諧振原理在交流耐壓試驗上的靈活運用

王洪明華電國際鄒縣發電廠

諧振原理在交流耐壓試驗上的靈活運用

王洪明
華電國際鄒縣發電廠

諧振分為串聯諧振與并聯諧振兩種，學會靈活運用兩種諧振原理，對于交流耐壓試驗會產生很大的方便。

諧振；變頻；品質因數；補償

1 概述

1.1 諧振的分類

諧振按照類型分為串聯諧振與并聯諧振兩種基本類型。

1.1.1 串聯諧振

串聯諧振也叫電壓諧振，此時，I=U/R，UL=UC=XLI=wL/R,式中wL/R為諧振電路的品質因數Q，它代表電壓比。由上式可知，電抗越大，電阻越小，則品質因數越高。電容或電感上的電壓值比外加電壓大得多，有時可以達到幾十甚至上百倍，所以串聯諧振又叫電壓諧振。

1.1.2 并聯諧振

并聯諧振也叫電流諧振，在RLC并聯諧振電路內，Y=G+j(ωC-)，諧振時，ω0=此時，電路總電流I=U/R，為理想補償狀態。在一般情況下，電路不一定能完全達到理想的電流諧振，我們只要求其電路總電流在試驗儀器允許的電流范圍內即可。我們根據電路確定電流公式為（忽略電路中的電阻）

1.2 交流耐壓試驗原理

交流耐壓試驗是一項檢驗試驗對象耐受過電壓能力的破壞性試驗，其目的是為發現試品絕緣缺陷。試驗電壓越高，其發現絕緣缺陷的可能性越高，當電壓達到試品最大耐受電壓值時，繼續升壓，試品將被擊穿。本論文只討論兩種耐壓方式：工頻耐壓與變頻耐壓。

2 實際試驗中的問題及分析

對于試品來說，相同耐受電壓下，其對地電容值越大，由I= WC*U可知，其電容電流越大，對試驗變壓器容量要求越大。當試品對地電容值較高，在《規程》規定電壓下其電容電流超過現有試驗變的最大電流時，試驗將無法進行。如何在不降低耐受電壓的情況下將電容電流減小，以小容量試驗變或者其他小容量儀器完成大電容設備的交流耐壓試驗，成了我們亟需解決的一項難題。

串聯諧振法：我們首先考慮串聯諧振，由上述原理可知，Uc= Q*U。在串聯諧振中，當被試大電容設備耐受電壓Uc不變時，Q越大，則電源電壓越小。很小的電源電壓就可以在被試品上產生所需的電壓值，而回路電流由電阻來決定，與電容量無關，因此，這就為解決上述問題提供了一條可以解決的途徑。

并聯諧振法：接下來考慮并聯諧振。當負載為容性，若要在電路中實現電流諧振，需在電路中并入電抗，當并入電抗滿足ω0=1/LC時，電流為零，此為最佳諧振狀態。在這種情況下，試驗變給電路加壓過程中，總電路電流保持零的狀態，而試品分支電路中電壓電流值狀態基本不受影響。也可以解決上述問題。

3 解決方案

3.1 串聯諧振法解決方案

由于所需設備較為沉重，串聯諧振法可用來解決大型設備比如：發電機、封閉母線等大型設備的交流耐壓。

3.1.1 我們首先要做的就是如何使整個耐壓電路處于串聯諧振狀態，即：w=1/

w=2πf，一般取f=50HZ，當設備電容值C一定時，在串聯回路中串入L=的電感即可達到諧振。而在實際應用中，不可能恰好找到滿足與諧振的電抗器，因此，我們考慮變頻諧振法。頻率在45-55HZ范圍內變化，通過增減電容補償與電感補償來實現整個電路的諧振，

3.1.2 我們可以取鄒縣發電廠四期#8發電機交流耐壓試驗為例進行分析。

（二）補償電容的選擇。

（三）勵磁變的選擇。

由于四臺電抗器串并，需兩臺勵磁變配合使用。（連接方式采用混連，額定輸出0-2.72kV供52kV以下使用）。

（四）頻率的確定

我們得出L=38.2H，C=263.3nF，則f=50.2HZ。

3.2 并聯諧振法解決方案

并聯諧振法一般用來解決高壓電機、電纜交流耐壓試驗。

3.2.1 在容性負載電路中并入電抗器，當并聯電路達到諧振時（理想狀態），電路電流為零。由于變頻諧振控制箱與勵磁變較為沉重，用來做變頻耐壓試驗不方便，我們就要考慮用小型變壓器配套電抗器進行大容量設備試驗。鄒縣電廠上千臺高壓電機、電纜，若全部滿足工頻諧振，就要保證電抗值可調。班組僅有兩種型號電抗器，無法滿足要求。在這種情況下，就要考慮非諧振狀態：保證補償電抗在諧振電抗點周圍，提供與總電流方向相反的補償電流，以達到減小電路總電流的目的。

4 結束語

串并聯諧振是電氣工作的一門基礎。在日常工作中拓展思路，靈活使用串并聯諧振，并配合多種小型試驗儀器，在工作中可以將一項大型工作簡化，縮短不必要的工作時間，從而起到化繁就簡，變難為易的作用。

[1]陳天祥等.電氣試驗（第二版）.中國電力出版社

[2]李景祿等.高壓電氣設備試驗與狀態診斷.中國水利水電出版社

（一）電抗器的數量選擇。

#8發電機所需交流耐壓值為40.5kV，現有單臺額定電壓為23kV，電感38.2H的電抗器一套，我們要選擇兩臺串聯分壓。單臺電抗器額定電流為2A，在串聯諧振電路中，電容電流與電抗電流相等，因此可大體估算流過電抗器電流為I=2πfCUc=3.347A，因此，需要兩臺電抗器并聯。最終確定需四臺電抗器：兩串兩并。總電抗值為38.2H。

王洪明（1984-），男，山東滕州人，本科，工程師，從事電氣試驗工作。