变频串联谐振交流耐压试验

变频串联谐振交流耐压试验串联谐振定义在含有电阻、电感及电容元件串联的交流电路中，当电源电压U与电路电流I相位同相时，则称电路发生了谐振，因元件是串联连接方式，故称为串联谐振。串联谐振等效电路RLC～UIURULUC串联谐振时电路特点电路电流：I=U/Z电路等效阻抗：Z=R+J(XL-XC)由串联谐振定义可知：电路发生谐振时，电路电流I与电源电压U同相。又由电工基础可知，只有在交流电路负载呈纯阻性时，电源电压与电流同相。由上可知，电路谐振时具有以下明显特点：（1）电路等效阻抗达到最小值且等于电阻分量，Z=R。（2）电路等效电抗分量等于零，即：XL-XC=0XL=XC（3）根据公式I=U/Z，当电源电压一定，Z等于最小值时，I达到最大值。在串谐定义时，也可表述为：在含有电阻、电感及电容元件串联的交流电路中，当XL=XC（或Z=R）时，则电路发生了谐振。串联谐振时电路特点各元件电流电压分析：元件电流：串联电路中，各元件流过电流相同。元件电压：电阻电压UR=U/R*R=U电感电压UL=U/R*XL=（XL/R)*U电容电压UC=U/R*XC=（XC/R)*U因为:XL=Xc，故:UL=Uc可知：电源电压等于电阻两端电压，即电源电压全部作用于电阻元件两端。电感、电容元件两端电压在数值上大小相等，其值等于电源电压的XL/R（或Xc/R)倍,但相位相反。串联谐振时电路特点向量图IUL.U=UR....UCU:电源激励电压I:回路电流。因谐振时负载呈纯阻性，故在向量上与电源电压同相位。UR：电阻元件两端电压。与电源电压完全相同。UL：电感元件两端电压。电感元件电压超前电流90°。UC：电容元件两端电压。电容元件电压滞后电流90°。品质因数Q通常情况下，回路感抗和容抗远大于电阻分量，故电容（试品）和电感上的电压远高于电源电压，所以串联谐振也称电压谐振。其电压值为电源电压的XC/R（XL/R）倍，工程上常使用这个比值来表征谐振电路的性能，并称此比值为串联电路的品质因数，用Q表示。品质因数又称共振系数，有时简称为Q值。它是由电路参数R、L、C共同决定的一个无量纲的量。正是因为Q值的存在，使得利用串联谐振试验时可利用较小的励磁容量及电源容量即可获得很大的试验容量，由较低的励磁电压获得较高的试验电压，从而完成利用试验变压器难以完成的大容量试品的试验，这就是串联谐振的最大优势。达到串联谐振的方式达到串联谐振的基本条件：XL=XC即:式中包含3个未知数：f（频率）L（电感）C（电容）为了满足上述条件即可使电路发生谐振，三个未知数，说明可通过三种方式达到谐振。（1）固定电感量L、电容量C，改变电路电源频率，可使基本条件成立，即调频方式。（2）固定频率f、电容量C，改变电感量L，可使基本条件成立，即调感方式。（3）固定频率f、电感量L，改变电容量C，可使基本条件成立，即调容方式。2πfL=12πLC串联谐振在电气试验中的应用串联谐振较工频试验变交流耐压的优点：（1）对电源容量要求小，仅需工频试验变试验容量的1/Q倍。能够完成一些传统试验方法无法完成的试验。（2）试验电压波形好，正弦度高。谐振电路本身是一个良好的低通滤波电路，能够输出波形非常好的正弦波电压，波形失真度非常小。（3）安全，对试品危害小。试验中如试品击穿，则谐振条件破坏，试验电压迅速下降，电流减小，放电能量减小，不会产生过电压，因而不会因反复放电扩大故障点，有利于保护试品。不同调谐方式的串联谐振耐压设备调频式串联谐振装置特点：（1）电抗器结构简单，可靠性高，易维护，工作时噪音小。（2）容量较小的成套设备，电抗器可设计成积木式结构，单个电抗器体积、重量小，可实现便携要求。（3）由于通过频率调节来达到谐振，故对于频率范围要求较窄的试品，需要配置较多的电抗器（或补偿电容），通过灵活的改变电抗器组合方式来满足有效试验频率的要求。在某些严格50Hz试验频率要求的场合使用可能受到限制。不同调谐方式的串联谐振耐压设备调感式串联谐振装置特点：（1）试验完全工频输出，试验频率与试品运行频率完全相同，试验等效性好。（2）调感电抗器设备笨重、机械结构复杂、工作可靠性相对较低，维护工作量较大，运行噪声大。调感式串联谐振装置一般在严格工频要求的试验场合应用，或在试验大厅固定安装使用。不同调谐方式的串联谐振耐压设备调容式串联谐振装置由于被试设备承受耐压的绝缘部分，基本等效为一电容。即试品结构固定，其电容值就固定，目前还没有较好的平滑调容方式，故单独的调容串联谐振未见应用。调容措施往往做为一种辅助性方法综合应用在调频或调感谐振装置中（如配置补偿电容器）。调频串联谐振耐压装置谐振频率：f=12πLC由此可知，串联电路的谐振频率f是由电路自身参数L、C决定的，与外部条件无关。调频串联谐振耐压装置原理接线图：变频电源V控制箱TC1C2BPDLCXIUULUCRCCTA电源输入三相380V或单相220VBPD:变频电源T:励磁变压器CX:试品等效电容C1\C2:电容分压器C:补偿电容器L:谐振电抗器R:试验回路等效电阻U:励磁变电压UL:电抗器电压UC:试品电压I:试验回路电流CT:电流取样调频串联谐振耐压装置设备实物图：变频源励磁变电抗器电容分压器补偿电容器调频串联谐振接线方式所谓接线方式，主要是指谐振电抗器的接线方式和励磁变高压侧绕组的连接方式。电抗器接线方式：单台串联并联混联单台：只采用一台电抗器的简单接线，低电压小电流试验场合或单台大容量电抗器常采用此种接线串联：适用于试验电压较高而试验电流较小的场合并联：适用于试验电压较低而试验电流较大的场合混联：适用于试验参数介于串联与并联之间的场合调频串联谐振接线方式电抗器串联：电抗器首尾连接调频串联谐振接线方式电抗器并联：所有电抗器的首端与首端相连，尾端与尾端相连调频串联谐振接线方式电抗器混联：多台电抗器之间既有串联也有并联的接线（包括同规格和不同规格电抗器混联）调频串联谐振接线方式励磁变高压绕组连接方式：单绕组串联并联混联单绕组：高压侧单绕组的励磁变串联：适用于试验电压较高而试验电流较小的场合并联：适用于试验电压较低而试验电流较大的场合混联：适用于试验参数介于串联与并联之间的场合调频串联谐振接线方式励磁变高压绕组4组串联励磁变高压绕组4组并联励磁变高压绕组2串2并（混联）调频串联谐振接线方式多台励磁变的并联：当单台励磁变电流不能满足试验要求时，可采用多台励磁变并联。因一般励磁变均为分级绝缘结构，故不同励磁变之间不能串联。注：（1）并联的各励磁变必须为同规格，且选择相同的高压绕组连接方式。（2）由于电流采样只取其中一台励磁变，故原则是从哪台励磁变取电流信号，哪台励磁变的高压接地端接地，其余台高压接地端需悬空。调频串联谐振使用注意事项（1）电源电压和频率要求稳定，避免用电阻器调压；（2）试验电压直接在被试品两端测量；（3）试验电压大于单个电抗器额定电压时，务必多个电抗器串联，相关电抗器底部必须加专用绝缘底座。（4）不同型号规格的电抗器之间不能简单的进行混合并联或串联。（5）电抗器连接时，应使用专配的连接线，保证电抗器间足够的距离以尽量减小互感的影响。（6）电抗器使用时，应移除其周围的金属物体，并应绝对避免直接将电抗器放置在钢板、铜板等较大面积金属导体上使用，否则因涡流引起的发热将导致系统有功输入的增加，将严重影响试验Q值，甚至使试验电压达不到预期试验值。（7）电压较高试验时，高压引线应采用扩径导线，否则较细的导线发生电晕时将严重影响Q值，可能使试验电压不能升到预期试验值。调频串联谐振使用注意事项（8）分压器本体与其高度相等的范围内应无其它物体，高压引线与分压器本体的夹角不小于90°，且应拉直绷紧，不拖搭，并与四周物体保持足够的绝缘距离。（9）进行试验时，重要的磁记录设备或物体（如磁条记录卡、银行储蓄卡等）应远离试验现场的电抗器，否则容易导致破坏或数据丢失。（10）应用专配接地线将各需接地部件连接，使得其中仅一点接到接地母线。特别注意控制箱、励磁变、分压器的接地端至地线组的O点应尽可能短，不要任意延长接地线的长度。为减小电抗器漏磁的干扰，应将接地线组与高压取样信号线尽可能的并行放置，布线要集中不分散，且远离电抗器，绝对避免接地线组和高压取样信号线穿梭于电抗器间！（11）对于纯瓷绝缘子等纯高阻性设备，不适合采用串联谐振的试验方法。调频串联谐振应用算例1宽频30-300Hz范围计算。（以下列参数设备为例，只用于掌握计算方法，用户设备具体参数见设备铭牌）：电抗器规格参数：26kV1A32-300Hz60min励磁变参数：6kVA1.56kV*432-300Hz试验任务：600米185mm226/35kV交联电缆交流耐压试验（1）确定电缆参数，600米185mm226/35kV交联电缆。（2）确定试验电压。查规程得试验电压为2U0即2*26kV=52kV60min。（3）根据电抗器额定电压应大于或等于试验电压，选择两节电抗器串联(即满足26kV*2≥52kV)。（4）查表，查得电缆电容量为0.163*0.6=0.0978μF。（5）初算试验电流：I=UωC=52*6.28*32*0.0978/1000=1.022A（式中频率用调频串联谐振应用算例1电抗器额定频率32Hz）（6）选择两柱电抗器并联(即满足1A*2≥1.022A)。（7）根据电感、电容计算试验频率：f=1/（2π√LC）=1/（6.28*√129.3*2/2*0.0978/1000000）=44.83Hz（8）频率44.83Hz满足30-300Hz要求。验算试验电流:I=52*6.28*44.83*0.0978/1000=1.43A(式中频率代入实际谐振频率)（9）再次确认电抗器额定电流大于1.43A（1A*2≥1.43A）。（10）根据试验电流大小，选择励磁变高压绕组接线方式。因励磁变高压每绕组电流为1.5/1.56=0.96A。1.43/0.96=1.49柱。选择励磁变高压绕组为两串两并接线方式（即中压接线方式）结论：电抗器采用四节两串两并接线，励磁变高压绕组采用两串两并接线方式。调频串联谐振应用算例2工频45-65Hz范围计算。（以下列参数设备为例，只用于掌握计算方法，用户设备具体参数见设备铭牌）：电抗器规格参数：37kV1A45-300Hz15min励磁变参数：8kVA2.47kV*445-300Hz试验任务：110kV50000kVA变压器高压侧中性点交流耐压试验。（1）确定变压器参数：50000kVA110kV/10.5kV中性点电压：35kVYn,d11（2）确定试验电压。查规程（按出厂试验的80%）得试验电压为68kV1min。（3）根据电抗器额定电压应大于或等于试验电压，选择两节电抗器串联(即满足37kV*2≥68kV)。（4）查表，查得变压器高压侧电容量为0.0142μF。（5）初算试验电流：I=UωC=68*6.28*45*0.0142/1000=0.273A（式中频率用调频串联谐振应用算例2电抗器额定频率45Hz）（6）选择单柱电抗器(即满足1A*1≥0.273A)。（7）根据电感、电容计算试验频率：f=1/（2π√LC）=1/（6.28*√130.86*2*0.0142/1000000）=82.6Hz（8）试验频率82.6Hz不满足45-65Hz要求，必采取措施将频率降到45-65Hz。根据频率计算公式，可采用增大电感或电容的方式，现以增加电感方式说明。（9）根据增加电抗器串联的台数，可增大电感量。现为满足频率要求，计划加两台电抗器即四台电抗器串联。（10）再次根据电感、电容计算试验频率：f=1/（2π√LC）=1/（6.28*√130.86*4*0.0142/1000000）=58.4Hz（11）频率58.4Hz满足45-65Hz要求。验算试验电流:调频串联谐振应用算例2I=68*6.28*58.4*0.0142/1000=0.355A(式中频率代入实际谐振频率)（12）再次确认电抗器额定电流大于0.355A（1A≥0.355A）。（13）根据试验电流大小，选择励磁变高压绕组接线方式。因励磁