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串聯(lián)諧振裝置在高壓試驗(yàn)中的應(yīng)用
發(fā)布日期：2020-06-10 點(diǎn)擊：3316次
在電力系統(tǒng)交接預(yù)防性試驗(yàn)中,交流耐壓試驗(yàn)是鑒定電力設(shè)備絕緣強(qiáng)度的最嚴(yán)格、最有效和最直接的試驗(yàn)方法之一,它對(duì)判斷電力設(shè)備能否繼續(xù)運(yùn)行具有決定性的意義,也是保證設(shè)備絕緣水平,避免發(fā)生絕緣事故的重要手段。通常交流耐壓試驗(yàn)設(shè)備有2種,即交流試驗(yàn)變壓器和串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置。對(duì)高壓大電容量設(shè)備進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)時(shí),試驗(yàn)變壓器容量要求非常大,試驗(yàn)設(shè)備笨重,而應(yīng)用串聯(lián)諧振原理可以利用電壓及容量小得多的設(shè)備產(chǎn)生所需的試驗(yàn)電壓,滿足試驗(yàn)要求。
1.串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)的原理和優(yōu)點(diǎn)
串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置可以利用諧振電抗器的電感與容性被試設(shè)備發(fā)生串聯(lián)諧振,在被試品上獲得所需的高電壓。串聯(lián)諧振的基本原理如圖1所示。
當(dāng)回路發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí),X1=Xc,Uc=U/RXc=U/RXL。其中XL為回路感抗,Xc為回路彎抗,U為勵(lì)磁電壓,Uc為試品承受電壓。設(shè)諧振回路的品質(zhì)因數(shù)為Q,則Uc=QU,即被試品上獲得的電壓為勵(lì)磁電壓的Q倍,被試品上獲得的容量也為試驗(yàn)電源容量的Q倍,就實(shí)現(xiàn)了用低電壓小容量試驗(yàn)變壓器對(duì)大容量試品進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)的目的。
調(diào)諧的方法主要有調(diào)感式和調(diào)頻式。調(diào)感式采用可調(diào)節(jié)鐵芯氣隙的電抗器,通過調(diào)節(jié)鐵芯氣隙改變電感量,使回路處于工頻諧振狀態(tài)。其缺點(diǎn)是噪音大、機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜,設(shè)備笨重,重量達(dá)數(shù)噸以上,搬運(yùn)困難。調(diào)頻式采用固定電感電抗器,通過調(diào)節(jié)激勵(lì)電源的頻率使試驗(yàn)回路達(dá)到諧振狀態(tài)。其特點(diǎn)是體積小、重量輕,品質(zhì)因素高,使用方便,在現(xiàn)場試驗(yàn)中已逐步取代調(diào)感式。
a)串聯(lián)諧振是諧振式電流濾波電路,能改善電源電壓波形畸變,獲得很好的正弦電壓波形,有效防止諧波尖峰對(duì)被試品的傷害。
b)在串聯(lián)諧振狀態(tài),當(dāng)被試品的絕緣薄弱點(diǎn)被擊穿時(shí),回路立即失諧,試品承受的電壓迅速下降為試驗(yàn)電壓的數(shù)十分之一,流過擊穿點(diǎn)的電流也迅速下降,大大降低了被試設(shè)備被損傷的危險(xiǎn),而避免了采用試驗(yàn)變壓器方式做耐壓試驗(yàn)時(shí)試品擊穿后的電流立即大幅上升,對(duì)試品產(chǎn)生嚴(yán)重破壞。
c)勵(lì)磁變壓器的容量及電壓僅有試品試驗(yàn)電壓和容量的1/Q,試驗(yàn)設(shè)備體積更小,重量更輕,非常有利于現(xiàn)場試驗(yàn)。
2.串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置的應(yīng)用
2·1在電纜試驗(yàn)中的應(yīng)用
城鄉(xiāng)電網(wǎng)中電纜的大量使用,其故障時(shí)有發(fā)生。為保證交聯(lián)電纜的安全運(yùn)行,國家電網(wǎng)公司對(duì)電纜交接和預(yù)防性試驗(yàn)做出了新的規(guī)定,用交流耐壓試驗(yàn)替代原來的直流耐壓試驗(yàn),以避免直流試驗(yàn)的累積效應(yīng)對(duì)電纜造成損傷。
國際大電網(wǎng)會(huì)議(CIGRE)21·09工作組的建議導(dǎo)則提出高壓擠包絕緣電纜的現(xiàn)場試驗(yàn)采用諧振試驗(yàn)系統(tǒng),頻率范圍為30~300 Hz。并在1997年發(fā)表的題為“高壓橡塑電纜系統(tǒng)敷設(shè)后的試驗(yàn)”的總結(jié)報(bào)告中明確指出以下3條。
a)由于直流電場強(qiáng)度按電阻率分布,而電阻率受溫度等影響較大,同時(shí)耐壓試驗(yàn)過程中,終端頭的外部閃絡(luò)引起的行波可能造成絕緣損壞。
b)直流耐壓試驗(yàn)在很高電壓下,難以檢出相間的絕緣缺陷。
c)直流電壓本身容易在電纜內(nèi)部集起空間電荷,引起電纜附件沿絕緣閃絡(luò),因波過程還會(huì)產(chǎn)生過電壓,這些現(xiàn)象迭加在一起,使局部電場增強(qiáng),容易形成絕緣弱點(diǎn),在試驗(yàn)過程中可能導(dǎo)致絕緣擊穿,并可能在運(yùn)行中引起事故。
很多電纜在交接試驗(yàn)中按GB50150-91標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)順利進(jìn)行,但投運(yùn)不久就發(fā)生絕緣擊穿事故,正常運(yùn)行的電纜被直流耐壓試驗(yàn)損壞的情況也時(shí)有發(fā)生。交流耐壓試驗(yàn)因其電場分布符合運(yùn)行實(shí)際情況,故對(duì)電纜的試驗(yàn)最為有效。通常交流電力電纜的電容量較大,試驗(yàn)電流也很大,調(diào)感式設(shè)備的體積將非常巨大并且電感調(diào)節(jié)也很困難,而調(diào)頻式裝置則靈活性更強(qiáng),更易于實(shí)現(xiàn)。因此,電纜現(xiàn)場交流耐壓試驗(yàn)多利用變頻諧振試驗(yàn)設(shè)備。IEC517和GB7674也認(rèn)可30~300 Hz交流電壓可等效于工頻電壓,但耐壓時(shí)間應(yīng)進(jìn)行頻率修正。
2·2在GIS設(shè)備中的應(yīng)
用氣體絕緣開關(guān)設(shè)備GIS(Gas IusulatedSwitchgear)在工廠整體組裝完成以后或分單元進(jìn)行調(diào)整試驗(yàn),試驗(yàn)合格后以分單元運(yùn)輸?shù)姆绞竭\(yùn)往現(xiàn)場安裝。運(yùn)輸過程中的振動(dòng)、撞擊等可能導(dǎo)致GIS元件或組裝件內(nèi)堅(jiān)固件松動(dòng)或移位;安裝過程中,在聯(lián)結(jié)、密封等工藝處理方面可能失誤,導(dǎo)致電極表面刮傷或安裝錯(cuò)位引起電極表面缺陷;安裝現(xiàn)場可能從空氣中進(jìn)入懸浮塵埃、導(dǎo)電微粒雜質(zhì)等,這些在安裝現(xiàn)場通過常規(guī)試驗(yàn)將難以檢查出來,對(duì)GIS的安全運(yùn)行將是極大的威脅。由于試驗(yàn)設(shè)備和條件所限,早期的GIS產(chǎn)品多數(shù)未進(jìn)行嚴(yán)格的現(xiàn)場耐壓試驗(yàn)。
事故統(tǒng)計(jì)表明沒有進(jìn)行現(xiàn)場耐壓試驗(yàn)的GIS大都發(fā)生了事故。因此,GIS必須進(jìn)行現(xiàn)場耐壓試驗(yàn)。GIS的現(xiàn)場耐壓主要包括交流電壓、振蕩操作沖擊電壓和振蕩雷電沖擊電壓等3種試驗(yàn)方法。其中交流耐壓試驗(yàn)是GIS現(xiàn)場耐壓試驗(yàn)最常見的方法,它能夠有效地檢查異常的電場結(jié)構(gòu)(如電極損壞)。目前,由于試驗(yàn)設(shè)備和條件所限,現(xiàn)場一般只做交流耐壓試驗(yàn)。IEC517和GB7674認(rèn)定對(duì)SF6氣體絕緣試驗(yàn)電壓頻率在10~300 Hz范圍內(nèi)與工頻電壓試驗(yàn)基本等效。國內(nèi)外大多采用調(diào)頻式串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置進(jìn)行GIS現(xiàn)場交流耐壓試驗(yàn)。
2·3在發(fā)電機(jī)(電動(dòng)機(jī))交流耐壓試驗(yàn)中的應(yīng)用
發(fā)電機(jī)定子繞組對(duì)地或相間電容量大,如300 MW水輪發(fā)電機(jī)定子繞組對(duì)地電容量高達(dá)1·7~2·5μF,工頻耐壓時(shí)電容電流達(dá)到25~35 A,試驗(yàn)設(shè)備容量數(shù)千kVA,采用常規(guī)試驗(yàn)設(shè)備時(shí),設(shè)備笨重。更為嚴(yán)重的是用常規(guī)大容量試驗(yàn)設(shè)備時(shí),發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣被擊穿時(shí)的故障點(diǎn)短路電流大,會(huì)燒損鐵芯,將造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。
根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T16927·2-1997《高電壓試驗(yàn)技術(shù)》第一部分6·2·1·1電壓波形的規(guī)定“試驗(yàn)電壓一般應(yīng)是頻率為45~65 Hz的交流電壓,通常稱為工頻試驗(yàn)電壓?！睘榱藵M足發(fā)電機(jī)交流耐壓試驗(yàn)電壓頻率為工頻的要求,發(fā)電機(jī)串聯(lián)諧振裝置通常是調(diào)感式的,通過調(diào)節(jié)鐵芯氣隙改變電感從而達(dá)到工頻諧振的目的。
3.結(jié)論
因串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置的體積、重量和所需要的電源容量遠(yuǎn)低于采用傳統(tǒng)的試驗(yàn)變壓器,大大減輕了現(xiàn)場試驗(yàn)的工作量;同時(shí)諧振裝置具有組合方式靈活,對(duì)試品的破壞小等優(yōu)點(diǎn)。因此,串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置將在電力設(shè)備交流耐壓試驗(yàn)工作中獲得越來越廣泛的應(yīng)用。
