细谈变频串联谐振在电力工程中的前景

  遵循电力仪器交接试验需要，变压器、GIS系统、SF6断路器、电流互感器、电力电缆、套管的一切容性设备交接时必须符合交流耐压试验规范[1],那么让我们一起来细谈细谈变频串联谐振在电力工程中的前景，运用传统的工频电压试验法进行容性仪器交流耐压试验时，升压试验变压器不易搬运，并且现场大电流试验电源不容易获得。和传统试验方法相对来说，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，而且具有自动调谐、双重防护、组合方式灵活优势[2]。

  因为串联谐振电源主要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，试验电源仅仅提供系统有功的耗损，所以它所需电源功率仅具备试验容量的1/Q。同时，因为串联谐振试验不用大功率调压装置和工频试验变压器，谐振激磁电源仅要试验容量的1/Q，使得串联谐振系统重量和体积规模化的削减。不同的是，谐振电源是谐振式滤波电路，其能优化输出电压波形，以至于规避谐波峰值对试品的误击穿。但在串联谐振模式下，当试品绝缘弱点被击穿时，电路立即脱谐，回路电流迅速调整为正常试验电流的1/Q，所以他还能规避大的短路电流对故障点的烧伤。

  2.串联谐振原理分析

  电路谐振时阻抗值最小，当端口电压一守时，电路电流将到达最大值，如图1(b)所示，且该值的巨细仅与电阻的阻值有关而与电感和电容无关。谐振时电感电压与电容电压数值持平、相位相反，为总电压的Q倍[4]，即。RLC串联电路的电流是电源频率的函数，

  在电阻、电感及电容所构成的串联电路中，当容抗与感抗持平时，电路中的电压与电流相位相同，电路出现纯电阻性，此即为串联谐振[3]。当电路发作串联谐振时，电路的阻抗Z=R，此时回路总阻抗值最小，回路电流最大值。图1(a)所示为电感和电容元件串联构成的一端口网络，其等效阻抗，当发作谐振时，其端口电压与电流同相位，即，由此可推得谐振角频率和谐振频率分别为，。界说谐振时的感抗或容抗 为特性阻抗ρ，则特性阻抗ρ与电阻R的比值即为品质因数Q。

  为了研讨电路参数对谐振特性的影响，通常选用通用谐振曲线，图2(b)所示为串联谐振电路的通用谐振曲线。通用谐振曲线的形状只与Q值有关，且曲线形状越尖利，电路的选频性能越好。幅值大于峰值的0.707倍所对应的频率规模为通带宽，理论推导可得，由该式可知通带宽与品质因数成反比。

  即，在电路的电感L、电容C和电源电压US不变的情况下，不一样的R值得到不一样的Q值，图2(a)所示为不一样Q值时的电流幅频特性曲线。

  3.变频串联谐振的工程运用分析

  变频串联谐振实验过程中，励磁变的容量应大于有功功率P，并在励磁变最低输出电压满意实验需求的前提下尽量下降励磁变的变比，然后相应减小励磁变原边的输入电流。实验电源容量S=P+P1，其间P1为变频电源自身的损耗，由电源端输入电压为380V可得电源电流I1=。实验中电抗器的额外电压和电流也应大于实验电压和高压电流，当电抗器采纳串并联以满意实验需求时，有必要核算每个电抗器上所接受的电压和电流不超限值。

  在现场实验中，通常选用16mm2以上的裸铜线接地，裸铜线其寄生电感在μH数量级，约0.1-1μH/m，直

  流电阻约0.1mΩ，假如接地线有弯曲环绕现象，电感量可增加到10-1000μH/m。试品绝缘通常在沟通电压的正峰值或负峰值被击穿，试品被击穿刹那间试品上的电压最高，击穿后试品上的电压跌落到零的时刻通常在0.1-10μs之间，具体情况与击穿点的实践情况有关。从放电能量上看，即便放电时，试品的最小电容量只要0.002μF，实践实验时试品电容量远大于该值。如以放电时频率为100kHz、地线寄生电感为1μH、放电电流为1000A核算，地线的寄生感抗XL==0.628Ω，地线也许发生的过电压Ud=If XL=1000×0.628=628V。假如地线连接不规范，寄生电感就会增大许多，发生的过电压也许更大，可危及变频电源及人身安全。所以高压实验体系有必要一点牢靠接地，分压器的接地址与大地的连接线应尽量短，接地线应粗、直、短，然后确保实验安全。

  变频串联谐振其谐振频率，其间L为电抗器的电感值，如有几个电抗器串并联运用应思考互感的影响;C为被试品及分压电容器的和，现场可以用电桥或介损仪进行实践丈量取得。高压电流I=2πfCU，由被试品的电气参数和出厂耐压实验值，可确定现场的耐压实验电压U;有功功率P=1.2(P0+PK)，其间P0为励磁变空载损耗，PK为电抗器额外有功损耗。

  为进行GIS导体对外壳沟通耐压实验，实验前先用介损仪在该变#1主变220kV侧测得各相对地电容，并依据被试设备电容量估算所需电感以及实验电流及容量，各相对地电容量如表1所示。依据理论核算进行预备实验作业，现场实验实践谐振频率为73.8Hz，实验过程中未发作设备部件的闪络、放电，且实验前后试品绝缘无明显变化，设备顺畅通过沟通耐压实验

  4.变频串联谐振在工程中的运用典范分析

  以某变电站220kV GIS导体对外壳耐压实验为例，商品出厂实验电压导体对地为460kV，现场交代实验电压值为出厂实验的80%，即368kV。实验设备选用变频式串联谐振耐压实验装置，实验按电气设备交代实验规范和规程进行[1，5]。实验时GIS设备所有气室均充额外压力SF6气体且微水丈量合格，架空线、电力变压器、避雷器和维护空隙与GIS隔脱离。导体对外壳耐压加压实验时，220kV GIS实验电压由#1主变220kV侧套管处施加，每次一相，其他两相与接地的外壳短接。

  表1 试品电容的测量及参数的估算

  相别 电容量(nF) 电感量(H) 谐振频率(Hz) 一次电流(A) 二次电流(A) 电源电流(A)

  A/B-C-E 16.81 260 70.13 3.21 160.61 68.56

  B/A-C-E 16.52 260 70.65 3.19 159.43 67.38

  C/A-B-E 16.63 260 70.45 3.20 159.88 68.03

  5.结论

  因此我们将变频串联谐振和交流工频耐压试验装置进行对比，从而得知其具有电源容量小、试验仪器易搬运、输出电压波形好等优势，还可以有力度的规避谐波峰值对试品的误击穿、同时也能规避大的短路电流烧伤故障点。变频串联谐振原理、工程应用整合和现场试验充分证明，变频串联谐振在电力工程试验中具有突出的技术特长和庞大的市场需求。