電力試驗用串聯(lián)諧振技術.doc

第一篇 串聯(lián)諧振原理本篇將和大家討論串聯(lián)諧振電源產(chǎn)生的原理，并分析串聯(lián)諧振現(xiàn)象的一些特征，探索串聯(lián)諧振現(xiàn)象的一些基本規(guī)律，以便在應用中能更自如的使用串聯(lián)諧振電源產(chǎn)品和分析在試驗過程中發(fā)生的一些現(xiàn)象。一、串聯(lián)諧振的產(chǎn)生：諧振是由R、L、C元件組成的電路在一定條件下發(fā)生的一種特殊現(xiàn)象。首先，我們來分析R、L、C串聯(lián)電路發(fā)生諧振的條件和諧振時電路的特性。圖1所示R、L、C串聯(lián)電路，在正弦電壓U作用下，其復阻抗為： 式中電抗XXlXc是角頻率的函數(shù)，X隨變化的情況如圖2所示。當從零開始向變化時，X從向變化，在o時、X0，電路為容性；在o時，X0，電路為感性；在o時式1圖1 圖2此時電路阻抗Z(o)R為純電阻。電壓和電流同相，我們將電路此時的工作狀態(tài)稱為諧振。由于這種諧振發(fā)生在R、L、C串聯(lián)電路中，所以又稱為串聯(lián)諧振。式1就是串聯(lián)電路發(fā)生諧振的條件。由此式可求得諧振角頻率o如下： 諧振頻率為 由此可知，串聯(lián)電路的諧振頻率是由電路自身參數(shù)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(jié)電路參數(shù)L或C，使電路固有頻率與電源頻率一致而發(fā)生諧振；在電路參數(shù)一定時，可以改變電源頻率使之與電路固有頻率一致而發(fā)生諧振。二、串聯(lián)諧振的品質因數(shù)：串聯(lián)電路諧振時，其電抗X(o)0，所以電路的復阻抗呈現(xiàn)為一個純電阻，而且阻抗為最小值。諧振時，雖然電抗XXLXc=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(lián)諧振電路的特性阻抗，記為，即的單位為歐姆，它是一個由電路參數(shù)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(lián)電路的品質因數(shù)，用Q表示，即 品質因數(shù)又稱共振系數(shù)，有時簡稱為Q值。它是由電路參數(shù)R、L、C共同決定的一個無量綱的量。三、串聯(lián)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900，電容電壓落后外施電壓900，總的電抗電壓為0。而電阻電壓和外施電壓相等且同相，外施電壓全部加在電阻R上，電阻上的電壓達到了最大值。在電路Q值較高時，電感電壓和電容電壓的數(shù)值都將遠大于外施電壓的值，所以串聯(lián)諧振又稱電壓諧振。四、串聯(lián)諧振時的能量關系：現(xiàn)在分析諧振時的能量關系。設諧振時電路電流為 則電容電壓為 電路中的電磁場總能量為由于諧振時有即所以 這表明，串聯(lián)諧振時，電路中電場能量最大恒等于磁場能量的最大值、而電感和電容中儲存的電磁能量總和是不隨時間變化的常量，且等于電場或磁場能量的最大值。圖3的曲線反映了諧振時電、磁場能量的關系。當電場能量增加某一數(shù)值時，磁場能量必減小同一數(shù)值，反之亦然。這意味著在電容和電感之間，存在著電場能量和磁場能經(jīng)相互轉換的周期性振蕩過程。電磁場能量的交換只在電感和電容元件之間進行和電路外部沒有電磁能量的交換。電源只向電阻提供能量，故電路呈純阻性。 圖3因為 所以 這就是說，在外加電壓一定時，電磁場總能量與Q2成正比，因此可用提高或降低Q值的辦法來增強或削弱電路振蕩程度。由于可知Q值的物理意義：即Q等于諧振時電路中儲存的電磁場總能量與電路消耗的平均功率之比乘以o，或Q等于諧振時電路中儲存的電磁場總能量與電路在一個周期中所消耗的能量之比乘以2。電阻R越小，電路消耗的能量(或功率)越小，Q值越大，振蕩越激烈。五、串聯(lián)諧振的諧振曲線電路中的阻抗(導納)是隨頻率的變化而變化的。在輸入信號的有效值保持不變情況下，電路的電壓、電流的大小也會隨頻率的變化而變化。阻抗(導納)、電流或電壓與頻率之間的關系稱為它們的頻率特性。在串聯(lián)諧振電路中描繪電流、電壓與頻率關系的曲線稱諧振曲線。先來看復阻抗的頻率特性：復阻抗Z的頻率特性為 電路中電流為即 Z（）特性曲線 電流的諧振曲線 電流的相頻特性曲線 圖4從圖4各曲線可以看出，在o處，X0，此時電路阻抗最小，為ZR；電流最大，為IoUS/R，電流與電壓同相位；電路處于諧振狀態(tài)。o時，ZR，IIo，0，電路處于失諧狀態(tài)。偏離o越遠，Z越大，I越小，越大，失諧越嚴重。其中，當o時，電路呈電容性，稱為容性失諧；當o時，電路呈電感性，稱為感性失諧。從電流諧振曲線可以看出，在諧振頻率及其附近，電路具有較大的電流，而當外施信號頻率偏離諧振頻率越遠，電流就越小。換言之，串聯(lián)諧振電路具有選擇最接近于諧振頻率附近的信號同時抑制其它信號的能力，我們把電路所具有的這種性能稱為電路的選擇性。初步的觀察可以看出，選擇性的好壞與電流諧振曲線在諧振頻率附近的尖銳程度有關，曲線越尖銳、陡峭，選樣性越好。進一步的研究表明，電流諧振曲線的形狀與電路品質因數(shù)Q值直接相關。因為以II。為縱坐標，。叫為橫坐標Q為參變量，可以畫出如圖5所示的電流諧振曲線。從圖中可以清楚地看出Q值越高，曲線越尖銳，當。稍偏離1(即稍偏離。)時，II。就急劇地下降，表明電路對非諧振頻率的信號具有較強的抑制能力，電路的選擇性就越好。而Q值越低，在諧振頻率附近，電流變化不大，曲線頂部越平緩。選擇性就越差。由于Q值相同的任何R、L、C串聯(lián)電路只有條這樣的曲線與之對應，故稱這種曲線為通用諧振曲線。 圖5 通用諧振曲線 六、串聯(lián)諧振的幅頻特性R、L、C串聯(lián)諧振電路中，電路中各元件電壓的幅頻特性為 圖6 電壓的諧振曲線由電壓的諧振曲線可以看出，試品上出現(xiàn)電壓最高時并非系統(tǒng)處于完全諧振時，而是處于容性失諧狀態(tài)，此時電抗器上承受的電壓低于試品兩端的電壓，有利于設備的安全，因此,我們建議串聯(lián)諧振電源系統(tǒng)工作在這種狀態(tài)下。第二篇 串聯(lián)諧振電源在電力系統(tǒng)中的應用本篇將分析諧振產(chǎn)品在電力系統(tǒng)中應用的一些優(yōu)點，并提供電力系統(tǒng)一些主要產(chǎn)品的諧振試驗方法和要點，為諧振產(chǎn)品在電力系統(tǒng)中更好的應用提供一些技術思想和數(shù)據(jù)。在最后，列舉了兩個常用的選型方案，一方面可以幫助大家分析怎么樣對自己將要做試驗的對象進行設備選型，另一方面可以幫助大家分析怎么樣使用諧振試驗方法有效的對自己將要做試驗的對象進行試驗。一、串聯(lián)諧振電源在電力系統(tǒng)應用中的優(yōu)點：1、所需電源容量大大減小。串聯(lián)諧振電源是利用諧振電抗器和被試品電容諧振產(chǎn)生高電壓和大電流的，在整個系統(tǒng)中，電源只需要提供系統(tǒng)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(lián)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(tǒng)重量和體積大大減少，一般為普通試驗裝置的1/3-1/5。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(lián)諧振狀態(tài)，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(lián)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(shù)百倍。所以，串聯(lián)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(xiàn)任何恢復過電壓。試品發(fā)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落電壓前斷開電源，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(xiàn)任何恢復過電壓。二、電纜的交流耐壓試驗1、 問題的提出目前在國際和國內(nèi)已有越來越多的XLPE交聯(lián)聚乙烯絕緣的電力電纜替代原有的充油油紙絕緣的電力電纜。但在交聯(lián)電纜投運前的試驗手段上由于被試容量大和試驗設備的原因，很長時間以來，仍沿襲使用直流耐壓的試驗方法。近年來國際、國內(nèi)的很多研究機構的研究成果表明直流試驗對XLPE交聯(lián)聚乙烯電纜有不同程度的損害。有的研究觀點認為XLPE結構具有存儲積累單極性殘余電荷的能力，當在直流試驗后，如不能有效的釋放掉直流殘余電荷，投運后在直流殘余電荷加上交流電壓峰值將可能致使電纜發(fā)生擊穿。國內(nèi)一些研究機構認為，交聯(lián)聚乙烯電纜的直流耐壓試驗中，由于空間電荷效應，絕緣中的實際電場強度可比電纜絕緣的工作電場強度高達11倍。交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜即使通過了直流試驗不發(fā)生擊穿，也會引起絕緣的嚴重損傷。其次，由于施加的直流電壓場強分布與運行的交流電壓場強分布不同。直流試驗也不能真實模擬運行狀態(tài)下電纜承受的過電壓，并有效的發(fā)現(xiàn)電纜及電纜接頭本身和施工工藝上的缺陷。因此，使用非直流的方法對交聯(lián)電纜進行耐壓試驗就越來越受到人們的重視。目前，在中低壓電纜上國外已使用超低頻電源（VLF）進行耐壓試驗。但由于此類VLF的電壓等級偏低，尚不能用于110kV及以上的高壓電纜試驗。在國內(nèi)，對于低壓電纜,這種方法也使用過，但由于試驗設備的原因，沒能得到大面積的推廣。而近些年由于城、農(nóng)網(wǎng)建設改造的進行， XLPE交聯(lián)電纜越來越多，僅僅靠直流耐壓試驗后就將電纜投入運行，而在運行電壓下發(fā)生電纜或電纜頭擊穿的事例也時有發(fā)生。所以，大家都在探索新的試驗方法。2、 試驗頻率由于電纜的電容量較大，采用傳統(tǒng)的工頻試驗變壓器很笨重，龐大，且大電流的工作電源在現(xiàn)場不易取得。因此一般都采用串聯(lián)諧振交流耐壓試驗設備。其輸入電源的容量能顯著降低，重量減輕，便于使用和運輸。初期多采用調感式串聯(lián)諧振設備（50Hz），但存在自動化程度差、噪音大等缺點。因此現(xiàn)在大都采用調頻式（30-300Hz）串聯(lián)諧振試驗設備，可以得到更高的品質數(shù)（Q值），并具有自動調諧、多重保護，以及低噪音、靈活的組合方式（單件重量大為下降）等優(yōu)點。綜合國內(nèi)外有關技術資料，選擇合適的試驗頻率范圍是個比較重要的問題。在這方面，有一些不同的觀點和提法。就目前的國內(nèi)外的提法來看，我們總結可分成3類：第1類為較寬頻率范圍30-300Hz、20-300Hz、1-300Hz；第2類為工頻范圍，45-65Hz，45-55Hz；第3類為接近工頻，35-75Hz。 （1）第1類較寬頻率范圍國際大電網(wǎng)會議第21、09工作組發(fā)布的試驗導則，建議頻率范圍為30-300Hz。但實際上更低一些頻率也具有較好地等效性。IEC60840和IEC62067標準草案（2001年和2000年）就規(guī)定可采用20-300Hz。 國外有些廠家設計串聯(lián)諧用電抗器，在特殊情況下也有采用最低頻率為25Hz或20Hz的。當然頻率愈低，被試電纜的長度（電容量）可增大。但是電抗器鐵心因此放大，使重量增加。個別資料顯示, 1-300Hz的交流試驗也具有與工頻交流試驗的等效性，這說明實際應用中頻率下限有可能取得更低，例如小于20Hz甚至到0.1Hz也是可行的。進一步表明在這樣的頻率范圍內(nèi)，絕緣內(nèi)部各介質的電壓分布及介質特性仍基本相同。工作頻率超過300Hz是否適當？有資料報導說，隨頻率增高，串諧電抗器及勵磁變壓器的損耗降低，但是要考慮被試品電容介質的極化發(fā)熱問題，因此頻率高于300Hz是不可取的。（2）第2類為工頻范圍國際上工業(yè)頻率主要指50Hz和60Hz兩種，故IEC標準規(guī)定對高壓絕緣的工業(yè)試驗頻率范圍為45-65Hz，在我國額定工頻為50Hz。GB/T16927.1-1997規(guī)定工頻試驗頻率范圍為45-55Hz。認為工頻電力電纜的試驗電壓也必須是工頻，這是趨于比較保守的觀點。針對此問題應該著重說明交接和預防性試驗的目的在于發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷的能力來定的。在不同的頻率下只要絕緣內(nèi)部介質電壓分布相同，又有基本相同的檢出絕緣故障的能力，就能達到試驗的目的。因此即使選用比工頻范圍更寬的頻率也是可以接受的。在90年代中期為了選擇適當?shù)慕涣髂蛪涸囼灥念l率范圍，做了大量、仔細的基礎研究工作。得出頻率在30-300Hz范圍內(nèi)，橡塑電纜內(nèi)部幾種典型絕緣缺陷的擊穿特性沒有明顯差別。這應該是可信的，也得到普遍采用。分析形成這種在不同頻率下良好的擊穿特性，主要原因是優(yōu)良的同軸絕緣結構，單一的絕緣介質，材質相對純潔、電場分布合理、規(guī)則。因此，在不同頻率下結構內(nèi)部電壓分布相同，形成寬頻率范圍試驗的條件。油紙絕緣電纜一直采用頻率等于零的直流電壓進行耐壓試驗，其實際效果很好，數(shù)十年來未受到置疑。（3）第3類為接近工頻頻率，35-75Hz國外曾對正常XLPE（交聯(lián)聚乙烯）絕緣電纜樣品，在不同頻率下進行擊穿試驗。結果表明在頻率為35-75Hz時擊穿電壓均落在可置信度95%之內(nèi)。因此有觀點贊成試驗電壓頻率最好選在35-75Hz,也較為靠近運行電壓頻率50Hz。值得注意的是，上述測試結果是對正常絕緣做的擊穿試驗。而交接和預防性試驗所采用的試驗電壓值是偏低的，它只能擊穿有缺陷的絕緣弱點（機械損傷、水樹枝、終端頭或接頭盒應力鐵錐施工或用料錯誤，等等），完全不足以擊穿電纜本體的正常絕緣?？梢妰煞N試驗的目的和工作機理均不相同。似乎沒有必要將正常絕緣35-75Hz的擊穿特性“延伸”應用到檢測絕緣缺陷方面。3、 標準問題由于設備容量和體積等問題，目前國家尚無高壓電力電纜敷設后在現(xiàn)場進行交流耐壓試驗的相應標準。但對直流耐壓試驗的標準,由于前面所述原因人們也產(chǎn)生了一些疑問。CIGRI國際大電網(wǎng)工作會議21工作組的高壓擠包絕緣電纜竣工驗收試驗建議導則中對目前采用的直流耐壓試驗方法提出疑議，并推薦使用工頻及近似工頻（30-300Hz）的交流試驗方法。IEC 60840標準中在45-150kV敷設后電纜試驗標準中除原直流試驗標準外，增加了1.7U0 5分鐘或1U0 24小時的交流試驗標準。而在220kV等級中IEC 62067/CD草案中則取消了電纜敷設后試驗中直流試驗的標準，只有交流試驗的要求，即 20-300Hz 1.4U0 60分鐘。為了更有效的對施工后的交聯(lián)電纜進行交接試驗,華北電力集團公司在電力設備交接和預防性試驗規(guī)程修訂內(nèi)容中在電纜主絕緣耐壓試驗一項中增加了電纜的交流耐壓試驗標準。之后，國內(nèi)很多地方也相應的出臺了地方性試驗標準，其試驗頻率大多都在30-300Hz，中低壓電纜試驗電壓為1.6-2.0倍的相電壓，高壓電纜試驗電壓一般都在1.4-1.7倍的相電壓，具體根據(jù)各個地方略有不同，浙江推薦中低壓電纜試驗頻率為45-65 Hz，高壓電纜試驗頻率為35-75 Hz。4、 交聯(lián)聚乙烯電纜單位長度電容量下表為交聯(lián)聚乙烯電力電纜單位長的電容量電纜導體截面積mm2 電容量（uF/km）YJV、YJLVYJV、YJLVYJV、YJLVYJV、YJLVYJV、YJLVYJV、YJLVYJV、YJLV6/6kV、6/10kV8.7/6kV、8.7/10kV12/35kV21/35kV26/35kV64/110kV128/220kV1(3)*350.2120.1730.1521(3)*500.2370.1920.1660.1180.1141(3)*700.2700.2170.1870.1310.1251(3)*950.3010.2400.2060.1430.1351(3)*1200.3270.2610.2230.1530.1431(3)*1500.3580.2840.2410.1640.1531(3)*1850.3880.3070.2670.1800.1631(3)*2400.4300.3390.2910.1940.1760.1291(3)*3000.4720.3700.3190.2110.1900.1391(3)*4000.5310.4180.3520.2310.2090.1560.1181(3)*5000.6030.4380.3880.2540.2320.1690.1241(3)*6000.6670.4700.4160.2870.2563*6300.1880.1383*8000.2140.1553*10000.2310.1723*12000.2420.1793*14000.2590.1903*16000.2730.1983*18000.2840.2973*20000.2960.2153*22000.2213*25000.2325、 橡塑絕緣電力電纜30-75Hz（45-65Hz）交流耐壓的試驗電壓電纜額定電壓交接試驗電壓預防性試驗電壓倍數(shù)電壓值（kV）倍數(shù)電壓值（kV）1.8/32 U03.61.6 U033.6/62 U07.21.6 U066/62 U0121.6 U0106/102 U0121.6 U0108.7/102 U017.41.6 U01412/202 U0241.6 U01921/352 U0421.6 U03436/352 U0521.6 U04264/1101.7 U01091.36 U087127/2201.4 U01781.15 U0146三、變壓器的交流耐壓試驗1、 試驗頻率目前，變壓器的交流耐壓只限于工頻耐壓，而國際上工業(yè)頻率主要指50Hz和60Hz兩種，故IEC標準規(guī)定對高壓絕緣的工業(yè)試驗頻率范圍為45-65Hz，在我國額定工頻為50Hz。GB/T16927.1-1997規(guī)定工頻試驗頻率范圍為45-55Hz。2、 試驗電壓油浸式電力變壓器交流試驗電壓額定電壓kV最高工作電壓kV線端交流試驗電壓值kV中性點交流試驗電壓值kV全部更換繞組部分更換繞組或交接時全部更換繞組部分更換繞組或交接時1132.532.533.51815181566.9252125211011.5353035301517.5453845382023.0554755473540.585728572110126.0200170（195）9580220252.03603068572395336（200）（170）500550.063053685726805781401203、 電力系統(tǒng)常用變壓器的電容量1)60kV級全絕緣變壓器的電容（pF）試品容量（kVA）類 型63020003150630080001600高壓地270041004600590070008200低壓地420066007900100001100015300對于表中沒有的產(chǎn)品，可根據(jù)表中的上、下容量近似地估算。同容量的雙繞組變壓器，其繞組電容要比三繞組產(chǎn)品小。2)110kV中性點分級絕緣變壓器的電容（pF）試品容量（kVA）500003150020000100005600高壓中壓、低壓、地1420011400870061504200中壓高壓、低壓、地2480011800132009600-低壓高壓、中壓、地193001930012000940068003)220kV級中性點非全級絕緣部分變壓器的電容（pF）試品型號SEPSL-63000SSPSL-120000SSPSL-240000類型高壓中壓、低壓、地121001350017050中壓高壓、低壓、地185001970023260低壓高壓、中壓、地182002360029940試品型號SFPL-240000SFP-360000SFPSZL-120000類型高壓中壓、低壓、地322303391038020中壓高壓、低壓、地-23260低壓高壓、中壓、地224702379022160四、發(fā)電機的交流耐壓試驗1、 試驗頻率目前，變壓器的交流耐壓只限于工頻耐壓，而國際上工業(yè)頻率主要指50Hz和60Hz兩種，故IEC標準規(guī)定對高壓絕緣的工業(yè)試驗頻率范圍為45-65Hz，在我國額定工頻為50Hz。GB/T16927.1-1997規(guī)定工頻試驗頻率范圍為45-55Hz。就現(xiàn)行試驗方法來看，主要為50Hz的工頻試驗。2、 電力系統(tǒng)中常用發(fā)電機的電容量類別發(fā)電機型號生產(chǎn)廠家額定容量MW額定電壓kV相電容uF火力發(fā)電機QF-30-2306.30.1QF-60-2606.30.234QF-60-26010.50.33QFS-125-2上海電機廠12513.80.08-0.12QF-135-213513.80.47QFSN-200-2哈爾濱電機廠20015.750.19-0.21QFQS-200-2東方電機廠20015.750.1928-0.21QFQS-200-2北京重型電機廠20015.750.18-0.19QFS-300-2上海電機廠30018.00.16-0.20QFSN-300-2上海電機廠30018.00.18-0.20ATB-2美國GE公司35223.00.268TBB-320-2前蘇聯(lián)32020.00.312-105*234美國西屋公司60020.00.250WT23E-138ABB60022.00.253水力發(fā)電機72.5-8510.50.694125-1501.8-1.930015.751.7-2.540018.02-2.56002.1-2.53、 試驗電壓發(fā)電機交流試驗電壓參考表1全部更換定子繞組并修好后試驗電壓容量kVA小于1000010000及以上額定電壓kV0.036以上6以下6-1818以上試驗電壓kV2Un+1且不小于1.52.5 Un2.5Un+3000按專門協(xié)議2大修前或局部更換定子繞組并修好后運行20年及以下者1.5 Un運行20年以上與架空線直接連接者1.5 Un運行20年以上不與架空線直接連接者(1.3-1.5 )Un五、諧振電源產(chǎn)品使用中的注意事項1、諧振電源產(chǎn)品大多都是高壓試驗設備，要求由高壓試驗專業(yè)人員使用，使用前應仔細閱讀使用說明書，并經(jīng)反復操作訓練。2、操作人員應不少于2人。使用時應嚴格遵守本單位有關高壓試驗的安全作業(yè)規(guī)程。3、為了保證試驗的安全正確，除必須熟悉本產(chǎn)品說明書外，還必須嚴格按國家有關標準和規(guī)程進行試驗操作。4、 各聯(lián)接線不能接錯，特別是接地線不能接錯。否則可導致試驗裝置損壞。5、 本裝置使用時，輸出的是高電壓或超高電壓，必須可靠接地，注意操作安全距離。6、 串聯(lián)諧振試驗系統(tǒng)是利用諧振電抗器與被試品諧振產(chǎn)生高電壓的，也就是說，能不能產(chǎn)生高電壓主要是看試品與諧振電抗器是否諧振，所以，試驗人員在分析現(xiàn)場不能夠產(chǎn)生所需高電壓時，應該分析什么破壞了諧振條件，回路是否接通等。7、 串聯(lián)諧振試驗系統(tǒng)的激磁變壓器有特定的電壓和電流要求，在選用代替品時，一定要考慮電壓和電流，不能采用只是容量相同的普通的試驗變壓器。六、典型方案選型示例*關于31.5MVA110kV電力變壓器和10kV、35kV交聯(lián)電纜交流耐壓試驗設備配置的技術方案(一）被試對象：1、31.5MVA110kV電力變壓器2、10kV交聯(lián)電纜4、 35kV交聯(lián)電纜(二）被試手段分析：1、試驗標準目前，關于GIS、交聯(lián)電纜等大電容量的試品，IEC有相關的標準支持非工頻的交流耐壓試驗，試驗頻率一般在20300Hz內(nèi)，對于電壓較低的試品，優(yōu)先選用45-65Hz的頻率范圍。國內(nèi)，各地區(qū)也有相應的規(guī)程支持交聯(lián)電纜的非工頻交流耐壓試驗，其試驗頻率一般在30-300Hz范圍內(nèi)。對于10kV、35kV的交聯(lián)電纜，試驗電壓一般都低于相電壓的2倍。在很多地方,工頻定義為45Hz-55Hz,甚至定義為45Hz-65Hz,也就是說,電力變壓器的共頻交流耐壓試驗的試驗頻率可以為45Hz-65Hz。2、試驗方法諧振升壓方法是目前對于電力系統(tǒng)大電容性試品比較適用的方法，分為工頻試驗和變頻試驗。諧振升壓方法有工頻諧振升壓法和變頻諧振升壓法，工頻諧振主要用于發(fā)電機，變頻諧振主要用于交聯(lián)電纜。工頻交流高壓試驗適用范圍廣，但是調諧比較繁瑣，通常采用調感法；變頻交流高壓試驗受到試驗標準的限制，但是調諧簡單，操作方便，通常采用調頻法。工頻定義為45Hz-55Hz后(甚至定義為45Hz-65Hz),變頻交流試驗在一定范圍內(nèi)得到了更為廣泛的應用.特別是調頻調感方法同時使用，使得系統(tǒng)很方便的滿足規(guī)程對頻率的要求和設備對寬范圍電容量的試品的要求。3、用戶要求用戶希望購置這樣的設備：既能滿足10kV交聯(lián)電纜的交流耐壓試驗，同時又能滿足31.5MVA110kV電力變壓器的交流耐壓試驗。10kV交聯(lián)電纜的交流耐壓試驗的試驗頻率可以為30Hz-300Hz, 31.5MVA110kV電力變壓器的交流耐壓試驗的試驗頻率可以為45Hz-65Hz。(三）、選型依據(jù)1、31.5MVA110kV電力變壓器(中性點分級絕緣) 110kV中性點分級絕緣變壓器的電容(PF) 試品容量(kVA)種類500003150020000100005600高壓-中壓、低壓、地1420011400870061504200中壓-高壓、低壓、地2480011800132009600低壓-高壓、中壓、地19300193001200094006800交接試驗：試驗電壓為95kV，預防試驗：試驗電壓為80kV 試驗電流I23.14450.019395518mA此時，需要的電感量為648H。對于低壓-高壓、中壓、地,諧振頻率為45Hz；對于中壓-高壓、低壓、地，諧振頻率為57.6Hz；對于高壓-中壓、低壓、地，諧振頻率為58.7Hz。電抗器設計為四節(jié)，單節(jié)電感量為162H，單節(jié)耐壓為30kV。為了能滿足31.5MVA以下容量的電力變壓器的交流耐壓試驗，要求電抗器設計成150H-600H連續(xù)可調。假設對于10MVA電力變壓器，只要把電抗器電感值調節(jié)到326H，就可以在45Hz條件下對中壓-高壓、低壓、地進行試驗，同時還可以在45.5Hz條件下對低壓-高壓、中壓、地進行試驗和在56.2Hz條件下對高壓-中壓、低壓、地進行試驗。這樣，同時滿足了工品試驗和寬范圍使用的要求。2、10kV交聯(lián)電纜做10kV交聯(lián)電纜的耐壓試驗時，可以將四節(jié)電抗器并聯(lián)起來，最小電感量為40.5H，因此，試品的最大電容量為0.6956uF，對于常用的8.7/10kV電纜，試驗的最大長度（30Hz下）見下表：355070951201501852403004005006004.023.623.212.902.672.452.272.051.881.661.591.48注：代表電纜截面積，單位為mm2；代表電纜長度，單位為km3、35kV交聯(lián)電纜 做35kV交聯(lián)電纜的耐壓試驗時，可以將先將四節(jié)電抗器每兩節(jié)串聯(lián)起來分成兩組，再將兩組并聯(lián)起來，最小電感量為162H，因此，試品的最大電容量為0.1739uF，對于常用的26/35kV電纜，試驗的最大長度（30Hz下）見下表：5070951201501852403004005006001.521.391.291.211.131.060.980.910.830.750.68注：代表電纜截面積，單位為mm2；代表電纜長度，單位為km(四)、系統(tǒng)容量 1、單節(jié)電抗器參數(shù)：單節(jié)電抗器額定電壓：25kV單節(jié)電抗器耐壓：30 kV單節(jié)電抗器電流：500mA單節(jié)電抗器容量：12.5kVA系統(tǒng)總容量：50kVA單節(jié)電抗器電感量：150H600H2、系統(tǒng)組成： 系統(tǒng)由控制源、激勵變壓器、電抗器、分壓器四部分組成，其中電抗器設計單節(jié)為25kV/0.5A，共四節(jié)，既可串聯(lián)使用，也可并聯(lián)并聯(lián)。這種組合具有如下優(yōu)點：1） 單只電抗器重量小于40kg2） 25kV/0.5A的電抗器一只可以用于更短10kV電纜的交流耐壓試驗3） 25kV/0.5A的電抗器兩只串聯(lián)可以用于更短35kV電纜的交流耐壓試驗4） 組合方式靈活方便(五）、系統(tǒng)主要技術參數(shù)及功能1、額定容量：50 kVA2、額定電壓： 25kV/50kV/75kV/100kV3、額定電流： 25 kV：0.5A/1A/1.5A/2A 50 kV：0.5A/1A75 kV：0.5A100 kV：0.5A4、輸出電壓波形畸變率：15、允許連續(xù)工作時間：額定輸出電壓下運行30分鐘，1.1倍額定電壓下運行5分鐘6、額定電流下連續(xù)運行30分鐘后后溫升小于407、裝置自身品質因數(shù)：優(yōu)于508、系統(tǒng)測量精度：1.5級9、輸入電源：工頻市電，單相220V、頻率為50Hz；10、變頻控制源輸出頻率：30300Hz11、頻率分辨率：0. 1 Hz12、頻率不穩(wěn)定度：1%13、對被試品具有零位、過流、過壓及閃絡保護；14、環(huán)境溫度：-15-4015、相對濕度：小于8016、海拔高度：2000米(六）設備遵循標準電抗器 GB10229.88電力變壓器 GB1094電氣裝置安裝工程電氣設備交換試驗標準 GB50150.91電力設備預防性試驗規(guī)程 DL/T596-11216外殼防護等級 GB1094.1-GB1094.6-96高電壓試驗技術 GB/T16927.12-11217絕緣油介電強度測定法 GB/T507-1986三相油浸式電力變壓器技術參數(shù)和要求 GB/T6451-11219變壓器試驗技術 JB/T501-11211試驗變壓器 JB/T9641-11219電磁兼容性 IEC1000耦合電容器和電容分壓器 IEC358(11210)*、關于300mm210kV 5公里和185mm235kV 2公里交聯(lián)電纜交流耐壓試驗設備配置的技術方案（一）被試對象：1、 10kV，截面積300 mm2，5km交聯(lián)電纜2、 35kV，截面積185 mm2，2km交聯(lián)電纜3、 10kV，被試電容量小于3.24uF的交聯(lián)電纜4、 35kV，被試電容量小于0.36uF的交聯(lián)電纜（二）被試手段分析：1、試驗標準目前，關于GIS、交聯(lián)電纜等大電容量的試品，IEC有相關的標準支持非工頻的交流耐壓試驗，試驗頻率一般在20300Hz以內(nèi)，對于電壓較低的試品，優(yōu)先選用4565Hz的頻率范圍。國內(nèi)，各地區(qū)也有相應的規(guī)程支持交聯(lián)電纜的非工頻交流耐壓試驗，其試驗頻率一般在30300 Hz范圍內(nèi)。對于10kV、35kV的交聯(lián)電纜，試驗電壓一般都不高于相電壓的2倍。2、試驗方法諧振升壓方法是目前對于電力系統(tǒng)大電容性試品比較適用的方法，分為工頻試驗和變頻試驗。諧振升壓方法有工頻諧振升壓法和變頻諧振升壓法，工頻諧振主要用于發(fā)電機，變頻諧振主要用于交聯(lián)電纜。工頻交流高壓試驗適用范圍廣，但是調諧比較繁瑣，通常采用調感法；變頻交流高壓試驗受到試驗標準的限制，但是調諧簡單，操作方便，通常采用調頻法。3、用戶要求用戶希望購置這樣的設備：既能滿足10kV，截面積300 mm2、5km交聯(lián)電纜的試驗方案，同時又能滿足35kV，截面積185 mm2、2km交聯(lián)電纜的試驗方案。（三）選型依據(jù)1、10kV，截面積300 mm2、5km交聯(lián)電纜試品分析：8.7/10kV的電纜每公里的電容量為0.37uF，6/10kV的電纜每公里的電容量為0.472uF。交接試驗：試驗電壓為2U0，所以對于8.7/10kV電纜，試驗電壓為17.4kV，對于6/10kV電纜，試驗電壓為12kV。已運行的電纜：試驗電壓為1.6 U0，所以對于8.7/10kV電纜，試驗電壓為14kV，對于6/10kV電纜，試驗電壓為9.6kV。綜上所述：選擇試驗電壓為17.4kV的8.7/10kV電纜為例計算： 試驗電流I23.14350.37517.47075mA此時，需要的電感量為11.2H，假設用于6/10kV的電纜，諧振頻率為31Hz，滿足30300 Hz的頻率范圍。2、35kV，截面積185 mm2，2km交聯(lián)電纜試品分析：21/35kV的電纜每公里的電容量為0.194uF，26/35kV的電纜每公里的電容量為0.176uF。交接試驗：試驗電壓為2U0，所以對于21/35kV電纜，試驗電壓為42kV，對于26/35kV電纜，試驗電壓為52kV。已運行的電纜：試驗電壓為1.6 U0，所以對于21/35kV電纜，試驗電壓為34kV，對于26/35kV電纜，試驗電壓為42kV。綜上：選擇試驗電壓為52kV的26/35kV電纜為例計算： 試驗電流I23.14350.1762524023mA此時，需要的電感量為58.8H，假設用于21/35kV的電纜，諧振頻率為33.3Hz，滿足30300 Hz的頻率范圍。3、系統(tǒng)容量為了使試驗頻率更接近工頻，使得試驗更具有與工頻耐壓試驗的等效性，同時又使得系統(tǒng)所需容量較小，我們通常選定額定頻率為35Hz。要滿足5000m長10kV/300mm交聯(lián)電纜耐壓試驗，試驗電流I為7075mA，所以，系統(tǒng)容量需為S=UI=17.4 kV7075mA123105 VA，電抗器的額定電感量應為11.2H；要滿足2000m長21kV/300mm交聯(lián)電纜耐壓試驗，試驗電流I為4023mA，所以，系統(tǒng)容量需為S=UI=52 kV4023mA209196 VA，電抗器的額定電感量應為58.8H。因此，選擇諧振升壓系統(tǒng)容量為250kVA左右。 4、單節(jié)電抗器容量電抗器設計單節(jié)為20kV/1.8A和容量20kV/0.8A兩種。其中20kV/1.8A的電抗器六只，20kV/0.8A的電抗器三只。采用20kV/1.8A的六只電抗器先三只串聯(lián)成兩組，再然后此兩組并聯(lián)，之后再與20kV/0.8A的電抗器三只串聯(lián)組并聯(lián)可以完成35kV、截面積185 mm2、2km交聯(lián)電纜的耐壓試驗，采用20kV/1.8A的電抗器五只并聯(lián)可以完成10kV、截面積300 mm2、5km交聯(lián)電纜的交流耐壓試驗。這種組合具有如下優(yōu)點：1） 只電抗器重量小于50kg2） 20kV/0.8A的電抗器一只可以用于更短10kV電纜的交流耐壓試驗（被試電纜電容量為0.00244uF0. 244uF）3） 20kV/0.8A的電抗器三只串聯(lián)可以用于更短35kV電纜的交流耐壓試驗（被試電纜電容量為0.000817uF0. 0817uF）4） 組合方式靈活方便（四）系統(tǒng)主要技術參數(shù)及功能1、額定容量：264 kVA2、額定電壓： 20kV/60kV3、額定電流： 20 kV：三個0.8A和六個1.8A的各種組合，從最小0.8A 到最大13.2A 60 kV：一個0.8A和二個1.8A的各種組合，從最小0.8A 到最大4.4A4、輸出電壓波形畸變率：15、允許連續(xù)工作時間：額定輸出電壓下運行30分鐘，1.1倍額定電壓下運行5分鐘6、額定電流下連續(xù)運行30分鐘后后溫升小于407、裝置自身品質因數(shù)：優(yōu)于808、系統(tǒng)測量精度：1.5級9、輸入電源：工頻市電，單相220V、頻率為50Hz；10、變頻控制源輸出頻率：30300Hz11、頻率分辨率：0.01 Hz12、頻率不穩(wěn)定度：0.5%13、對被試品具有零位、過流、過壓及閃絡保護；14、環(huán)境溫度：-154015、相對濕度：小于8016、海拔高度：2000米控制源具有自動升降壓功能、數(shù)據(jù)打印功能、數(shù)據(jù)存儲功能、自動尋找諧振頻率功能（五）設備遵循標準電抗器 GB10229.88電力變壓器 GB1094電氣裝置安裝工程電氣設備交換試驗標準 GB50150.91電力設備預防性試驗規(guī)程 DL/T596-1996外殼防護等級 GB1094.1-GB1094.6-96高電壓試驗技術 GB/T16927.12-1997絕緣油介電強度測定法 GB/T507-1986三相油浸式電力變壓器技術參數(shù)和要求 GB/T6451-1999變壓器試驗技術 JB/T501-1991試驗變壓器 JB/T9641-1999電磁兼容性 IEC1000耦合電容器和電容分壓器 IEC358(1990)(六)系統(tǒng)配置要求1、 變頻控制源控制主要功能及說明：a）過壓保護，失諧保護：本裝置裝有電子式過壓保護、失諧保護功能，避免試品不受過流和閃絡的傷害，且動作靈敏。b）過流保護：系統(tǒng)裝有電子式過流保護裝置，此裝置抗干擾能力強，并有動作迅速，避免試品不受到傷害，而且，它采用關斷功率管的方式來切斷輸出，不直接切斷電流，不會產(chǎn)生電弧。c）自動尋找諧振點：在試驗時，可以設定變頻控制源自動/手動方式，自動方式，變頻控制源將自動的找到諧振點。d）自動升降壓：在試驗時，可以設定變頻控制源自動/手動方式，自動方式，變頻控制源將根據(jù)操作員設定的試驗電壓和試驗時間自動的升壓，到時間后自動降壓并保存試驗數(shù)據(jù)顯示在顯示屏上，根據(jù)用戶的需要可以存入儀器的內(nèi)存中永久保存。e）數(shù)據(jù)存儲：根據(jù)用戶的需要可以將試驗數(shù)據(jù)存入儀器的內(nèi)存中永久保存。f）數(shù)據(jù)打印：根據(jù)用戶的需要可以將試驗數(shù)據(jù)打印出來。g）溫濕度顯示：儀器可以顯示試驗環(huán)境的溫度和濕度，以便用戶分析數(shù)據(jù)。f）變頻控制源自身保護功能：過流、過壓、過熱、欠壓等保護。h)波形顯示和分析：儀器具有波形顯示功能，能觀察高壓輸出的波形，并可以分析波形中的諧波成分。2、激勵變壓器：1）容量要求：勵磁變壓器容量為10 kVA，輸出電壓為01000V/02500V,高壓電流為10A/4A。2）結構性能要求：激勵變壓器原、副邊線圈按10 kV隔離水平設計，原邊線圈與鐵心和鐵外殼處在同一電位上，副邊線圈對原邊線圈