變頻串聯諧振

變頻串聯諧振

產品概述

變頻諧振試驗成套裝置廣泛應用于電力、冶金、石油、化工等行業，適用于大容量、高電壓的電容性試品, 該裝置主要針對交接試驗和預防性試驗 如發電機、電力變壓器主變、GIS和交聯動力電纜、母線、互感器、套管等的交流耐壓試驗，具有較寬的適用范圍，是各地、市、縣級高壓試驗部門及電力安裝、修試工程單位理想的耐壓設備。

該裝置主要由變頻電源、激勵變壓器、電抗器、電容分壓器組成。

（一）串聯諧振在電力系統中應用的優點：

1、所需電源容量大大減小。串聯諧振電源是利用諧振電抗器和被試品電容諧振產生高電壓和大電流的，在整個系統中，電源只需要提供系統中有功消耗的部分，因此，試驗所需的電源功率只有試驗容量的1/Q。

2、設備的重量和體積大大減少。串聯諧振電源中，不但省去了笨重的大功率調壓裝置和普通的大功率工頻試驗變壓器，而且，諧振激磁電源只需試驗容量的1/Q，使得系統重量和體積大大減少，一般為普通試驗裝置的1/10-1/30。

3、改善輸出電壓的波形。諧振電源是諧振式濾波電路，能改善輸出電壓的波形畸變，獲得很好的正弦波形，有效的防止了諧波峰值對試品的誤擊穿。

4、防止大的短路電流燒傷故障點。在串聯諧振狀態，當試品的絕緣弱點被擊穿時，電路立即脫諧，回路電流迅速下降為正常試驗電流的1/Q。而并聯諧振或者試驗變壓器方式做耐壓試驗時，擊穿電流立即上升幾十倍，兩者相比，短路電流與擊穿電流相差數百倍。所以，串聯諧振能有效的找到絕緣弱點，又不存在大的短路電流燒傷故障點的憂患。

5、不會出現任何恢復過電壓。試品發生擊穿時，因失去諧振條件，高電壓也立即消失，電弧即刻熄滅，且恢復電壓的再建立過程很長，很容易在再次達到閃絡電壓前斷開電源，這種電壓的恢復過程是一種能量積累的間歇振蕩過程，其過程長，而且，不會出現任何恢復過電壓。

（二）調頻諧振裝置主要功能及其技術特點：

1、裝置具有過壓、過流、零位啟動、系統失諧（閃絡）等保護功能，過壓過流保護值可以根據用戶需要整定，試品閃落時閃落保護動作并能記下閃絡電壓值，以供試驗分析。

2、整個裝置單件重量很輕，便于現場使用。

3、裝置具有三種工作模式，方便用戶根據現場情況靈活選擇，提高試驗速度。

工作模式為：全自動模式、手動模式、自動調諧手動升壓模式、

4、能存儲，存入的數據編號是數字，方便的幫助用戶識別和查找。

5、裝置自動掃頻時頻率起點可以在規定范圍內任意設定，掃頻方向可以向上、向下選擇，同時液晶大屏幕顯示掃描曲線，方便使用者直觀了解是否找到諧振點。

6、采用了DSP平臺新技術，可以方便的根據用戶需要增減功能和升級，也使得人機交換界面更為人性化。

第二章  變頻諧振試驗裝置主要技術參數

（一）變頻諧振試驗裝置

1、輸出電壓波形畸變率：≤1.0％

2、允許連續工作時間：額定條件下一次性工作60min；過壓1.1倍1min；

3、裝置自身品質因數：Q≥30（f=45Hz）

4、火力發電機試驗時滿負荷下品質因數：Q>10（與負載相關）

5、電纜試驗時滿負荷下品質因數：Q>30（與負載相關）

6、主變壓器試驗滿負荷時品質因數：Q>30（與負載相關）

7、GIS，開關等試驗滿負荷時品質因數：Q>50（與負載相關）

8、輸入電源：單相220V或380V

9、頻率調節范圍：30Hz～300Hz

10、系統測量精度：1.5％

11、裝置具有過壓、過流、零位啟動等保護功能

（二）設備遵循標準

《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》    GB50150-2006

《高壓諧振試驗裝置》                DL/T 849.6—2004

《電抗器》                          GB10229.88

《電力設備預防性試驗規程》                 DL/T596-1996

《耦合電容器和電容分壓器》                 IEC358(1990)

 變頻諧振工作原理

（一）串聯諧振的產生

諧振是由 R、L、C 元件組成的電路在一定條件下發生的一種特殊現象。首先，我們來分析 R、L、C 串聯電路發生諧振的條件和諧振時電路的特性。圖 1 所示 R、L、C 串聯電路，在正弦電壓 U 作用下，其復阻抗：

式中電抗 X＝XL—Xc 是角頻率ω的函數，X 隨ω變化的情況如圖

2 所示。當ω從零開始向∞變化時，X 從﹣∞向﹢∞變化，在ω＜ω0

時、X＜0，電路為容性；在ω＞ω0時，X＞0，電路為感性；在ω＝

ω0時

此時電路阻抗 Z(ω0)＝R 為純電阻。電壓和電流同相，我們將電路此時的工作狀態稱為諧振。由于這種諧振發生在 R、L、C 串聯電路中，所以又稱為串聯諧振。式 1 就是串聯電路發生諧振的條件。由此式可求得諧振角頻率ω0如下：

諧振頻率為

由此可知，串聯電路的諧振頻率是由電路自身參數 L、C 決定的。與外部條件無關，故又稱電路的固有頻率。當電源頻率一定時，可以調節電路參數 L 或 C，使電路固有頻率與電源頻率一致而發生諧振；在電路參數一定時，可以改變電源頻率使之與電路固有頻率一致而發生諧振。

（二）串聯諧振的品質因數

串聯電路諧振時，其電抗 X(ω0)＝0，所以電路的復阻抗

Z ω0 = R

呈現為一個純電阻，而且阻抗為小值。諧振時，雖然電抗 X＝ XL—Xc=0，但感抗與容抗均不為零，只是二者相等。我們稱諧振時的感抗或容抗為串聯諧振電路的特性阻抗，記為ρ，即

ρ的單位為歐姆，它是一個由電路參數 L、C 決定的量，與頻率無關。

工程上常用特性阻抗與電阻的比值來表征諧振電路的性能，并稱此比值為串聯電路的品質因數，用 Q 表示，即

品質因數又稱共振系數，有時簡稱為 Q 值。它是由電路參數 R、L、C 共同決定的一個無量綱的量。

（三）串聯諧振時的電壓關系

諧振時各元件的電壓分別為

即諧振時電感電壓和電容電壓有效值相等，均為外施電壓的 Q 倍，但電感電壓超前外施電壓 90°，電容電壓滯后外施電壓 90°，總的電抗電壓為 0。在電路 Q 值較高時，電感電壓和電容電壓的數值都將遠大于外施電壓的值，所以串聯諧振又稱電壓諧振。常見的試品如變壓器、GIS 系統、SF6 斷路器、電流互感器、電力電纜、套管等均為容性，系統配備的電抗器為感性，試驗時先通過調節變頻電源的輸出頻率使回路發生串聯諧振，再在回路諧振的條件

下調節變頻電源輸出電壓使試品電壓達到試驗值。由于回路的諧振，變頻電源較小的輸出電壓就可在試品上產生較高的試驗電壓。在實際現場應用中試品上的高壓電壓和低壓電壓遵循以下公式：

U 試 = QU 激

其中：U 試為高壓諧振試驗電壓，Q 為系統串聯諧振的品質因數，U 激為激勵變壓器輸出電壓。例如：假設系統串聯諧振的品質因數 Q 為 30，激勵變壓器選擇16kV 的抽頭，激勵變壓器額定輸入電壓為 400V，如果激勵變壓器輸

入電壓為 100V 時，高壓電壓計算步驟如下：

①計算激勵變壓器變比

激勵變壓器變比 N=激勵變壓器所選抽頭電壓/輸入額定電壓

即：N=16kV/400V=16000/400=40

②計算激勵變壓器輸出電壓

激勵變壓器輸出電壓=激勵變壓器輸入電壓*激勵變壓器變比

即：U 激=100V*40=4kV

③計算高壓諧振試驗電壓

高壓諧振試驗電壓=激勵變壓器輸出電壓*系統品質因數

注：1、本裝置中參數按國家電力試驗規程中交接試驗電壓標準計算
   2、交聯電纜的電容值10KV電纜按每公里0.4μF計算；35KV、110KV、220KV電纜平均按每公里0.2μF計算。大于或小于此電容值的，電容電流有所增大或減小