变频串联谐振的应用

变频串联谐振的应用按照电气设备交接试验要求,变压器、GIS系统、SF6断路器、电流互感器、电力电缆、套管等容性设备交接时需进行交流耐压试验。采用传统的工频电压试验法进行容性设备交流耐压试验时,升压试验变压器笨重、庞大，且现场大电流试验电源不易取得。与传统试验方法相比较，变频串联谐振具有输入电源容量小、设备重量轻，品质因数高，并具有自动调谐、多重保护、组合方式灵活等优点。由于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，试验电源只需提供系统有功的消耗，因此其所需电源功率只有试验容量的1/Q。而且，由于串联谐振试验不需要大功率调压装置和工频试验变压器，谐振激磁电源只需试验容量的1/Q，使得串联谐振系统重量和体积大大减少。另外，谐振电源是谐振式滤波电路，其能改善输出电压波形，从而防止谐波峰值对试品的误击穿。而在串联谐振状态下，当试品绝缘弱点被击穿时，电路立即脱谐，回路电流迅速下降为正常试验电流的1/Q，故其还可防止大的短路电流对故障点的烧伤。谐振是正弦交流电回路中的一种特殊情况。在电力系统中,谐振的产生会造成过电压、过电流现象的出现,影响电力系统的安全稳定运行。但是,在工程技术中,谐振技术也得到了很多正面应用;其中,在大型发电机定子交流耐压试验设备方面,串联谐振耐压设备,因其具备的显著优点,已逐步取代了常规耐压设备,得到了广泛的应用。串联谐振的基本原理串联谐振的电路模型(如图,所示)发生串联谐振时,电路中呈现出的特性1)电路中复合阻抗最小,呈纯电阻性,阻值的大小等于电路中导体的铜耗电阻R;2)I=U/R,因此发生谐振时,回路中的电流最大,并与电压同相位;3)L和c两端的电压大小相等、相位相反,并且在L和C的两端出现过电压现象,过电压数值等于输人电压的Q倍。Q又称为谐振电路的品质因数,简称Q值。串联谐振试验设备应用背景目前,电力系统中对于许多电力设备在投运前、检修后,要求进行交流耐压试验(如xPLE交联电缆、Gls、发电机定子等),以保证设备后期的安全可靠运行。因科技进步及制造业的发展,电力设备的容量逐步增大,同时这些设备往往具有很高的对地电容。因此,在进行交流耐压试验时,通过被试品的电容电流很大(如三峡电站水轮发电机定子的单相对)。在这种情况下,如采用常规的工频交流耐压设备,所需试验设备(调压器、升压器)和电源的容量高达数千千伏安。试验设备非常笨重,同时在现场很难具备如此大容量的试验所需输人电源。根据谐振理论制造的串联谐振耐压设备,因其所需容量仅为试品容量的l/Q倍(在完全谐振的情况下,试验设备承担的容量仅为电路的有功分量,为被试品容量的1/Q倍),有效的减小了试验设备的容量和对试验电源容量的需求。串联谐振试验设备分类根据试品性质不同,串联谐振耐压设备也可分为不同类型,具体如下:l)对于XLPE交联高压电缆、GIS的交流耐压,IEC标准规定可采用非工频耐压,频率范围可选择在20zH一30Hz,国内也有相关的试验标准,一般频率范围为30zH一30Hz之间。因此,对于这些设备的交流耐压试验,可采用变频串联谐振试验设备。变频串联谐振试验设备一般由以下几个主要部分组成:变频电源(用以产生试验所需的非工频电源),激励变压器,电抗器(分为固定式和可调式),电容分压器(用来测试试验电压)。根据调谐的方式,又可分为调频、调感以及调频调感型。介质较为薄弱,进行交流耐压时如采用过高的频率,极易因高频造成的极化、发热损坏线棒的绝缘;如采用低频进行试验,则不能真实的反映定子的正常工作状态,得不到好的试验效果。故此,对于发电机定子的耐压试验,一般采用工频进行。国内相关标准对于工频的定义,一般为45Hz一5Hz。工频串联谐振耐压设备的调谐方式,理论上分为调感和调容两种。调感式通常采用调节电抗器铁心气隙的方式,可以连续平滑的调节感抗值,操作比较方便;调容式不仅需要笨重的电容,并且电容不能连续的调节,所以不太适合现场操作。因此,一般都采用调节电感的方式进行调谐,故又称为工频串联调感谐振。3)在实际应用中,变频谐振和工频谐振的主要区别有以下几点:(l)在电抗器的选择上,变频谐振的采用的电抗器,一般为固定式,并分为多节;试验时根据不同电抗器的串、并联达到要求的电感值;或可采用固定式电抗器和可调电抗器结合的方式;但可调电抗器一般只能在试验前进行手动调节,试验过程中不变。因此,对于变频串联谐振,试验前电抗器的调整、匹配工作较为繁琐。而工频谐振的电抗器,是连续可调型,并且通常用电机进行电动操作,操作非常简便。串联谐振试验设备的优点综上所述,串联谐振试验设备,具有以下特点和优点:l)输人电源和试验设备的功率仅为被试品所需容量的l/Q;试验设备体积小、重量轻,输出容量大,而所需配置的电源容量小;2)串联谐振实际是个电流滤波回路,使通过被试品的电流基本是基波电流,输出电压的波形畸变率(THD)极小,优于常规交流耐压设备;3)试品闪络或击穿后的短路电流为短路前试验电流的l/Q,可有效防止击穿后扩大对故障点的损伤;4)闪络后立即自动熄弧,熄弧后恢复谐振状态电压建立的过程较长(数秒)是一个稳态的建立过程,无电压过冲之虑,更无毫秒级、微秒级瞬态过程恢复过电压的危险。