谈高压试验中串联谐振装置的应用

摘要：本文根据多年工作经验，先介绍了串联谐振升压系统的工作原理及其优点，然后具体介绍了串联谐振装置在多方面的应用，进一步说明串联谐振装置的优势所在。对串联谐振装置不同的调谐方式进行了对比,并提出了具体要求。

关键词：串联谐振装置； 高压试验； 应用

中图分类号：O521 文献标识码：A

前言

高压试验作为电力系统的交接预防试验中，最直接、最有效、最严格的一种鉴定电力设备绝缘强度的试验方法，是完成高压输电建设中的高压试验的研究、高压设备的研制、高压设备的运行考核等主要阶段的基本前提和手段。电力系统的首要任务就是确保电力设备能够安全可靠的运行，保证设备能够高强度的绝缘，避免发生任何事故或故障，降低对工农业正常生产运营的影响和造成的经济损失。所以，电力设备在长期使用中必须保持高度的安全性和可靠性。目前，对高压设备常做耐压试验的设备主要有串联谐振装置和交流试验变压器。交流试验变压器在对高压设备进行耐压试验时，要求变压器具有非常大的容量，且该试验设备比较笨重，因此，在产生需要的试验电压时更多的是使用容量和电压都比较小的串联谐振装置，从而满足试验的要求。

1、串联谐振的基本概述

1.1 串联谐振装置的原理

装置组成是由变频串联谐振装置一般由变频电源、励磁变压器、试验电抗器、电容分压器构成。

变频电源原理图见下图1，主要包括整流器、逆变器和控制器三大部分，整流器主要作用是将系统输入电源 380V 交流电压转换为直流电压，储存于主回路的电容上；逆变器主要作用是将直流电压转换为频率、幅值可调节的交流电压；控制器相当于整个系统的神经中枢，用于协调各部分安全可靠的工作，包括整流器、逆变器工作的实现，试品电压的测量，系统参数的显示，外部输入指令的接收以及系统各种保护的实现。在系统中变频电源的主要作用是：为变频谐振试验系统的谐振回路提供幅值、频率可调节的电压，满足谐振回路的需要。

变频电源原理图1

1.2工作原理

变频串联谐振装置原理图见图2。380V工频交流电送入变频电源，经变频电源处理后，输出频率、幅值可调节的电压，输出电压送励磁变压器T的低压侧，经励磁变压器升压后送入由试验电抗器、电容分压器以及被试品构成的串联谐振回路，回路谐振频率f由试验电抗器电感L、试品电容、分压器电容和共同决定。在变频电源较小的输出电压下调节其输出频率，当输出频率等于谐振频率，串联谐振回路发生串联谐振，再调节变频电源输出电压使试品电压到达试验值。在回路谐振的条件下，试品电压为励磁变压器输出电压的Q倍，试品试验容量为励磁变压器输出容量的Q倍。

变频串联谐振装置原理图见图2

U：变频电源

T: 励磁变压器

L: 试验电抗器

CF: 电容分压器 其中C1为分压器高压臂、C2为分压器低压臂变频串联谐振回路等值电路见图 3

变频串联谐振回路等值电路见图 3

U:为励磁变压器高压绕组串并联后的输出电压，受变频电源控制可以由0到Umax（Umax为励磁变压器高压绕组串并联后的额定输出电压）连续变化，频率30到300Hz连续变化。

R：为串联谐振回路的等值电阻，包括励磁变压器等效到高压侧的内阻、高压电抗器内阻、试品内阻以及试验电晕损耗等值电阻等。

L：为串联谐振回路的等值电感，即励磁变压器等效到高压侧的漏电感、谐振电抗器电感之和。实际试验中，励磁变压器漏电感相对谐振电抗器电感较小，可忽略。

C：为串联谐振回路的负载电容与分压器电容之和。

1.2 串联谐振装置的优点及操作注意事项

应用串联谐振装置能够很好地保护被试验设备，降低风险，主要表现在以下几方面：

1.2.1 串联谐振是一种谐振式的电流滤波电路，对于电源电压的波形畸变，串联谐振能够有效改善并同时获得正弦电压波形，有效地防止谐波的尖峰对被试设备的伤害；

1.2.2 使用试验变压器时，如果电流击穿被试验设备，电流会立刻大幅度的上升，严重的损坏被试验设备。

1.2.3 励磁变压器的主要特点就是电压和容量小，仅仅是被试验设备的 1/Q，体积小、重量轻、安全可靠的设备非常适用于现场试验，因此，串联谐振装置是高压、耐压试验设备的主要选择。由于谐振产品设备大多都是高压设备，工作人员一定要注意操作安全，使用前认真阅读熟悉说明书，操作过程中严格按照相关标准和规定进行作业，注意操作安全距离，认真仔细的正确连接各联结线。

2、串联谐振装置的应用

2.1 GIS 交流耐压试验的应用

气体绝缘开关设备GIS是把断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器等组合在一起并以SF6气体绝缘的电力设备，GIS一般由2～18个间隔组成，试验中每一间隔相当于一个电容器，对GIS进行耐压试验相当于对这个电容进行耐压试验。某变电站220kV GIS为双母线单母联接线，1个主变进线间隔，4个220kV出线间隔，1个母联间隔，2个PT间隔。由于母线避雷器和母线电压互感器并联组合在PT间隔，母线避雷器不能进行交流耐压试验，因此进行交流耐压前，不能安装避雷器，待交流耐压试验完成后，再安装。规程要求母线电压互感器的交流耐压试验频率不能低于100Hz,如果GIS所有电气设备一起进行交流耐压试验，电容量很大，试验频率将低于100Hz。受试验条件与设备的限制，早年的气体绝缘设备都是没有经过严格正规的现场耐压试验，由事故统计数据也可以发现绝缘设备发生的事故率极高。因此，在气体绝缘设备的安装现场必须进行耐压试验，以确保气体绝缘设备能够安全、稳定、可靠地运行。

2.2 电缆设备试验中的应用

在国际大电网的会议的建议导则中，提出了运用谐振试验系统进行绝缘电缆的高压试验，并在总结报告中指出了三点：

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。

不少电缆在直流耐压试验中运行不久，常常会出现绝缘击穿、正常运行的电缆被严重损坏的情况。交流耐压试验的电场分布与实际的运行情况极其吻合，所以对电缆的试验比较有效。一般的电缆电容量和试验电流比较大，电感调节非常麻烦且其设备体积巨大，不易操作，而谐振试验设备体积小，灵活性强，易于操作。因此，在电缆现场进行交流耐压试验时，更多的是使用串联谐振装置。

总结

串联谐振装置以其体积小、重量轻、试验容量小等特点弥补了传统试验变压器的缺陷，不仅减轻了工作人员的工作量，还大大提高了现场试验的安全性，降低了对被试验设备的损坏程度。在将来，串联谐振装置将会以其优点得到更广泛的应用。

【参考文献】

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