諧振在高壓試驗(yàn)中的應(yīng)用分析

王丹彤　李中堅(jiān)　劉洵　王登族　李詩(shī)宇　王聰慧

摘 要：提到諧振可能很多人會(huì)感到比較陌生，但其實(shí)它是在電力系統(tǒng)的應(yīng)用與研究過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到的一個(gè)問(wèn)題，而且由于它本身所具有的一些獨(dú)特屬性，它更是被廣泛的應(yīng)用到高壓試驗(yàn)中，并且取得了十分良好的效果。但是要是想要非常好的將諧振應(yīng)用到高壓試驗(yàn)中，就必須要對(duì)諧振的工作原理和基本概念掌握的非常熟練，這樣才能在高壓試驗(yàn)中充分應(yīng)用諧振原理和無(wú)功補(bǔ)償。然后通過(guò)具體的高壓試驗(yàn)得到具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，保證無(wú)功補(bǔ)償量才能符合試驗(yàn)要求。本文主要從諧振的工作原理和基本概念入手，研究諧振在高壓試驗(yàn)中的應(yīng)用，并對(duì)以后諧振在高壓試驗(yàn)中的應(yīng)用提供理論依據(jù)和借鑒。

關(guān)鍵詞：諧振；高壓試驗(yàn)；應(yīng)用分析

在電力系統(tǒng)中，進(jìn)行高壓試驗(yàn)時(shí)需要對(duì)場(chǎng)強(qiáng)狀態(tài)進(jìn)行模擬，將交流電壓與運(yùn)行狀態(tài)比較，找到故障出現(xiàn)的位置。在對(duì)電氣設(shè)備的絕緣強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，通常會(huì)使用交流耐壓的試驗(yàn)方式，這種方法能夠有效的檢測(cè)出設(shè)備絕緣強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果直接決定了電氣設(shè)備是否能夠順利投入使用。近年來(lái)，電力系統(tǒng)面臨的壓力正在不斷增加，想要提高電力系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的安全性，必須積極的應(yīng)用交流耐壓試驗(yàn)，發(fā)揮其重要作用。但是，大部分電氣設(shè)備在進(jìn)行耐壓試驗(yàn)是必須提升容

量或體系，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)的難度較大，因此，我們需要通過(guò)諧振法來(lái)完成交流耐壓試驗(yàn)，以滿足現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的要求[1]。

1 諧振原理

當(dāng)電路中同時(shí)存在電容與電感時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)一些特殊的狀態(tài)，就形成了諧振電路。根據(jù)電感與電容的關(guān)系，我們可以將諧振分為并聯(lián)和串聯(lián)兩種方式，以這兩種連接方式為基礎(chǔ)，還可以設(shè)計(jì)出許多不同形式的諧振電路。將這些諧振電路應(yīng)用在高壓試驗(yàn)中，其中的電感元件大部分使用的是充油電抗器，這種電抗器的電感值是不會(huì)發(fā)生變化的，并具有一定的電阻，但是，其自帶的電阻相對(duì)較小，可以忽略不計(jì)。在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于受到交流作用的影響，測(cè)試對(duì)象大部分會(huì)顯示為容性設(shè)備，組成負(fù)載電容，因此，諧振的產(chǎn)生原因是由于電源具有調(diào)幅或調(diào)頻特點(diǎn)，以滿足電流或電壓試驗(yàn)的要求。

2 諧振在高壓試驗(yàn)中的應(yīng)用

（1）耐壓試驗(yàn)中的應(yīng)用。在目前的高壓試驗(yàn)中，電路中的高壓通常需要由串聯(lián)諧振電路產(chǎn)生，再將這個(gè)產(chǎn)生的高壓應(yīng)用在耐壓試驗(yàn)中。在變電站正常行時(shí)，其中的斷路器、間隔設(shè)備、隔離開關(guān)等裝置均具備容性裝置的特點(diǎn)，在對(duì)這部分裝置進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)可采用電壓諧振。在高壓耐壓試驗(yàn)過(guò)程匯總，可以通過(guò)勵(lì)磁變提供有功，再利用電抗器來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償，以確保試驗(yàn)的順利進(jìn)行。這樣做的原因如下：在諧振電路的運(yùn)行過(guò)程中，不會(huì)出現(xiàn)無(wú)功消耗，因此，只有改變勵(lì)磁

變壓器的變比發(fā)生改變，才能夠?qū)崿F(xiàn)改變電路中輸出電流與電壓的目的，滿足實(shí)驗(yàn)對(duì)電路的要求[2]。

（2）低壓繞組耐壓試驗(yàn)。以500千伏的變電站為例，這種變電站中使用的變壓器為500千伏單相無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓變壓器，這種變壓器的額定容量為120/167/250兆伏安。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)需要使用的設(shè)備主要有勵(lì)磁變壓器、變頻諧振電源以及高壓電抗器等。按照實(shí)驗(yàn)的具體要求，在進(jìn)行這些設(shè)備的出廠試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)電壓需要設(shè)定為60千伏。在主變壓器的試驗(yàn)報(bào)告中，必須包含電路中的低壓繞組對(duì)高壓繞組與中壓繞組以及地電容量，同時(shí)也包含高壓繞組與中壓繞組對(duì)低壓繞組以及地電容量。在進(jìn)行低壓繞組的耐壓試驗(yàn)時(shí)，使用的單節(jié)的串聯(lián)電抗器，這種電抗器的參數(shù)為L(zhǎng)=400H，根據(jù)相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算，可以得出電抗器的諧振頻率是43.2赫茲，電流值是1.1安培。而在進(jìn)行中性點(diǎn)耐壓試驗(yàn)時(shí)，同樣需要1節(jié)L=400H的串聯(lián)電抗器，通過(guò)理論計(jì)算，可以得出諧振頻率為57.9赫茲，電流為0.8安培。耐壓試驗(yàn)的電源需要采用頻率為50-110赫茲的變頻電源，試驗(yàn)的時(shí)間需要1分鐘，將線圈短接在端頭上，并將非測(cè)試線圈接地。其試驗(yàn)結(jié)果為低壓繞組諧振頻率是44.1赫茲，而中性點(diǎn)的諧振頻率是59.9赫茲。以上試驗(yàn)結(jié)果表明，試驗(yàn)頻率小于計(jì)算得出的頻率，造成這種現(xiàn)象的原因可能是因?yàn)橛糜跍y(cè)量的分壓器電容與回路雜散參數(shù)不同。

（3）局部放電試驗(yàn)。在對(duì)變壓器進(jìn)行放電試驗(yàn)的過(guò)程中，用于試驗(yàn)的電路可以選擇電流諧振電路。局部放電試驗(yàn)的作用是對(duì)絕緣特性進(jìn)行無(wú)損探傷，通過(guò)這項(xiàng)試驗(yàn)，能夠發(fā)現(xiàn)絕緣部分存在的薄弱環(huán)節(jié)，是常用的絕緣性試驗(yàn)，是一種檢驗(yàn)絕緣性的有效方法。在通過(guò)計(jì)算得出變壓器容量的過(guò)程中，需要將高壓側(cè)的對(duì)地電容換算為成低壓側(cè)的對(duì)地電容，其中包括低壓側(cè)對(duì)地電容。通過(guò)理論計(jì)算，得出的低壓對(duì)地電容值是25納法，低壓側(cè)對(duì)地的電容值是331納法。在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，需要使用4個(gè)1串，共2串的并聯(lián)補(bǔ)償電抗器，支路的電感量是4.8H，進(jìn)行理論計(jì)算后，可以得出電源的諧振頻率是128赫茲；高壓側(cè)等效

容性無(wú)功消耗是2548千伏安。想要達(dá)到試驗(yàn)中無(wú)功補(bǔ)償與無(wú)功消耗的平衡狀態(tài)，必須保證無(wú)功補(bǔ)償≧Qc，在進(jìn)行理論計(jì)算后，可以得出電抗器的無(wú)功補(bǔ)償為425千伏安。并聯(lián)補(bǔ)償電抗器額定功率是800千伏安，所有電抗器的最大無(wú)功是3200千伏安。電抗器A的補(bǔ)償電流為22安培，符合實(shí)際狀態(tài)。試驗(yàn)頻率是140赫茲，與理論值存在12赫茲的差異，電感補(bǔ)償是1840千伏安。電抗器補(bǔ)償量是2486千伏安，補(bǔ)償效率為74%左右。通過(guò)這種現(xiàn)象可以看出，回路的補(bǔ)償量有所欠缺，電壓與電流的角度為負(fù)數(shù)，更加符合諧振現(xiàn)象。加壓到最高電壓耗費(fèi)的時(shí)間是45秒，在短時(shí)間的耐壓過(guò)程后，電壓迅速減小，電抗器可以正常運(yùn)行。

3 高壓試驗(yàn)的注意事項(xiàng)

（1）控制好電抗器兩端電壓。在進(jìn)行高壓試驗(yàn)時(shí)，連接方式為串聯(lián)諧振，并且電壓必須高于額定電壓，一旦出現(xiàn)電感品質(zhì)因數(shù)過(guò)大的現(xiàn)象，電抗器兩端的電壓必須保證在規(guī)定的范圍內(nèi)，在需要的情況下可以增加電抗器數(shù)量[3]。

（2）控制好電抗器電流。在電容與電感并聯(lián)諧振時(shí)，電流較大，可以通過(guò)調(diào)整并聯(lián)電感對(duì)電路中的無(wú)功補(bǔ)償進(jìn)行控制，但是，為了防止出現(xiàn)電抗器損壞的現(xiàn)象，必須保證電抗器中的電流值在額定值以下。

（3）對(duì)試驗(yàn)頻率進(jìn)行嚴(yán)格的控制。在進(jìn)行諧振高壓試驗(yàn)時(shí)，所應(yīng)用的理論依據(jù)需要在進(jìn)行理論計(jì)算后獲得，而在局部放電試驗(yàn)中，回路可能不是完全諧振，所以，必須對(duì)試驗(yàn)頻率進(jìn)行嚴(yán)格的控制，以保證頻率接近計(jì)算值。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，我們對(duì)諧振的工作原理和基本概念都？一個(gè)大致的了解，也認(rèn)識(shí)到現(xiàn)在在高壓試驗(yàn)中的巨大作用，所以在要學(xué)會(huì)在高壓試驗(yàn)中科學(xué)合理的使用諧振原理，促進(jìn)工作效率的提高，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中也要對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格控制，避免出現(xiàn)錯(cuò)誤和危險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳麗娜.劉觀起.諧振接地系統(tǒng)單相故障仿真與分析[J].電力科學(xué)與工程.2017（14）：45-73

[2] 趙金明.段肖華.變頻串聯(lián)諧振技術(shù)在高壓電纜交接試驗(yàn)中的應(yīng)用[J].電網(wǎng)與清潔能源.2016（34）：11-50

[3] 林志軍.變頻串聯(lián)諧振實(shí)驗(yàn)裝置在真空斷路器耐壓實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào).2017（23）：21-66