變頻串聯(lián)諧振在GIS絕緣試驗(yàn)中的應(yīng)用

1、.變頻串聯(lián)諧振在GIS絕緣試驗(yàn)中的應(yīng)用1、引言GIS在制造及安裝過(guò)程中內(nèi)部可能遺留雜物,斷口間雜質(zhì),毛刺等薄弱環(huán)節(jié)和隱患,往往會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部絕緣水平下降。因此,在現(xiàn)場(chǎng)安裝投運(yùn)前必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)絕緣試驗(yàn)。隨著電網(wǎng)電壓等級(jí)的提高及高壓GIS的對(duì)地電容的增大(220 kV以上為nF級(jí)),對(duì)試驗(yàn)設(shè)備要求越來(lái)越高。若采用常規(guī)的高壓試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn),不僅設(shè)備造價(jià)高,容量大,運(yùn)輸不便,而且由于試驗(yàn)時(shí)投入了大量的無(wú)功功率將對(duì)電網(wǎng)造成不穩(wěn)定。采用新型的變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置則可消除這些不利因素。文1認(rèn)為,頻率調(diào)節(jié)X圍為30300 Hz時(shí)變頻交流耐壓和工頻交流耐壓具有等價(jià)性,因而可以用變頻交流耐壓系統(tǒng)代替普通工頻交流耐壓設(shè)

2、備做工頻耐壓試驗(yàn)。2、裝置原理變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置原理見(jiàn)圖1。該裝置由變頻電源FC,高壓變壓器T,高壓電抗器L組成。其中:Cx為被試品電容;R為試驗(yàn)回路中的電阻。圖1  變頻諧振試驗(yàn)裝置原理圖調(diào)頻式串聯(lián)諧振電壓試驗(yàn)裝置采用固定的高壓電抗器,沒(méi)有調(diào)節(jié)間隙,減少了噪音,降低了制造難度。試驗(yàn)回路由晶閘管變頻電源裝置供電,頻率在一定X圍內(nèi)調(diào)節(jié),其特點(diǎn)是尺寸小、重量輕、品質(zhì)因數(shù)高,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制作方便。試驗(yàn)時(shí),串聯(lián)諧振的矢量圖見(jiàn)圖2。其中:諧振頻率f=/(2);電流I=U/R2+L-1/(Cx)2=U/R,表明,試驗(yàn)中只消耗電網(wǎng)有功,不消耗無(wú)功,因此不會(huì)造成電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。此時(shí),加在試品上的電壓

3、Ux=I/CCx=IL=UL/R-U/Q即U=Ux/Q。當(dāng)試品被擊穿或閃絡(luò)時(shí),試品被短接試驗(yàn)回路諧振條件自動(dòng)消除,此時(shí)回路電流I=U/(R+L)<<U/R保護(hù)了試驗(yàn)設(shè)備。圖2  變頻諧振矢量圖2.1  提高設(shè)備Q值的方法在現(xiàn)場(chǎng)給GIS做耐壓試驗(yàn)時(shí),經(jīng)常發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)竭_(dá)諧振點(diǎn)時(shí),勵(lì)磁變壓器輸出已到最大值,而被試品上的試驗(yàn)電壓升不到要求值。這時(shí)主要是由于諧振回路Q(chēng)值偏低。由公式Q=L/R=1/(CR)=(1/R)L/C得出結(jié)論:要提高Q值,在高壓電抗器的電感值L遠(yuǎn)大于勵(lì)磁試驗(yàn)變及連線的等效電感情況下,只有通過(guò)改變被試品的等效電容和試驗(yàn)回路中的損耗電阻來(lái)達(dá)到。而被試品的等效

4、電容包括被試品電容及試驗(yàn)引線和被試品對(duì)地的雜散電容。而雜散電容主要是由串聯(lián)諧振變壓器到開(kāi)關(guān)的一次引線和開(kāi)關(guān)兩端所連刀閘的引線對(duì)地電容引起的,引線越長(zhǎng),雜散電容的值越大,Q值就越小,因此,一次引線必須盡量短,并將開(kāi)關(guān)兩端所連的引線撤除。對(duì)R大小起關(guān)鍵作用的是線路電暈損耗引起的等效電阻,也即提高Q的關(guān)鍵是采取有效的措施盡量降低線路電暈損耗引起的等效電阻。即增加均壓環(huán)和在試品與高壓引線間加屏蔽線減少泄漏電流。2.2  試驗(yàn)設(shè)備的容量試驗(yàn)設(shè)備的總?cè)萘縋=(Ux I)/Q+Ux I/Q+Ux;I=UxI(1+2/Q),常規(guī)的試驗(yàn)裝置容量P=2UxI,因而試驗(yàn)設(shè)備容量大大減小,大約為常規(guī)試驗(yàn)設(shè)備

5、容量的1/2,從而使得試驗(yàn)設(shè)備的總重量與體積大大減小,有利于設(shè)備的運(yùn)輸和安裝。3、裝置的應(yīng)用應(yīng)用該裝置對(duì)GIS LW23-252進(jìn)行老練試驗(yàn)和耐壓試驗(yàn)。其設(shè)備接線見(jiàn)圖3,加壓示意圖見(jiàn)圖4,圖4中:Us為出廠試驗(yàn)電壓值Um(395 kV)的80%,即:Us=395×80%=316 kV;U1=(1/2)Um=126 kV;U=U3=72 kV。圖3  變頻諧振試驗(yàn)接線圖圖4  試驗(yàn)加壓示意圖估算被試品的電容量為Cx=3 000 pF,預(yù)選方案采用兩臺(tái)電抗器,兩臺(tái)分壓電容器。預(yù)計(jì)回路總電容量C=4 250 pF;總電感L=400 H,電流I=1.02 A;諧振頻率f=

6、/ (2)=1/(2LC)=122 Hz。試驗(yàn)諧振電壓加到316 kV時(shí),測(cè)得諧振頻率為129Hz,勵(lì)磁變壓器輸出電壓為18 kV,線路電流為0.6A,回路中電流比預(yù)計(jì)的少得多。計(jì)算這時(shí)的品質(zhì)因素Q=316kV/18kV=18,線路損耗總電阻R=18 kV/0.6 A=30 k。因此證明,線路的電暈損耗引起的等效電阻加大。在諧振電抗器與試品旁路電容器上均安裝均壓環(huán),同時(shí)諧振電抗器與試品旁路電容器的連線用鋁箔屏蔽。試驗(yàn)諧振電壓加到316 kV時(shí),測(cè)得諧振頻率129 Hz,線路電流1 A,勵(lì)磁變壓器輸出電壓8kV,這時(shí)的Q=316 kV/8 kV=39,線路損耗總電阻R=8 kV/1 A=8 k,

7、說(shuō)明線路的電暈損耗引起的等效電阻減少,從而大大提高了品質(zhì)因數(shù)Q。經(jīng)過(guò)3次老練試驗(yàn),有效地清除了斷口雜質(zhì)和毛刺,達(dá)到了老練效果。又進(jìn)行了3次耐壓試驗(yàn),加壓過(guò)程中,電壓電流沒(méi)有發(fā)生突變,說(shuō)明試品滿足絕緣強(qiáng)度要求。高壓試驗(yàn)變實(shí)際輸出電壓為:U=8 kV,即通過(guò)較小的容量和較低的變壓器輸出電壓實(shí)現(xiàn)了高壓試驗(yàn)的目的。4、結(jié)語(yǔ)從理論分析和實(shí)際應(yīng)用可知,在高壓端增加均壓環(huán)和高壓引線采用屏蔽措施后可大大減少泄漏電流,提高設(shè)備Q值。諧振試驗(yàn)裝置具有如下優(yōu)點(diǎn):(1)設(shè)備容量比常規(guī)試驗(yàn)設(shè)備減小一半,采用調(diào)諧裝置,固定電抗器電感,因而試驗(yàn)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制作方便。(2)采用串聯(lián)諧振回路對(duì)高次諧波具有明顯的抑制作用,試驗(yàn)

8、中回路處于串聯(lián)補(bǔ)償,不消耗電網(wǎng)的無(wú)功,不會(huì)造成電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。(3)當(dāng)試品出現(xiàn)閃絡(luò)時(shí),回路中流過(guò)的電流由于電抗器的高阻抗而變得很小,有效地保護(hù)了試驗(yàn)設(shè)備。綜上所述采用此種變頻串聯(lián)諧振在GIS絕緣試驗(yàn)中的應(yīng)用1、引言GIS在制造及安裝過(guò)程中內(nèi)部可能遺留雜物,斷口間雜質(zhì),毛刺等薄弱環(huán)節(jié)和隱患,往往會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部絕緣水平下降。因此,在現(xiàn)場(chǎng)安裝投運(yùn)前必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)絕緣試驗(yàn)。隨著電網(wǎng)電壓等級(jí)的提高及高壓GIS的對(duì)地電容的增大(220 kV以上為nF級(jí)),對(duì)試驗(yàn)設(shè)備要求越來(lái)越高。若采用常規(guī)的高壓試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn),不僅設(shè)備造價(jià)高,容量大,運(yùn)輸不便,而且由于試驗(yàn)時(shí)投入了大量的無(wú)功功率將對(duì)電網(wǎng)造成不穩(wěn)定。采用新型的變

9、頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置則可消除這些不利因素。文1認(rèn)為,頻率調(diào)節(jié)X圍為30300 Hz時(shí)變頻交流耐壓和工頻交流耐壓具有等價(jià)性,因而可以用變頻交流耐壓系統(tǒng)代替普通工頻交流耐壓設(shè)備做工頻耐壓試驗(yàn)。2、裝置原理變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置原理見(jiàn)圖1。該裝置由變頻電源FC,高壓變壓器T,高壓電抗器L組成。其中:Cx為被試品電容;R為試驗(yàn)回路中的電阻。圖1  變頻諧振試驗(yàn)裝置原理圖調(diào)頻式串聯(lián)諧振電壓試驗(yàn)裝置采用固定的高壓電抗器,沒(méi)有調(diào)節(jié)間隙,減少了噪音,降低了制造難度。試驗(yàn)回路由晶閘管變頻電源裝置供電,頻率在一定X圍內(nèi)調(diào)節(jié),其特點(diǎn)是尺寸小、重量輕、品質(zhì)因數(shù)高,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制作方便。試驗(yàn)時(shí),串聯(lián)諧振的矢量圖見(jiàn)圖

10、2。其中:諧振頻率f=/(2);電流I=U/R2+L-1/(Cx)2=U/R,表明,試驗(yàn)中只消耗電網(wǎng)有功,不消耗無(wú)功,因此不會(huì)造成電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。此時(shí),加在試品上的電壓Ux=I/CCx=IL=UL/R-U/Q即U=Ux/Q。當(dāng)試品被擊穿或閃絡(luò)時(shí),試品被短接試驗(yàn)回路諧振條件自動(dòng)消除,此時(shí)回路電流I=U/(R+L)<<U/R保護(hù)了試驗(yàn)設(shè)備。圖2  變頻諧振矢量圖2.1  提高設(shè)備Q值的方法在現(xiàn)場(chǎng)給GIS做耐壓試驗(yàn)時(shí),經(jīng)常發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)竭_(dá)諧振點(diǎn)時(shí),勵(lì)磁變壓器輸出已到最大值,而被試品上的試驗(yàn)電壓升不到要求值。這時(shí)主要是由于諧振回路Q(chēng)值偏低。由公式Q=L/R=1/(CR)=(1

11、/R)L/C得出結(jié)論:要提高Q值,在高壓電抗器的電感值L遠(yuǎn)大于勵(lì)磁試驗(yàn)變及連線的等效電感情況下,只有通過(guò)改變被試品的等效電容和試驗(yàn)回路中的損耗電阻來(lái)達(dá)到。而被試品的等效電容包括被試品電容及試驗(yàn)引線和被試品對(duì)地的雜散電容。而雜散電容主要是由串聯(lián)諧振變壓器到開(kāi)關(guān)的一次引線和開(kāi)關(guān)兩端所連刀閘的引線對(duì)地電容引起的,引線越長(zhǎng),雜散電容的值越大,Q值就越小,因此,一次引線必須盡量短,并將開(kāi)關(guān)兩端所連的引線撤除。對(duì)R大小起關(guān)鍵作用的是線路電暈損耗引起的等效電阻,也即提高Q的關(guān)鍵是采取有效的措施盡量降低線路電暈損耗引起的等效電阻。即增加均壓環(huán)和在試品與高壓引線間加屏蔽線減少泄漏電流。2.2  試驗(yàn)設(shè)

12、備的容量試驗(yàn)設(shè)備的總?cè)萘縋=(Ux I)/Q+Ux I/Q+Ux;I=UxI(1+2/Q),常規(guī)的試驗(yàn)裝置容量P=2UxI,因而試驗(yàn)設(shè)備容量大大減小,大約為常規(guī)試驗(yàn)設(shè)備容量的1/2,從而使得試驗(yàn)設(shè)備的總重量與體積大大減小,有利于設(shè)備的運(yùn)輸和安裝。3、裝置的應(yīng)用應(yīng)用該裝置對(duì)GIS LW23-252進(jìn)行老練試驗(yàn)和耐壓試驗(yàn)。其設(shè)備接線見(jiàn)圖3,加壓示意圖見(jiàn)圖4,圖4中:Us為出廠試驗(yàn)電壓值Um(395 kV)的80%,即:Us=395×80%=316 kV;U1=(1/2)Um=126 kV;U=U3=72 kV。圖3  變頻諧振試驗(yàn)接線圖圖4  試驗(yàn)加壓示意圖估算被試品

13、的電容量為Cx=3 000 pF,預(yù)選方案采用兩臺(tái)電抗器,兩臺(tái)分壓電容器。預(yù)計(jì)回路總電容量C=4 250 pF;總電感L=400 H,電流I=1.02 A;諧振頻率f=/ (2)=1/(2LC)=122 Hz。試驗(yàn)諧振電壓加到316 kV時(shí),測(cè)得諧振頻率為129Hz,勵(lì)磁變壓器輸出電壓為18 kV,線路電流為0.6A,回路中電流比預(yù)計(jì)的少得多。計(jì)算這時(shí)的品質(zhì)因素Q=316kV/18kV=18,線路損耗總電阻R=18 kV/0.6 A=30 k。因此證明,線路的電暈損耗引起的等效電阻加大。在諧振電抗器與試品旁路電容器上均安裝均壓環(huán),同時(shí)諧振電抗器與試品旁路電容器的連線用鋁箔屏蔽。試驗(yàn)諧振電壓加到316 kV時(shí),測(cè)得諧振頻率129 Hz,線路電流1 A,勵(lì)磁變壓器輸出電壓8kV,這時(shí)的Q=316 kV/8 kV=39,線路損耗總電阻R=8 kV/1 A=8 k,說(shuō)明線路的電暈損耗引起的等效電阻減少,從而大大提高了品質(zhì)因數(shù)Q。經(jīng)過(guò)3次老練試驗(yàn),有效地清除了斷口雜質(zhì)和毛刺,達(dá)到了老練效果。又進(jìn)行了3次耐壓試驗(yàn),加壓過(guò)程中,電壓電流沒(méi)有發(fā)生突變,說(shuō)明試品滿足絕緣強(qiáng)度要求。高壓試驗(yàn)變實(shí)際輸出電壓為:U=8 kV,即通過(guò)較小的容量和較低的變壓器輸出電壓實(shí)現(xiàn)了高壓試驗(yàn)的目的。4、結(jié)語(yǔ)從理論分析和實(shí)際應(yīng)用可知