变频谐振法在现场交接试验中的应用

摘要：近年来随着谐振技术的成熟，新型的谐振试验设备开始被广大施工调试单位所青睐。本文针对新型谐振试验设备的使用，从现场试验角度，简单介绍谐振技术在电气高压试验中的应用，并结合案例对谐振交流耐压方法作选型分析。

关键词：电气交接试验；交流耐压；变频谐振

中图分类号：F407.6 文献标识码：A 文章编号：

1电气耐压试验现状调查

在GB50150-2006《电气设备交接试验标准》推出之前，施工现场电缆等设备耐压试验一般采用相对经济简便的直流耐压试验法，但根据最新的GB50150-2006，新安装的电力设备现场均应采用交流耐压试验作为标准试验方法。

传统的大容量交流耐压设备由于受技术和电磁特性局限，往往过于笨重、昂贵，不适于普通施工调试单位现场开展使用。随着谐振技术在工程中的成熟应用，谐振试验设备性能和测试稳定性的提高，国内一些电气试验设备厂家生产出了便于现场交接试验的新型谐振试验设备。但由于新型谐振试验设备技术新，使用这种设备的施工单位不多，相关使用经验较少，处于开发使用阶段。

2谐振交流耐压试验

2.1谐振试验原理

交流耐压试验中的被试品在回路里是以容性元件存在，普通的交流耐压试验法，由于大容量被试品需要系统提供数十倍于有功功率的容性无功以建立试验电压，需要的试验设备会很大很笨重。

串联揩振在电气高压试验中的应用也是基于串联谐振原理，通过试验设备中的感抗补偿掉容性元件的无功，视在功率一定的情况下，系统可测试被试品容量有了大幅提高。

图1 谐振原理

根据谐振原理，理想谐振状态，，，回路呈纯阻性。谐振角频率，品质因数。

它是衡量谐振试验设备优劣的一个重要的参数，决定了建立试验模型后，系统有功功率的利用率，Q值越大，可测试被试品的容量越大，可施加电压越高。另外，Q值越大，谐振曲线越尖锐，当稍微偏离谐振频率，输出就急剧下降，对谐振频率的选择性越强，对失谐态有抑制作用。

2.2 谐振试验典型接线图

图2，L1为串联电抗器，L2为并联电抗器，Cx为被试品对地电容。串联电抗器组L1在回路中起升压作用，如果被试品所需施加试验电压较高，可以增加L1的大小（节数）；而并联电抗器组L2在回路中起分流作用，当测试对地电容量较大被试品时，如长距离聚乙烯电力电缆，可适当增加L2大小来补偿Cx的容性无功。一般，如果试验条件已满足，L1或L2可以单独使用。试验设备可灵活组装的特点需要现场试验人员对已有知识的灵活运用和对试验丰富的经验积累。

3 典型方案选型示例

3.1交联电缆串联谐振选型及试验

3.1.1被试品参数

被试品:220kV交联电缆

被试品型号：YJLW02-127/220kV，截面积：800mm2，长度：100m

试验电压：1.7U0=216kV

3.1.2计算过程

假定试验频率为50Hz

查电缆出厂参考电容量表，该型号电缆单位长度电容量为0.155μF/km，得该电缆的电容量为。

(被试品电容量也可由西林电桥等电容量测试设备测得）试验电流。

由，所需的电感量=654H

使用的设备为苏州海沃生产的型号HVFR谐振试验装置.电抗器有两种型号。一种的单节电感量130H，额定1A，27kV，适于测试电缆、GIS开关组等设备；另一种是针对电厂发电机的单节电感量22H，额定3A，20kV。

从满足电压、电流角度考虑，选额定为1A，27kV的电抗器8只，总电感量L=1040H，励磁变选择10kV档位。

被试品可施加电压最大值Umax=27kV×8+10kV=226kV

计算谐振频率

选型后谐振回路电流I=0.67A 216kV，试验模型可行。

下面估算励磁变输出，谐振角频率；

无功功率为；

该试验系统品质因数经验值为30，则电源所需容量

3.1.3试验结果

按论证选定的试验模型接线试验，施加的试验频率与计算出的试验频率相差不大，并在规程要求范围之内，试验过程正常，试验数据合理。

3.2交联电缆串并联谐振选型

在上案例试验模型中，若电缆长度为200m，试验电流>1A, 显然模型已不满足试验要求，因此需要加入并联电抗器L2进行补偿。串并联谐振时；

得

3.2.1计算过程

电缆的电容量为；

简化计算，使试验中L1=L2。

假定f=50Hz,由；

得。

为满足试验电压要求取L2=1040H,串并联电抗器各用8节，则谐振频率；电容电流；

同理，，

试验模型可行。

4谐振试验法的优点

相对于传统的大容量试验变压器交流耐压试验及过去的谐振试验设备，当今比较先进的串联谐振试验设备有以下优点：

1、所需电源容量大大减小。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，在整个系统中，电源只需要提供系统中有功消耗的部分，因此，试验所需的电源功率只有试验容量的1/Q（Q为试验回路的品质因数）。

2、设备的重量和体积大大减少。串联谐振电源中，不但省去了笨重的大功率调压装置和普通的大功率工频试验变压器，而且，谐振激磁电源所需容量减小，使得系统重量和体积大大减少，一般为普通试验装置的1/3-1/5。

3、改善输出电压的波形。谐振电源是谐振式滤波电路，能改善输出电压的波形畸变，获得很好的正弦波形，有效的防止了谐波峰值对试品的误击穿。

4、防止短路电流烧伤故障点。在串联谐振状态，当试品的绝缘弱点被击穿时，电路立即脱谐，回路电流迅速下降为正常试验电流的1/Q。而并联谐振或者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。

5结论及建议

在电气高压试验室中，配置几套不同电压等级的谐振设备，就可以满足常规电气高压试验和少数特殊性高压试验的需要。而且运输和移动非常方便，使用效率高。经济效益有非常显著的提高。

参考文献

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