串聯(lián)諧振方案
串聯(lián)諧振裝置耐壓試驗研究
發(fā)布日期：2019-06-03 點擊：3750次
隨著電網(wǎng)的改造和發(fā)展，聚乙烯電纜越來越廣泛地用于變電站的35kV和10kV出線間隔中。但是電纜長度增加，工頻耐壓試驗設(shè)備的容量滿足不了現(xiàn)場的試驗要求，直流耐壓與電纜的運行工況有所差異，串聯(lián)諧振設(shè)備由于電源容量小、耐壓與運行工況相似等優(yōu)點，越來越多地應(yīng)用于電纜的交接耐壓試驗中，但串諧設(shè)備應(yīng)用中存在的一些問題不容忽視。
一、現(xiàn)場交流耐壓試驗方法
交流耐壓試驗是電氣設(shè)備交接試驗中考察電氣設(shè)備絕緣的最重要、最關(guān)鍵的一環(huán)，現(xiàn)場實際中應(yīng)用最廣泛也最經(jīng)典的主要有以下兩種交流耐壓試驗方法：
1 工頻耐壓試驗
電氣設(shè)備耐壓試驗時常表現(xiàn)為一種容性設(shè)備，容性設(shè)備的電容量較小時，工頻耐壓試驗是最佳的耐壓試驗方法，工頻耐壓試驗時的電壓、波形、頻率和被試電氣設(shè)備內(nèi)部絕緣的電壓分布，均符合實際運行工況，因此能有效發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備內(nèi)部絕緣缺陷，是保證電氣設(shè)備安全運行最為行之有效的方法之一。工頻耐壓設(shè)備一般較大，電壓較高，耐壓器一般處于空載運行狀態(tài)，因此短路電流較小，能滿足變電站內(nèi)小電容量的被試設(shè)備的耐壓要求。
2 諧振耐壓試驗
諧振耐壓試驗是近工頻耐壓試驗，頻率在30～300Hz范圍內(nèi)，耐壓試驗電氣設(shè)備絕緣內(nèi)部的電壓分布和運行工況類似，在工頻耐壓器容量不夠時代替工頻耐壓試驗。諧振耐壓試驗分為工頻諧振耐壓和變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗方法。工頻諧振耐壓試驗主要為調(diào)節(jié)電感，但操作繁瑣，不宜現(xiàn)場使用。變頻諧振耐壓試驗有效地避免了以上兩種耐壓試驗的缺點。另外變頻諧振耐壓試驗還有以下優(yōu)點：
2.1 裝置體積較小，頻率調(diào)節(jié)簡單，所需電源容量大大減小。串聯(lián)諧振電源是利用諧振電抗器和被試品電容諧振產(chǎn)生高電壓和大電流的，在整個系統(tǒng)中，電源只需要提供系統(tǒng)中有功消耗的部分，因此試驗所需的電源功率只有試驗容量的1/Q，Q為系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)，一般在20～30之間。
2.2 改善輸出電壓的波形。諧振電源是諧振式濾波電路，能改善輸出電壓的波形畸變，獲得很好的正弦波形，有效地防止了諧波峰值對試品的誤擊穿。變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗裝置防止大的短路電流燒傷故障點。在串聯(lián)諧振狀態(tài)，當(dāng)試品的絕緣弱點被擊穿時，電路立即脫諧，回路電流迅速下降為正常試驗電流的1/Q。而并聯(lián)諧振或者試驗變壓器方式做耐壓試驗時，擊穿電流立即上升幾十倍，兩者相比，短路電流與擊穿電流相差數(shù)百倍，所以串聯(lián)諧振能有效地找到絕緣弱點，又不存在大的短路電流燒傷故障點的憂患。
2.3 變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗裝置不會出現(xiàn)任何恢復(fù)過電壓。試品發(fā)生擊穿時，因失去諧振條件，高電壓也立即消失，電弧即刻熄滅，不會出現(xiàn)任何恢復(fù)過電壓。
二、變頻串聯(lián)諧振試驗系統(tǒng)
變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗裝置由變頻電源、勵磁變壓器、避雷器、高壓電抗器和電容分壓器組成，通過改變試驗系統(tǒng)的電感量和試驗頻率，使回路處于諧振狀態(tài)，此時電路阻抗Z（f0）=R為純電阻，電壓和電流同相。這樣試驗回路中試品上的大部分容性電流與電抗器上的感性電流相抵消，電源只提供回路中消耗的有功功率的能量。被試電氣設(shè)備的電容量為C，電感為L，則諧振頻率為：
VF：變頻電源；T：勵磁變壓器；MOA：避雷器（與勵磁變壓器做成一體）；L：電抗器組合；CF：電容分壓器；Cx：被試電氣設(shè)備
三、案例詳述及分析
某Ⅱ回電纜進(jìn)線交接耐壓試驗，該間隔為兩條并聯(lián)使用的三芯電纜，截面積為300mm2，單根電纜長度為1.3km。兩條電纜并聯(lián)起來的電容量為：
單節(jié)電抗器的電感值為52.5H，額定容量為55kVA，額定電壓為26kV。將電抗器兩串四并后，考慮到電抗器之間的互感系數(shù)，則系統(tǒng)總電感值為：
根據(jù)頻率式（1），有系統(tǒng)諧振時f0=41.5Hz。于是，一次電流I=2?π?f?C?U=6.7A，考慮到電抗器和勵磁變的電阻損耗以及引線和其他電暈損耗，實際的一次電流達(dá)到8A。
電纜的A相耐壓時，電抗器置于車廂的鐵板上。電抗器兩串四并，考慮到電抗器間的互感關(guān)系，兩節(jié)串聯(lián)電抗器的電感就增加了一倍多，每兩件電抗器就形成了一個通電密繞螺旋管，雖然每兩節(jié)電抗器距鐵板大概有10cm的空氣間隙，加上1cm的絕緣膠墊，構(gòu)成了較大的空氣漏磁通，但由于下面的地槽是鐵板制成，鐵的導(dǎo)磁率遠(yuǎn)大于空氣，這樣在鐵板和電抗器間形成了一個較強(qiáng)的磁場，于是鐵板上形成了較大的渦流，功率損耗就非常巨大。發(fā)現(xiàn)該問題后，把電抗器移到地面上做B、C相的試驗，儀表盤上的功率損耗降為原來的1/2。這樣大的功率損耗一方面使得變頻串聯(lián)諧振系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)大大降低；另一方面對該系統(tǒng)的長時間運行有著不可估量的損害。
四、結(jié)語
對于長距離大電容量的電纜交接耐壓試驗，工頻耐壓由于試驗變壓器容量太大，且電源容量也非常大，這在現(xiàn)場均難以滿足或者非常不便，推薦使用變頻串聯(lián)諧振系統(tǒng)進(jìn)行諧振耐壓試驗，但是試驗方法不當(dāng)造成的渦流損耗必須極為重視，否則，輕則造成能源不必要的浪費，重則影響到品質(zhì)因數(shù)降低，試驗電壓達(dá)不到規(guī)定值，無法順利地完成耐壓試驗。
