串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)

1、串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn),,模塊描述,本模塊包含串聯(lián)諧振試驗(yàn)的基本概念、目的及意義、測(cè)試方法、基本測(cè)試回路接線和方法。通過串聯(lián)諧振試驗(yàn)整個(gè)理論內(nèi)容的介紹，掌握串聯(lián)諧振試驗(yàn)基本概念、試驗(yàn)接線和方法。,高電壓、大容量設(shè)備進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)所需的試驗(yàn)設(shè)備容量越來越大，常規(guī)工頻耐壓方法往往不能滿足現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的要求，所以現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)廣泛采用串聯(lián)諧振試驗(yàn)方法。,一、試驗(yàn)?zāi)康暮驮?由于串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置具有試驗(yàn)設(shè)備體積小、試驗(yàn)電源電壓低、功率小（僅需提供試驗(yàn)回路中的

2、有功功率）、試驗(yàn)電壓波形好的特點(diǎn)，因此串聯(lián)諧振試驗(yàn)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)橡塑電纜、氣體絕緣組合電器(GIS)、大型發(fā)電機(jī)組、大型電力變壓器、耦合電容器等高電壓、大容量電力設(shè)備的交流耐壓、感應(yīng)耐壓、局部放電等試驗(yàn)。,大容量、高電壓被試品的交流耐壓試驗(yàn)運(yùn)用串聯(lián)諧振的原理，利用勵(lì)磁變壓器激發(fā)串聯(lián)諧振回路，通過調(diào)節(jié)電感或改變電源的輸出頻率，使回路中的感抗和容抗相等，回路呈諧振狀態(tài)，回路中無功趨于零，此時(shí)回路電流最大，見式（式-1）。

3、 （式-1）式中 Im ——諧振時(shí)回路最大電流，A； R——為回路的等效電阻（一般主要為電抗器的內(nèi)阻），Ω； U——?jiǎng)?lì)磁變壓器高壓側(cè)的輸出電壓，V； XL——回路中感抗，Ω； XC——回路中容抗，Ω。,,（一）調(diào)感式串聯(lián)諧振,調(diào)感式串聯(lián)諧振原理接線如圖1所示。調(diào)感式串聯(lián)諧振裝置采用鐵芯氣隙可調(diào)節(jié)的高壓串聯(lián)電抗器，由于被試品的電容量是一定的，通

4、過調(diào)節(jié)電感使回路發(fā)生工頻串聯(lián)諧振。諧振時(shí)，回路呈純阻性，回路電流等于勵(lì)磁電壓U除以回路的等效電阻R，此時(shí)回路電流最大。,圖1 調(diào)感式串聯(lián)諧振原理接線T-勵(lì)磁變壓器；L-可變電感；Cx-被試品；U-勵(lì)磁電壓；R-回路等效電阻；UO-諧振時(shí)被試品兩端的電壓,電感和電容兩端的電壓見式（式-2）。,（式-2）式中 U0——諧振時(shí)被試品兩端的電壓,VL—— 串聯(lián)電抗器電感，H；CX——被試品電容量，F(xiàn)； ω —— 角頻率;

5、Im、R、U——意義同式（式-1）。電路諧振后電感或電容兩端的電壓U0等于Q倍的勵(lì)磁電壓U，見式（式-3）。,電路諧振后電感或電容兩端的電壓U0等于Q倍的勵(lì)磁電壓U，見式（式-3）。 （式-3）式中 Q——回路品質(zhì)因數(shù)。工頻串聯(lián)諧振回路品質(zhì)因數(shù)一般可達(dá)40～80，計(jì)算見（式-4）。

6、 （式-4）,工頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中是通過調(diào)整串聯(lián)電抗器的鐵芯間隙來改變電抗的，所以在調(diào)整電壓的時(shí)候，由于機(jī)械結(jié)構(gòu)的慣性，電壓有時(shí)較難控制，因此工頻串聯(lián)諧振耐壓裝置現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)．應(yīng)合理選擇品質(zhì)因數(shù)。試驗(yàn)電壓較高時(shí)，通過電容和電感的合理匹配，如并聯(lián)電抗或加補(bǔ)償電容，使回路等效電阻盡量小，提高回路品質(zhì)因數(shù)，以減小現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)需要的電源容量；試驗(yàn)電壓較低時(shí)．為

7、了準(zhǔn)確平穩(wěn)控制試驗(yàn)電壓，品質(zhì)因數(shù)可選擇較低水平，能滿足試驗(yàn)要求即可。諧振時(shí)串聯(lián)電抗器的電感計(jì)算見式（式-5）。,（式-5）,（二）變頻式串聯(lián)諧振,變頻式串聯(lián)諧振交流試驗(yàn)裝置的特點(diǎn)是：調(diào)諧電抗器的重量小，結(jié)構(gòu)簡單，更適合大容量設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。變頻式串聯(lián)諧振原理接線如圖2所示。圖2 變頻式串聯(lián)諧振原理接線FC-變頻電源；T-勵(lì)磁變壓器；L-電感；Cx-被試品；U-勵(lì)磁電壓；R-回路等效電阻；UO-諧振時(shí)被

8、試品兩端的電壓,變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)運(yùn)用串聯(lián)諧振原理, 采用調(diào)頻調(diào)壓方式。當(dāng)交流電壓的頻率改變時(shí)，電路中的感抗、容抗隨之而變，電路中的電流也隨之而變，通過調(diào)節(jié)電源的頻率使感抗等于容抗，電路發(fā)生串聯(lián)諧振，回路中的無功幾乎為零，此時(shí)電流最大，且與輸入電壓同相位，使電感或電容兩端獲得一個(gè)高于勵(lì)磁電壓Q倍的電壓。變頻串聯(lián)諧振電路由于頻率調(diào)節(jié)比較精細(xì)，回路諧振時(shí)幅頻特性曲線較陡，電路的品質(zhì)因數(shù)Q值一般在50～150。變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)電路的品質(zhì)因數(shù)計(jì)算

9、見式（式-6）。 （式-6）式中 UL——諧振時(shí)電感兩端電壓，V； UC——諧振時(shí)電容兩端電壓，V。,⑴諧振頻率的計(jì)算：根據(jù)電感和電容計(jì)算頻率，頻率計(jì)算見（式-7）。,（式-7）式中 f0——諧振頻率，Hz;L——電抗器電感量，H；C——被試品和分壓器電容，μF。,⑵電感和電容中的電流計(jì)算

10、：串聯(lián)諧振電路中流過電感的電流等于流過電容的電流，電流可按（式-8）計(jì)算。 （式-8）式中 IL、IC—— 流過電感或電容的電流，A。,二、串聯(lián)諧振系統(tǒng)的主要特點(diǎn),（1）適用范圍廣，體積小、重量輕，試驗(yàn)容量大、試驗(yàn)電壓高。（2）安全可靠性高，操作簡潔方便，試驗(yàn)的等效性好。（3）串聯(lián)諧振裝置對(duì)高

11、次諧波分量回路阻抗很大，所以試品上的電壓波形好；同時(shí)若在耐壓試驗(yàn)過程中發(fā)生閃絡(luò)、擊穿，因失去了諧振條件，高電壓立即消失，從而使電弧立即熄滅。（4） 恢復(fù)電壓建立過程較長，很容易在再次達(dá)到閃絡(luò)電壓之前控制電源跳閘．避免重復(fù)擊穿，恢復(fù)電壓并不產(chǎn)生任何過沖所引起的過電壓。,三、串聯(lián)諧振系統(tǒng)及主要元件,1．電源交流輸入電源為串聯(lián)諧振系統(tǒng)提供激勵(lì)能量，為保證串聯(lián)諧振系統(tǒng)正常工作，必須保證電源的容量能滿足試驗(yàn)要求。試驗(yàn)容量較大時(shí)必須采用三相

12、交流電源。電源的輸出電流大于勵(lì)磁變壓器或變頻電源的輸入電流，勵(lì)磁變壓器或變頻電源的輸入電流按（式-9）計(jì)算。 單相： （式-9） 三相： 式中 ——?jiǎng)?lì)磁變壓器或變頻電源的輸入電流，A； P ——?jiǎng)?lì)磁變壓器或變頻電源的

13、容量，W； ——?jiǎng)?lì)磁變壓器或變頻電源的輸入電壓，V。,2．可變電感可變電感一般工作在工頻狀態(tài)下，是在一定范圍可連續(xù)調(diào)整電感值的電抗器，其電感值變化范圍滿足設(shè)計(jì)的最小可試電容到最大可試電容的范圍，可試電容的范圍在（式-10）和（式-11）之間。最小可試電容 （式-10）式中 ——最小可試

14、電容，μF； ——可變電感的最大值，H。最大可試電容 （式-11）式中 ——最大可試電容，μF； ——可變電感的最小值，H。在這一范圍內(nèi)可變電抗器輸出電流應(yīng)大于回路諧振時(shí)的電流才能滿足試驗(yàn)要求。,3．變頻電源變頻電源是在一定范圍可連續(xù)調(diào)整頻率的電

15、源，變頻電源分正弦波調(diào)頻電源和方波變頻電源。變頻電源輸出功率應(yīng)滿足試驗(yàn)要求，一般大于或等于勵(lì)磁變壓器的輸出容量。諧振裝置工作制應(yīng)滿足試驗(yàn)方式的要求（諧振裝置工作制是指設(shè)計(jì)諧振裝置的滿負(fù)荷允許工作時(shí)間和50%負(fù)荷的允許工作時(shí)間）。,1)按試驗(yàn)容量估算，試驗(yàn)容量等于電感或電容兩端的試驗(yàn)電壓乘以流過它們電流，可按（式 -12）計(jì)算。

16、 （式-12）根據(jù)式（式-6）可導(dǎo)出，諧振時(shí)系統(tǒng)的輸入容量比試驗(yàn)容量小Q倍，所以可以根據(jù)試驗(yàn)容量估算出勵(lì)磁變壓器容量，見（式-13）。 （式-13）式中 ——試驗(yàn)容量，VA。 Q值的選擇。容量小于100kVA時(shí)品質(zhì)因數(shù)應(yīng)不小于15，容量在100kVA～400kVA時(shí)品質(zhì)因數(shù)應(yīng)

17、不小于30，容量大于400kVA時(shí)品質(zhì)因數(shù)應(yīng)大于40。,2)按回路諧振時(shí)的電流計(jì)算，見（式-14）。 （式-14）式中 ——?jiǎng)?lì)磁變壓器容量，VA； ——試驗(yàn)回路諧振時(shí)電流，A; UN——?jiǎng)?lì)磁變壓器高壓側(cè)額定電壓，V。 U0——試驗(yàn)回路諧振時(shí)電抗器或電纜兩端電壓，U0=U

18、L=UC。,5．諧振電抗器,諧振電抗器用于與試驗(yàn)回路中的電容進(jìn)行諧振，以獲得高電壓。諧振電抗器與可變電感比較，由于沒有機(jī)械系統(tǒng)，所以容量可以做的比較大。在試驗(yàn)頻率范圍內(nèi)，可試電容范圍在（式-15）和（式-16）之間。最小可試電容： （式-15）式中 ——最小可試電容，μF；

19、 ——最高試驗(yàn)頻率，Hz; ——電抗器電感值，H。,最大可試電容： （式-16）式中 ——最大可試電容，μF； ——最低試驗(yàn)頻率，Hz; ——電抗器電感值，H。諧振電抗器的額定電壓應(yīng)滿足試驗(yàn)電壓的要求，其額定容量應(yīng)滿足試驗(yàn)容量的要求。,6．電容分壓器電容

20、分壓器直接測(cè)量高壓側(cè)電壓并提供保護(hù)信號(hào)，諧振系統(tǒng)計(jì)算各參數(shù)時(shí)應(yīng)考慮電容分壓器的電容量。7．電容補(bǔ)償器電容補(bǔ)償器用于補(bǔ)償試驗(yàn)回路電感，使試驗(yàn)回路滿足諧振條件和試驗(yàn)要求，電容補(bǔ)償器額定電壓應(yīng)滿足試驗(yàn)要求。,8．各部件的連接與匹配 （1）電源線的選擇和連接。電源線截面一定要滿足要求，連接牢固并盡量短。（2）根據(jù)試驗(yàn)電壓和Q值選擇勵(lì)磁變低壓側(cè)和高壓側(cè)抽頭，以滿足試驗(yàn)要求，勵(lì)磁變輸出電壓可用高壓絕緣導(dǎo)線與串聯(lián)電抗連接。（3

21、）采用正弦波變頻電源時(shí)，由于采用晶體管模擬電路，輸出與負(fù)載很好的匹配才能獲得最大輸出。接線時(shí)，反復(fù)調(diào)整勵(lì)磁變低壓側(cè)和高壓側(cè)抽頭，使變頻電源輸出電壓最高為止，變頻電源輸出電壓最好不低于晶體管電路工作電壓的一半。,四、試驗(yàn)接線和步驟,（一）調(diào)感式串聯(lián)諧振試驗(yàn),1、試驗(yàn)接線調(diào)感式串聯(lián)諧振試驗(yàn)接線如圖3所示。圖3 調(diào)感式串聯(lián)諧振試驗(yàn)接線T1-調(diào)壓器；T2-勵(lì)磁變壓器； L-可變電感； CX-被試品； C1、C2-電容分

22、壓器高、低壓臂電容；U-勵(lì)磁電壓； PV-電壓表； UO-諧振時(shí)電感或電容兩端的電壓,2、試驗(yàn)步驟 （1）合理布置試驗(yàn)設(shè)備，并檢查試驗(yàn)設(shè)備是否安放穩(wěn)固。 （2）試驗(yàn)前應(yīng)測(cè)量被試品絕緣電阻，然后按圖3進(jìn)行接線，并檢查接線和分壓器檔位是否正確。 （3）檢查試驗(yàn)電源的容量應(yīng)符合試驗(yàn)要求，先合上試驗(yàn)電源開關(guān)，再合上控制回路電源，檢查和傳動(dòng)調(diào)壓器電機(jī)升、降壓和可變電感機(jī)械系統(tǒng)是否正常，然后將電感量

23、指示器調(diào)至中間位置。,（4）檢查調(diào)壓器零位，合上主回路開關(guān)。 （5） 適當(dāng)調(diào)節(jié)調(diào)壓器輸出電壓，使高壓回路電壓達(dá)到試驗(yàn)電壓的3～5%。仔細(xì)調(diào)節(jié)電感至諧振點(diǎn)，使試品兩端電壓最高。按要求均勻調(diào)節(jié)電壓至試驗(yàn)電壓，升壓過程中應(yīng)密切監(jiān)視高壓回路，監(jiān)聽被試品有何異響，到達(dá)試驗(yàn)時(shí)間后，迅速將電壓降到零，切斷主回路和控制回路開關(guān)，拉開試驗(yàn)電源開關(guān)，對(duì)被試品放電，試驗(yàn)結(jié)束。 注意：試驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)將兩節(jié)可調(diào)電感的鐵芯間隙調(diào)至最小

24、位置，便于以后試驗(yàn)的拼裝，同時(shí)避免運(yùn)輸時(shí)拉動(dòng)鐵芯。,（二）變頻式串聯(lián)諧振試驗(yàn),1．試驗(yàn)接線變頻式串聯(lián)諧振試驗(yàn)接線如圖4所示。圖4 變頻式串聯(lián)諧振試驗(yàn)接線FC- 變頻電源；T-勵(lì)磁變壓器；L-諧振電抗器；CX-被試品； C1、C2-電容分壓器高、低壓臂電容,2.試驗(yàn)步驟（1）合理布置試驗(yàn)設(shè)備，檢查諧振電抗器是否安放穩(wěn)固。將勵(lì)磁變、諧振電抗器和被試設(shè)備的外殼及分壓器接地端接地。（2）試驗(yàn)前應(yīng)測(cè)量被

25、試設(shè)備的絕緣電阻，然后按圖4進(jìn)行接線，并檢查接線和分壓器檔位。（3）檢查試驗(yàn)電源的容量應(yīng)符合試驗(yàn)要求，先合上試驗(yàn)電源開關(guān)，再合上變頻電源的控制電源和工作電源開關(guān)，穩(wěn)定后合上變頻電源主回路開關(guān)，設(shè)定保護(hù)電壓為試驗(yàn)電壓的1.1～1.2倍。,（4）開始升壓，必須按規(guī)定的升壓速度從零開始均勻地升壓，先旋轉(zhuǎn)電壓調(diào)節(jié)旋鈕，把輸出功率比調(diào)節(jié)到2%或試驗(yàn)電壓的3～5%，通過旋轉(zhuǎn)頻率調(diào)節(jié)旋鈕改變系統(tǒng)頻率的大小，觀察勵(lì)磁電壓和試驗(yàn)電壓的數(shù)值。當(dāng)勵(lì)磁電壓

26、為最小、同時(shí)試驗(yàn)電壓為最大時(shí)，這個(gè)時(shí)候的頻率就是系統(tǒng)的諧振頻率。（5）系統(tǒng)諧振后，按要求均勻調(diào)節(jié)電壓至試驗(yàn)電壓，升壓過程中應(yīng)密切監(jiān)視高壓回路，監(jiān)聽被試品有何異響，到達(dá)試驗(yàn)時(shí)間后，將電壓降到零，切斷主回路、控制回路和工作電源開關(guān)，拉開試驗(yàn)電源開關(guān)，對(duì)被試品放電，試驗(yàn)結(jié)束。,注意：純正弦變頻電源輸出與負(fù)載匹配很好才能獲得最大輸出。試驗(yàn)時(shí)若輸出電流、電壓不能滿足試驗(yàn)要求，應(yīng)反復(fù)調(diào)整勵(lì)磁變低壓側(cè)和高壓側(cè)抽頭，使變頻電源輸出電壓最高為止。變頻

27、電源輸出電壓最好不低于額定輸出電壓的50%。,五、試驗(yàn)注意事項(xiàng),⑴試驗(yàn)電源的容量必須滿足試驗(yàn)要求。⑵為減小電暈損失，提高Q值，高壓引線宜采用大直徑金屬軟管，并盡量短。⑶試驗(yàn)裝置的過流、過壓保護(hù)必須靈敏可靠，勵(lì)磁變高壓側(cè)應(yīng)裝避雷器。⑷試驗(yàn)時(shí)必須在較低電壓下調(diào)整諧振頻率，然后才可以升壓進(jìn)行試驗(yàn)。⑸濕度對(duì)品質(zhì)因數(shù)值影響很大，因此試驗(yàn)應(yīng)在干燥的天氣情況下進(jìn)行。,六、對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析判斷,試驗(yàn)中如無破壞性放電發(fā)生，則認(rèn)為通過耐壓試

28、驗(yàn)。 在升壓和耐壓過程中，如發(fā)現(xiàn)電壓表指針擺動(dòng)很大，電流表指示急劇增加，電壓往上升方向調(diào)節(jié)，電流上升、電壓基本不變甚至有下降趨勢(shì)，被試品冒煙、出氣、焦臭、閃絡(luò)、燃燒或發(fā)出擊穿響聲（或斷續(xù)放電聲），應(yīng)立即停止升壓，降壓停電后查明原因。這些現(xiàn)象如查明是絕緣部分出現(xiàn)的，則認(rèn)為被試品交流耐壓試驗(yàn)不合格。如確定被試品的表面閃絡(luò)是由于空氣濕度或表面臟污等所致，應(yīng)將被試品清潔干燥處理后，再進(jìn)行試驗(yàn)。 被試品為有機(jī)絕緣材