变频串联谐振试验装置原理

交流变频串联谐振试验装置原理及使用电气室徐鹏编辑变频谐振试验是一种全新的高压试验方法，利用电抗器与被试品电容实现串联谐振，在被试品上获得高电压大电流，是当前高电压试验的一种新的方法和潮流，在国外已经得到广泛的应用。变频谐振试验适用于大容量、高电压的电容试品，如发电机、大型变压器、GIS和高压交联电力电缆等，是用于交接和预防性试验的现场试验装置。变频谐振升压装置由调频调压电源、激励变压器、电抗器、电容分压器和补偿电容器组成。被试品的电容与电抗器构成串联谐振连接方式；分压器并联在被试品上用于测量被试品上的谐振电压，并作过压保护信号；调频功率输出经激励变压器耦合给串联谐振回路，提供串联谐振的激励功率。下面是几个装置的样品图片:一、工频谐振变压器1、简介：工频谐振升压系统是在工频条件下使得电感和被试品电容谐振，产生的是工频高压，因此，它适合几乎所有的交流试验场合。工频谐振升压系统一般采用调节电感的感抗的方式在激励源的作用下使得电抗器和被试品电容谐振，通常称为调感式；也可以采用在被试品两端并联电容器的方式改变被试系统的电容量使得在激励源的作用下与电抗器谐振，通常称为调频式，还可以同时改变电抗器的感抗和被试系统的电容量使得系统达到谐振状态，通常称为调干调容式。调感式通常采用调节铁心电抗器的气隙的方式，可以连续平滑的调节感抗值，操作比较方便；而调容式不但需要笨重的电容，而且电容不能连续的调节，所以不太适合现场操作。电力系统中，有的类型的试品的的电容量是几个固定的量，比如说CVT，它只有几个固定的电容值，有的试品是根据试品的容量和电压等级及其他特征而变化的，比如说发电机，变压器，电缆等。因此，工频谐振大多分为两类，一类为电抗器电抗值需要连续可调节的，另一种只需要电抗值在几个固定值之间选选择的。第一类主要适合发电机，第二类主要适合CVT。2、发电机用工频谐振升压系统1）概述：随着电力系统的发展，300MW及以上大型发电机组，已经成为我国的主力发电机组，600MW的和更大容量的发电机组在我国也已有相当的数量。由于单机容量的增大，势必使发电机绕组对地电容量也增大。大容量水轮发电机的单相对地电容量已达1.7-2.5μF，工频耐压试验时，电容电流达到25-30A（如三峡发电机的电容电流达36A）。如采用常规高压试验设备，试验电源及试验变压器、调压器等容量高达数千个千伏安，不仅设备笨重，而且也无如此大容量的调压设备，现场试验电源也很难解决，工作极不方便。为了满足大容量电气设备试验需要，采用谐振原理，用可调激励电抗与被试设备对地电容匹配，形成谐振。并联谐振时，容性支路和感性支路的电流相等且相位相反，而容量是电源总容量的Q倍。串联谐振时，试品电压Vc和可调激励电抗器电压VL大小相等相位相反，为激励电压的Q倍。因而试验电源承担的容量，就只是有功分量，即为试品所需容量的1/Q。这样，调压设备容量，电源容量将大大减小，仅为被试品容量的1/Q倍。因为试验所需的电压只能是工频电压，所以只能采用调节电抗器电感的方式来调谐。请看发电机用工频谐振升压系统图例：2、CVT用工频谐振升压系统1）、概述：随着电力系统电压等级的不断增加和电容式电压互感器（CVT）技术的不断成熟，电容式电压互感器（CVT）得到不断的推广。采用传统的方式对电容式电压互感器（CVT）进行校验，由于电容式电压互感器（CVT）的主电容量比较大，一0.005~0.02uF，因此，对试验电源的容量要求就很高，通常为几十甚至上百千伏安，现场往往难得找到这么大容量的电源，而且，这么大容量的电源重量为几百公斤甚至上吨级，不易于搬动，不易于现场试验。因此，能找到一种易于搬动且要求电源容量较低的试验电源成了电容式电压互感器（CVT）现场校验的一种迫切要求，CVT串联谐振升压装置就是为此而设计的。CVT串联谐振升压装置采用了串联谐振的原理，使得所需电源的容量大为降低，而且采用多节电抗器串联的方式，使得现场搬运更为方便。请看CVT用工频谐振升压系统图例：二、调频调感型谐振升压系统1、简介：谐振升压系统在应用过程中，有时需要做工频试验，有时又可以进行变频试验，这就要求谐振升压系统本身既能工作在变频状态采用改变频率的方式来调谐，又能工作在工频状态采用调感的方式来调谐，调频调感型谐振升压系统可以满足这种需要。我们公司研发的调频调感型谐振升压系统控制源采用变频控制源，其输出频率为30～300Hz，电抗器采用积木式多节电抗器，既可以串联，又可以并联，每节电抗器电感量单独连续可调，单台电抗器重量小于60kg，适合现场搬运。2、应用举例1）发电厂发电厂的试品有发电机和电缆等。发电机是比较昂贵的试品，做交流耐压试验的方式比较保守，一般只能采用工频交流电源。发电机电容量比较大，一般采用谐振变压器对它进行交流耐压试验。谐振变压器虽然也是采用的调感的方式让电抗器和被试电容谐振产生高压，但是，谐振变的功率设计是以试验变压器功率设计为基础的，因此，谐振变压器很重，比如一个250kVA/50kV的谐振变压器一般为1200kg，容量更大的重量就更重，这样的设备很难适合现场使用，所以，很多发电厂只是在发电机安装时做过交流耐压试验，一般的预试就没有进行交流耐压试验，显然不利于预防事故。采用本装置，每件重量小于60kg，对于150kVA的试品容量，两节电抗器就可以满足要求，总重量只有120kg，解决了现场使用的搬运问题，而且，它还可以完成对发电机周围电缆的变频交流耐压试验，一套装置实现了多种用途。2）10kV用户变电站变电站的试品有变压器和电缆等。相对来说，电缆属于低压大电流试品，而变压器属于高压小电流试品，两者有一个共同的特点：所需试验电源的功率大。采用本调频调感型谐振升压系统，并联使用对电缆进行试验，串联使用对变压器进行试验。而且，很多地方没有规程支持变压器的变频试验，用本装置可以通过调感的方式谐振，使得输出电压为工频高压，从而满足规程的要求。在采用变频方式对电缆做试验时，有的地区采用的频率范围比较窄，因此，对于一套变频谐振升压系统来说，被试品范围就比较窄，有的厂家不得不采用增加补偿电容的方式来满足对小电容试品的试验，采用调频调感方式，可以先调节电抗器的电感量，然后再采用调频的方式来准确调谐，这样就可以大大增加对被试品电容量的适应范围。调感型调频型调频调感型调谐原理采用调整电抗器电感的方式使得电抗器感抗与被试容性试品容抗相匹配，达到谐振状态。采用调整系统工作频率的方式使得电抗器感抗与被试容性试品容抗相匹配，达到谐振状态。既可以采用调整电抗器电感的方式使得电抗器感抗与被试容性试品容抗相匹配，达到谐振状态，也可以采用调整系统工作频率的方式使得电抗器感抗与被试容性试品容抗相匹配，达到谐振状态，还以同时采用上述两种方法。4、调频调感谐振与工频谐振、变频谐振的比较调感型调频型调频调感型调谐方法一般采用调节铁心电抗的气隙。分自动型和手动型：自动型可以根据系统的功率因数自动的调整电抗器感抗，使得系统达到谐振；手动型则是先施加一定的电压给试品，记下电流值，然后施加相同电压给电抗器，调节电抗器气隙，使得电流值与前者相同。一般采用调节激励源的频率。分自动型和手动型：自动型可以根据系统的功率因数自动的调整激励源频率，使得系统达到谐振；手动型则是手动的改变系统的频率，找出相同激励电压下系统输出高压最大值的激励频率，即为谐振频率。一般采用调节铁心电抗的气隙和（或）调节激励源的频率的方法。单独需要调频时，与调频型相同，只要是要用到调感时，先接好线，控制源可以自动的计算出试品的电容量，同时也自动的计算出在所需频率下需要的电抗器感抗值和需要调节的气隙值，断电后调整电抗器气隙到所需要的值即可。调感型调频型调频调感型输出电压频率由激励电源决定。其频率与激励电源的频率一致，激励电源的频率为固定频率，一般为工频，输出高压也为工频由试品电容量决定。激励电源的频率根据试品电容量的不同而变化，所以输出高压的频率也随之变化，同时，频率又得满足一定的范围，一般为30～300Hz由操作人员决定。当需要什么频率做试验时，就将激励源的频率调整到需要的频率，然后根据被试品的电容量调节电抗器的感抗，使系统谐振，产生高压。适用场合一般为需要做工频试验的场合。例如发电机、主变压器等一般为可以采用变频方式做试验的场合。例如电缆、GIS等电力系统所有容性试品。既可以是需要做工频试验的场合，也可以是能采用变频方式做试验的场合调感型调频型调频调感型被试电容量范围由电抗器的电抗值调节范围决定。电抗器的电抗值有效调节范围一般为15倍，所以，被试品电容量的变化范围也一般为15倍。由激励源的频率调节范围和当地规程决定。被试品电容量的变化范围为频率允许调节范围平方倍。单独采用调感或者调感方式时，与调感型或者调频型相同。同时采用调频调感方式时，其被试品电容量的变化范围为电抗值调节范围和频率调节范围两者乘积。输出波形正弦波波形畸变率1%正弦波波形畸变率1%正弦波波形畸变率1%