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电路串联谐振原理在电力工程中的应用
2021-10-26

在电力系统中是要尽量避免串联谐振现象,因为串联谐振时,电感、电容两端电压会比电源电压大很多倍,故发生串联谐振时在电网的某一部分会造成过电压、危及电气设备的绝缘,造成设备损坏,会引起其他事故,然而在电力设备的高压试验中,却因采用串联谐振原理而产生了性能较好的新一代试验装置。


1、高压试验方法的由来与试验原理


随着电力系统的不断发展,系统容量和电压等级的不断增加,对电气设备的试验方法亟待改进,特别是对高压试验方法的改进。因为,按照试验规程(如DL/T596-1996(电力设备预防性试验规程》)要求,必须对电气设备进行交流耐压试验,就需要一个高电压源。以往得到高电压的方法是用一个大变比电压互感器(PT)进行工频升压。用这种升压方式,由于所用设备体积大而笨重,必须使用吊车进行移动和安装,所以,现场试验极不方便。而基于串联谐振原理设计的一种新的升压装置,不仅很好地解决了试验设备笨拙的问题,且较好地完成了电气设备中的耐压试验。


串联谐振试验装置


对氧化锌避雷器(MOA)进行验收试验时,规程规定需对其进行持续工作电压试验。在持续工作电压下测量总泄漏电流及有功损耗。在进行这项试验中,需要一个交流高电压源。为此,可以利用串联谐振电路特性获得这个高电压,并可在220V,50Hi电源的条件下得到试验所需的几十万伏的高电压,并可输出所需电流。基于串联谐振原理所设计的氧化锌避雷器的试验原理如图1所示。


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图1  氧化锌避雷器测试电路


图中Cx为被测避雷器,其左端的电路构成一个L、C串联电路,通过改变谐振电容C可使电路发生谐振,从而在CX上得到一个高电压,调节调压器T可控制其电压大小。由于电容上的电压认为加在R、L、C电路入口电压的Q倍,所以,要想得到一个高电压Uc,必须使电路有一个高品质因数Q,为此要采用高电感。这样,虽然克服了利用夭体积高变比PT的缺点,但增加了谐振电感L配置的困难。为了吸取PT法和谐振法的优点,在电路中增加了一个变比不太大、且体积、容量较小的PT,从而可以减少对L的需求量。在实际工程中一般是采用几个独立的电感线圈和电容连接来构成电路中的L和C。


图2所示串联谐振升压装置试验系统中,C。7分压电容;B试验用变压器(I000O/ZOOV);Crr被试品(如MOA或变压器等),在《电力设备预防性试验规程》中规定,对MOA进行交流试验的项目有多项,其中之一要测量lmA电流下的工频参考电压,该电压值需达到十几万伏;又如对容量为20kVA的变压器进行交流耐压试验时,所加的电压也需十几万伏,对这些交流耐压值在150kV及以下电气设备进行高压试验时,若采用大变比电压互感器(PT)进行工频升压时,所需PT容量为150kVA,其体积大约为直径lin,高1.6m的圆柱体,重量约为2吨多。要进行一次试验所需准备、运输、试验的时间约4~5天。并需租用吊车、卡车,雇佣装卸工。总之要花费很多的人力、物力、财力。而对一些场地窄小处,实施起来很不方便。


用串联谐振升压装置对同样设备进行试验,只需用3节电感、12节电容及一些小的辅助设备。其电感、电容参数如下表:


image.png


试验时将每组电容并联得到C,再与电感L串联,通过积木式相互搭接方法组装,便可完成试验项目。该套试验装置与大变比电压互感器(PT)的成本相近,不到十万元,然而应用串联谐振升压装置可省去每次试验中的过多开销并避免试验中的困难。所以串联谐振升压装置具有较好的经济性和实用价值,已开始在高压工程试验中推广。


由于,被试品的参数会影响原串联电路的特性,应该分析和考虑Cx与C、C。及L的关系,以使电路发生谐振,L、C的调节可使电路达到谐振点。由此可以看出,串联谐振式试验系统虽然解决了PT法装置笨拙的缺点,但在测试不同器件时,需要事先根据谐振原理计算出L和C的取值。


利用串联谐振试验装置,还可方便地进行变压器交流耐压试验,但不同的是,变压器对地电容较大调谐时其电容值应计入其中,而MOA对地电容很小,调谐时只考虑仪器本身谐振条件即可。并且变压器一次侧和二次侧的参数特性也有较大区别,为此,需要准确地计算和设计测试系统中所取的L和C值。


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