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串联谐振耐压试验装置的基本原理和应用实例
2021-10-26

随着我国电力行业的迅速发展、电力运行设备的容量不断增加及超高压输电线路的实施使用日益广泛,运行设备,如高压组合电器(GIS)、高压电力电缆、水、火力发电机组等,其现场交流耐压试验所要求的试验容量越来越大,用常规的试验变压器已不可能在现场完成这些设备的交流耐压试验。调感串联谐振耐压试验装置是近十年来针对上述运行设备的交流耐压试验发展起来的新型的试验设备,它与常规的试验变压器相比,具有一定的优势。


串联谐振耐压试验装置


1、基本原理


1.1种类


大容量的谐振试验装置主要有两大类:


(l)按输出参数分类,可分为高电压型和大电流型。其中,高电压型适用于超高电压的CIS、高压断路器、变压器、电缆及藕合电‘容器等超高电压电器,大电流型适用于大型水轮、汽轮发电机、配电网络电缆及电力电容器等大电容量的设备。


上述这些大型设备在耐压试验时呈现的大试验容量几乎全是容性的无功功率,采取可控合适的补偿,将数十倍甚至上百倍地降低试验电源容量、数倍地减小试验设备的体积和重量。


对于容性负载,采取任何一种感性的无功功率补偿方式,如串联谐振型、并联谐振型及其派生的谐振变压器式改型的并联谐振型,均能获得相同的降低试验电容容量的效果,但就高电压技术要求而言,其中惟有串联谐振方式既能取得容量补偿效果,且输出电压波形畸变率最低、击穿后短路电流大幅度下降、试品闪络过程不产生振荡过电压。


(2)按调谐方式分类,可分为调感型和调频型,调感型主要是通过在工频下单纯调节电抗器的电感量改变感性无功容量,使其值尽量趋向与串联回路中的容性无功容量值,使回路达到谐振状态,而调频型则是将电抗器的电感量固定,调节谐振回路频率,使在该频率下感性无功容量值与同频率下容性无功容量值同时都朝着相等的方向调节,使之尽量趋向相等,达到回路谐振状态。


1.2装置原理


高压电力设备交流耐压试验的电源频率传统上是采用工频电源,随着技术的发展,多年来国际国内除发电机外已在高压电力设备上成功地完成了关于使用非工频频率耐压试验电源的研究,并付诸实用。


变频串联谐振试验回路由高压串联谐振主回路和调频调压回路两部分组成,见附图。高压串联谐振的主回路,主要由被试品电容Cx和电抗器L组成,激励变压器JLB的高压绕组提供谐振频率为fx=1/(2π√LCx)的激励电压,供高压主回路维持持续稳定的谐振。调频调压回路主要由变频器、调压器组成。



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装置由下列部件组成:


①离变压器:在回路中起防反击保护作用,②变频器,③调压器:用作回路电压调节,④激励变压器:提供谐振基本电源,⑤电抗器,⑥分压器,⑦控制部分:对回路部分进行操作、控制及监测回路电压、电流、频率等数据。


1 .3主要优点


(l)采用变频方式进行耐压试验,可以极大地降低因反复直流耐压而对电力设备产生具有损伤的积累效应。当在30一300Hz频率范围内对设备进行交流耐压试验,对故障的击穿检出功能则与工频基本一致,积累效应甚微,也与工频无异。


(2)采用串联谐振试验,能使被试品上电压波形畸变率(THD)<0.5%,获得最佳正弦电压波形,并能有效地防止谐波峰值对发电机等设备产生误击穿。


(3)串联谐振在全谐振状态下耐压,当被试品中绝缘弱点被击穿时电路立即脱谐,短路电流立即下降为试验电流的数十分之一。


(4)发生闪络击穿时,因失去了谐振条件,除短路电流立即下降外,高电压也立即消失,电弧即刻熄灭。且恢复电压再建立时间很长,很容易在再次达到闪络电压之前人为控制断开电源。



2、现场应用实例


目前,10kV交联聚乙烯电力电缆在交接试验时,都需要进行交流耐压试验。考虑到现场试验的特点,试验设备需要轻便、易携带,因此我公司购买了武汉泛科公司生产的FKTF一165kvA/20kV调频式串联谐振成套装置,并在现场进行了应用。


该设备包括如下部分:


(1)7kvA/800V/400V激励变压器一台,


(2)7kvA调频谐振控制箱一台(内含变频器、7.5kw),


(3)手动调压器(5kVA/0 .38kV)一台,


(4)四节串联补偿用电抗器。


该套设备单件重量不超过35吨,便于携带。该套装置可以使用手动及自动两种方式寻找谐振点。


试验时,先使用电容表测量出电缆每相对地的电容值,然后利用公式fx二1/(2√LCx)计算出所需的电源频率。由于计算频率和实际谐振频率还是有微小差别,为了精确地找到谐振点,还要进行如下试验:首先调节调压器,使之输出一较低电压(大约十几伏),再调节变频器,使之输出先前计算的频率,并利用在谐振点处电缆试品上的电压达到最高点这一特点,在计算频率附近微调变频器的输出频率,就可以寻找到确切的谐振频率。


对于型号YJv22-8.7/15-3 x 240,长度为630米的交联聚乙烯电力电缆,试验步骤如下:利用电容表测得每相对地的电容量为0.214μF,再利用fx二1/(2π√LCx),计算出fx二77Hz(电抗器为两节串联使用,L二20H)。通过微调找到实际谐振频率为76.75Hz,在此频率下顺利完成了试验。


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