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高压试验中串联谐振装置的应用效果
2021-05-24

  高压试验是在电力系统中一种最直接、最严格且最有效的试验电气设备的绝缘好坏的方法。电气设备绝缘的好坏,关系到电气设备是否能安全运行。因此,在高压试验中,要保证电气设备的安全可靠性。目前,使用串联谐振装置是高压试验的一种新的方法,并在国内得到广泛应用。高压试验工作量大,而串联谐振装置是交流耐压装置、适用于大容量,高电压的电容性试品的交接和预防性试验,有效地解决了由于电源容量的不足,对现场实验的制约,且串联谐振装置体积小、重量轻、较容易现场搬运。适合各类高压电缆和大型发电机组、电力变压器和 66KV、110KV、220KV、500KV、GIS 交流耐压试验技术的要求。


串联谐振装置


1 串联谐振装置的基本概述

1.1 串联谐振装置的组成与原理设计

  串联谐振装置主要组成部分有:变频控制器、励磁变压器、电抗器、电容分压器。串联谐振装置运用串联谐振原理,利用电抗器的电感和试品电容实现串联谐振,在被试品上获得所需的高电压大电流,将谐振的电压加到高压试验设备上。

串联谐振装置具有独特的设计:采用了调节电源频率的方式,使串联谐振实验装备与被试品电容谐振产生交流试验电压。此调频谐振装置能把电抗器采用多只分开设计,分为 n 节,既可满足高电压,小电流的电器设备试验要求,又能满足像 10kv 电缆这样的较低电压等级的交流耐压试验要求,是高压试验的理想的耐压装备。

1.2 串联谐振装置在电力系统运用的优点

1.2.1 串联谐振装置与普通的大功率调压装置或大功率工频试验变压器相比,其试验设备重量更轻、体积更小,更有利于现场试验。在电力系统试验中,串联谐振电源只需要提供有功能消耗的部分,而试验所需的电源功率只有试验电压和容量的 1/Q,使得系统重量减轻和体积减小,一般为普通实验装置的 1/10-1/30。

1.2.2 谐振电源是谐振式电流滤波电路,能改善输出的电压波形。串联谐振装置设备试验能改善输出电压的波形畸变,获得很好的正弦波形,有效的防止谐振电波尖峰对被试品的伤害和误击穿。

1.2.3 在串联谐振装置状态,能有效的找到绝缘弱点,能防止大的短路电流烧伤故障点。当被试品的绝缘弱点被击穿时,电路会立即失谐,试品承受的电流迅速下降为试验电流的 1/Q,击穿点的电流也迅速下降,大大降低了试品的损害程度,防止大的短路电流烧伤故障点的忧患。避免了采用普通变压器设备做耐压试验时试品被击穿后的电流立即上升几十倍造成的试品损坏。

1.3 串联谐振装置的注意事项和准则

1.3.1 谐振装置产品大多是高压试验设备,必须由专业人员进行操作,高压试验。使用前应认真仔细阅读设备使用说明书,并进行反复操作训练。

1.3.2 操作人员安排不应少于 2 人,并严格遵守本单位有关高压试验的安全作业标准和规程,以确保试验的正确安全。

1.3.3 各连接线要接对,尤其是接地线一定不能接错,否则会损坏试验装置。

1.3.4 使用设备试验时,要注意安全距离,对试验场地要划分安全区域,防止其他人靠近避免不必要的伤害。在输出高电压或超高电压时,必须要可靠并接地。

1.3.5 串联谐振装置试验系统是利用谐振电抗器与被试品电容串联谐振产生高电压的。若试验设备不能够产生所需高电压时,试验人员应该分析是现场什么破坏了串联谐振条件,并查看回路是否接通等。

1.3.6 串联谐振装置试验系统对电压和电流有特定的要求,因此在选取替代品时不能采用只是容量相同的普通试验变压器,一定要考虑电压和电流是否适合。

1.3.7 保养维护设备时不能使用溶剂和研磨剂,可使用湿布和中性的清洁剂清洁。

2 串联谐振装置的应用效果

2.1 在气体绝缘设备的应用效果

  在工厂的整体组装完成以后或分单元进行调整试验合格气体绝缘设备,继续以分单元运输的方式运至现场进行安装。气体绝缘设备的安全安装运行是一个极大的威胁:在运输的过程中,可能会因为撞击、振动等因素出现气体绝缘设备的组装元件或紧固件的松动、移位、磨损等现象;在安装的过程中,可能会由于密封、联结等工艺处理不当导致一些明显的缺陷,如电极的表层刮损、安装错位等;在安装的现场中,可能会由于空气中的悬浮尘埃物、导电微粒杂质等微小物质的进入导致气体绝缘设备难以正常运作。以往在试验设备和其他条件的限制下,气体绝缘设备都没有经过严格正规的现场耐压试验,由所引起的事故统计数据发现没有进行耐压试验的绝缘设备事故的发生率极高。为降低试验设备发生的事故率,确保气体绝缘设备安全稳定的运行,气体绝缘设备必须进行现场耐压试验。

  气体绝缘设备的现场耐压试验方法主要有 3 种:一是交流电压,二是振荡操作冲击电压,三是振荡雷电冲击电压。其中最常见的方法是交流耐压试验,而目前由于条件限制现场一般只做交流耐压试验。现在,国内外大多采用调频式串联谐振耐压试验装置进行 GIS 现场

交流耐压试验。

2.2 在电缆试用中的应用效果

  由于电网中电缆的大量使用,不可避免,会时常发生一些故障或事故,导致不安全的隐患。为了保证电缆的安全运行,国家电网公司对电缆的交接做出了新的规定,用交流耐压试验代替直流耐压试验,避免直流试验的累积效应损伤电缆。国际大电网会议工作组的建议导则提出进行绝缘电缆的高压试验时运用谐振试验系统,并在总结报告中明确指出了三点:第一,电阻率受温度的影响比较大,而直流电场的强度是按电阻率分布的,终端头外部闪络产生的行波可能会损坏电缆绝缘;第二,在很高电压下,直流耐压试验是难以检测出相间的绝缘缺陷;第三,在电缆内部,直流电压极容易自身集起空间的电荷,导致电缆附件沿着绝缘闪络,其过程中还会产生过电压,增强局部电场形成绝缘弱点,在试验过程中绝缘可能会被击穿而导致电缆损坏或事故发生。通常交流电缆的试验电流大、电容量也大,而调频式串联谐振装置灵活性强,易于现场操作,故电缆交流耐压试验多利用变频串联谐振试验设备,使交流耐压试验符合电缆的运行实际情况。

2.3 在发电机(电动机)交流耐压试验的应用效果

  发电机的工频耐压时电容电流量、定子绕组对地电容量等相间电容量大,若采用普通常规的大容量试验设备,设备本身比较笨重,在试验中发电机定子绕组的绝缘被击穿时故障点短路电流大,会导致铁芯烧损,进而造成很大的经济损失。为满足发电机交流耐压试验电压频率符合工频耐压电容电流量的要求,减少经济上的损失,发电机的试验设备采用串联谐振装置来调节铁芯气隙以改变电感,从而达到工频谐振的目的。

3 结束语

  与传统的实验变压器相比,串联谐振装置试验设备的重量轻、体积小和所需要的电源容量低,在高压试验过程中大大减轻了现场试验的工作量;同时,串联谐振装置具有独特的设计,组合方式灵活,对试品的破坏小,是电力设备耐压试验工作时采取的一种可靠的方法,目前对变频串联谐振装置使用的越来越广泛。

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