困难。调频式采用固定电感电抗器，通过调节激励电源的频率使试验回路达到谐振状态。其特点是体积小、重量轻，品质因素高，使用方便，在现场试验中已逐步取代调感式。

a)串联谐振是谐振式电流滤波电路，能改善电源电压波形畸变，获得很好的正弦电压波形，有效防止谐波尖峰对被试品的伤害。

b)在串联谐振状态，当被试品的绝缘薄弱点被击穿时，回路立即失谐，试品承受的电压迅速下降为试验电压的数十分之一，流过击穿点的电流也迅速下降，大大降低了被试设备被损伤的危险，而避免了采用试验变压器方式做耐压试验时试品击穿后的电流立即大幅上升，对试品产生严重破坏。

c)励磁变压器的容量及电压仅有试品试验电压和容量的1／Q，试验设备体积更小，重量更轻，非常有利于现场试验。

2串联谐振试验装置的应用

2．1在电缆试验中的应用

城乡电网中电缆的大量使用，其故障时有发生。为保证交联电缆的安全运行，国家电网公司对电缆交接和预防性试验做出了新的规定，用交流耐压试验替代原来的直流耐压试验，以避免直流试验的累积效应对电缆造成损伤。国际大电网会议(CIGRE)21．09工作组的建议导则提出高压挤包绝缘电缆的现场试验采用谐振试验系统，频率范围为30～300Hz。并在1997年发表的题为“高压橡塑电缆系统敷设后的试验”的总结报告中明确指出以下3条。

a)由于直流电场强度按电阻率分布，而电阻率受温度等影响较大，同时耐压试验过程中，终端头的外部闪络引起的行波可能造成绝缘损坏。

b)直流耐压试验在很高电压下，难以检出相间的绝缘缺陷。

c)直流电压本身容易在电缆内部集起空间电荷，引起电缆附件沿绝缘闪络，因波过程还会产生过电压，这些现象迭加在一起，使局部电场增强，容易形成绝缘弱点，在试验过程中可能导致绝缘击穿，并可能在运行中引起事故。很多电缆在交接试验中按GB50150―91标准进行直流耐压试验顺利进行，但投运不久就发生绝缘击穿事故，正常运行的电缆被直流耐压试验损坏的情况也时有发生。交流耐压试验因其电场分布符合运行实际情况，故对电缆的试验最为有效。通常交流电力电缆的电容量较大，试验电流也很大，调感式设备的体积将非常巨大并且电感调节也很困难，而调频式装置则灵活性更强，更易于实现。因此，电缆现场交流耐压试验多利用变频谐振试验设备。IEC517和GB7674也认可30～300Hz交流电压可等效于工频电压，但耐压时间应进行频率修正。

2．2在GIS设备中的应用

气体绝缘开关设备GIS(Gas IusulatedSwitchgear)在工厂整体组装完成以后或分单元进行调整试验，试验合格后以分单元运输的方式运往现场安装。运输过程中的振动、撞击等可能导致GIS元件或组装件内坚固件松动或移位；安装过程中，在联结、密封等工艺处理方面可能失误，导致电极表面刮伤或安装错位引起电极表面缺陷；安装现场可能从空气中进入悬浮尘埃、导电微粒杂质等，这些在安装现场通过常规试验将难以检查出来，对GIS的安全运行将是极大的威胁。由于试验设备和条件所限，早期的GIS产品多数未进行严格的现场耐压试验。事故统计表明没有进行现场耐压试验的GIS大都发生了事故。因此，GIS必须进行现场耐压试验。

GIS的现场耐压主要包括交流电压、振荡操作冲击电压和振荡雷电冲击电压等3种试验方法。其中交流耐压试验是GIS现场耐压试验最常见的方法，它能够有效地检查异常的电场结构(如电极损坏)。目前，由于试验设备和条件所限，现场一般只做交流耐压试验。IEC517和GB7674认定对SF。气体绝缘试验电压频率在10～300Hz范围内与工频电压试验基本等效。国内外大多采用调频式串联谐振耐压试验装置进行GIS现场交流耐压试验。

2．3在发电机(电动机)交流耐压试验中的应用

发电机定子绕组对地或相间电容量大，如300Mw水轮发电机定子绕组对地电容量高达1．7～2．5μF，工频耐压时电容电流达到25～35A，试验设备容量数千kVA，采用常规试验设备时，设备笨重。更为严重的是用常规大容量试验设备时，发电机定子绕组绝缘被击穿时的故障点短路电流大，会烧损铁芯，将造成很大的经济损失。根据国家标准GB／T16927．2―1997《高电压试验技术》第一部分6．2．1．1电压波形的规定“试验电压一般应是频率为45～65Hz的交流电压，通常称为工频试验电压。”为了满足发电机交流耐压试验电压频率为工频的要求，发电机串联谐振装置通常是调感式的，通过调节铁芯气隙改变电感从而达到工频谐振的目的。

3 串联谐振试验装置安全操作准则

(1)谐振电源产品大多都是高压试验设备，要求由高压试验专业人员使用，使用前应仔细阅读使用说明书，并经反复操作训练。

(2)操作人员应不少于2人。使用时应严格遵守本单位有关高压试验的安全作业规程。

(3)不允许正在试验时突然切断系统电源，每次试验时退出正在试验状态，才可以切断电源。

(4)各联接线不能接错，特别是接地线不能接错，否则可导致试验装置损坏。

(5)试验时，对试验现场要划分安全区域，并置专人看守，杜绝闲杂人等靠近。

(6)串联谐振试验系统是利用谐振电抗器与被试品谐振产生高电压的，也就是说，能不能产生高电压主要是看试品与谐振电抗器是否谐振，所以，试验人员在分析现场不能够产生所需高电压时，应该分析什么破坏了谐振条件，回路是否接通等。

(7)串联谐振试验系统的激磁变压器有特定的电压和电流要求，在选用代替品时，一定要考虑电压和电流，不能采用只是容量相同的普通的试验变压器。

（8）维护保养请使用湿布和中性的清洁剂清洁仪器外壳，不能使用研磨剂和溶剂。

4结论

电力设备的高压试验是一项高技术复杂工程，它涉及管理模式、评估技术、监测技术、诊断技术、经济分析、人员素质等多个方面，其核心是建立一套相应的规范来保证先进高压试验的实施，以实现对设备在高压下运行、检修的全方位的现代化的管理。

参考文献：

[1]张仁豫，陈昌渔，王昌长，高电压试验技术[M]，北京：清华大学出版社，2003．

[2]陈化钢，电力设备预防性试验方法及诊断技术[M]，北京：中国科学技术出版社，2001．

[3]王德生，电力设备高压试验方法研究[J]，科技资讯2009.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。