串聯諧振耐壓試驗技術分析淺談

鄢慶錳

摘要：高電壓、大容量設備進行交流耐壓試驗所需的試驗設備容量越來越大，現場試驗如果還使用常規實驗進行很難達到效果，因此使用諧振耐壓的串聯裝置可以很好地解決這一問題。該裝置具備設備體積小、試驗電源電壓低、功率小、能夠得到很好的波形電壓的特點，在橡塑電纜、氣體絕緣等高電壓、大容量電力設備的交流耐壓試驗中得到廣泛的應用。在長期自身現場實踐基礎上，我們結合基建工程串聯諧振耐壓試驗現場見證情況的經驗，對試驗中注意事項、關鍵點控制等方面的內容進行總結，為今后同類型試驗工作的順利開展提供借鑒。

關鍵詞：呂聯；諧振；耐壓試驗

1串聯諧振耐壓試驗的原理

大容量、高電壓被試品的交流耐壓試驗運用串聯諧振的特性，將諧振電路通過勵磁變壓器激發出來，我們可以將電源的頻率改變，從而使回路中的容抗等于感抗，使回路產生諧振，回路中無功趨于零，此時回路電流最大，即

XC——回路中容抗，Ω；

XL——回路感抗，Ω；

U——高壓側勵磁變壓器輸出電壓，V；

Im——諧振最大電流，A；

R——回路等效電阻（主要是對電抗器而言），Ω。

目前，最常見的是裝置形式是變頻式裝置，該裝置主要通過串聯諧振，進行調壓調頻。電路中的容抗、感抗通過改變電壓的頻率得以實現，在這時電流也會隨之產生改變，通過對電源頻率進行調節，使得電路串連諧振，回路中沒有無功，這時候出現的電流是最大的，而且同相位輸入電壓，這時候一個高出勵磁電壓q倍的電壓就出現在電容或者電感兩端。

在諧振回路中，它的品質因數Q值往往可以達到50～150，其計算式為式中UL——諧振時電感兩端電壓，V；

UC——諧振時電容兩端電壓，V。

2串聯諧振耐壓試驗的步驟

想要對GIS進行耐壓試驗，就得先保證電流互感器可以實現可靠接地并且能夠二次短路，并且能夠在主回路完成電阻試驗，并保持正常的氣室壓力，實驗之前進行微水測量并保證合格，實驗時要保證各相的外殼和導體都都被加壓。在具體實驗過程中還必須保證在進行實驗的母線不能夠接有避雷器、互感器和高壓線路，實驗順序也一定要嚴格按照以下順序進行：

（1）對線路通電開始加壓。發現有互感器、避雷器和高壓線接在線路上要及時進行甩掉。

（2）凈化老練。主要是為了對GIS內的電極毛刺、導電和非導電微粒進行清除。

（3）耐壓試驗。這個實驗主要是為了驗證絕緣性能如何，需要持續進行1分鐘。

3串聯諧振品質因數Q的分析與控制

從試驗原理可知，試驗成功與否最關鍵的一個原因就是對Q因數的控制是否到位。在實驗一些電壓超過110kv的設備包括XLPE和GIS等設備時，這一類設備往往都是大體積、長引線、帶電部位多暴露在空氣中，在實驗中除了對電阻損耗、試品的相關損耗考慮外，還應該考慮電暈損耗以及電纜極化、鐵芯損耗、勵磁變等眾多因素。在這當中，試驗品率直接影響著鐵芯損耗，而且會伴隨著頻率的變化呈現非線性變化。對于試驗中的電纜出現的極化損耗以及引線上發生的電暈損耗都會隨著試驗品率呈現出一種非線性變化，這種變化近似于一種平方關系。

為了使分析模型看起來更加簡單，我們主要使用引線的電暈損耗、電抗器的電阻損耗和試品電導損耗為依據進行分析回路里產生的有功損耗。

試壓電壓直接影響著電導損耗，而且和電壓的平方成比例關系，根據固有公式P=U2/R可知，線路的電導損耗在電壓和電纜一定時，其值也是一定的。

對于電抗器而言電流能夠影響到其直阻損耗，它們的關系表示如下：

在式子中，電感量是用L表示，直阻是用RL表示，直阻損耗是用PL表示，試壓電壓是用U表示，電纜容量是用C表示，回路電流是用I表示。

就電纜而言，設定電纜電容與實際電壓為固定字號，對于某些情況，如果將并聯互感器的反應器忽略不計，而相同的等效電容器中電抗器功率的損耗是必然的，這種情況是獨立存在的。RL/L依然是反應器性能評價的重要指標。

綜上所述，就某一特定試品來講，將PC與PL設置成固定值，只有通過對電暈損失回路的相關測試才能實現實時掌控。受測試頻率逐漸上升的影響，質量的實時掌控隨之呈線性上升趨勢，電暈損耗相應的也隨之上升。

根據空氣起暈場強的經驗公式起始放電電壓，其中，m為導線光潔系數、為相對空氣密度，半徑借助r來表示，實際鏡像距離借助d為來表示。

以下為降低電暈所制定的方案：

（1）減少測試連接，增加測試引線半徑，借助特定的防電暈線盡量采用擴徑金屬軟管、對暴露在空氣中的帶電部位進行處理；

（2）在實際操作過程中適當使電源與地點的實際距離變大；

（3）就實驗測試環境而言，如果是晴天，電壓會在一定程度上受干燥的天氣的影響。

4 GIS串聯諧振耐壓試驗異常情況處理以及原因分析

4.1找不到諧振頻率

就現場測試而言，通常會呈現出諧振頻率不存在的現象，諧振電路尚未形成是其主要原因，從而不能滿足共振的要求。

在對某變電站220kV GIS進行耐壓試驗時以放電的形式呈現。諧振頻率會出現在放電之前，對于放電之后便不存在諧振頻率。就樣品絕緣性而言，如果實際測試結果與標準的測試結果存在一定的差距，即判定為不合格，經過實際探究可知地理信息系統的盆式絕緣子內部設置有通道空間，實時操作過程中電流會隨之通過，從而導致樣品與地面進行實際接觸尚未形成諧振電路。

4.2試驗電壓不能升到所需要數值

就共振頻率而言，測試電壓仍然沒有達到所預期的數值。在220kV發電所交流耐壓測試流程中，得知對于存在諧振頻率的情況，測試電壓均不能實現所預期的數值，即184 kV振幅高壓，140kV是實際操作過程中的高壓數值。根據實際探究調查可知，就本次測試而言，勵磁變壓器并不是最佳選擇。

4.3放電情況下故障點的查找

就220kV發電所而言，220kV GIS交流裝置在實際耐壓操作流程中，均會呈現出GIS設備擊穿現象。在對220kV GIS B相的開關單元、管母整體對地交流耐壓460kV過程中，耐壓進行至7秒時發生內部擊穿，后經檢查退出Ⅲ段母線及#3主變、Ⅰ、Ⅱ回開關間隔，只帶Ⅰ、Ⅱ段母線及#2主變開關間隔整體對地；#2主變開關母聯開關斷口交流耐壓460kV一分鐘通過。再次對Ⅲ段母線及#3主變、華竹Ⅰ、Ⅱ回開關間隔整體進行耐壓，電壓升至210kV時發生擊穿。經檢查，為華竹Ⅰ回開關間隔4QS33閘與2756甲刀閘之間的絕緣盆對地放電。

5串聯諧振耐壓試驗小結

串聯諧振耐壓試驗屬大型試驗，現場影響因素較多，因此成功率會受到影響。必須重視串聯諧振品質因數Q的控制，對高壓引線盡量采用擴徑金屬軟管，并在干燥的天氣情況下進行。出現找不到諧振頻率、試驗電壓不能升到所需要數值的情況時，應從檢查諧振回路各元件著手，先查回路內原因，再查周圍環境原因。出現放電情況時，應逐段隔離，分段試驗，直至找到故障點為止。此外必須重視現場安裝質量的控制，防止粉塵顆粒等異物進入。探究分析并匯總現場測驗中存在的諸多問題，這將對今后相關問題的探究調研提供理論依據，從而在實際操作過程中可以及時發現問題，并制定與之相對應的解決方案。