陸 荃

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙410004）

0 引言

隨著電廠的發(fā)展，大量發(fā)電機(jī)、主變、電纜需要進(jìn)行交流耐壓相關(guān)試驗(yàn)，工頻耐壓時(shí)，龐大笨重的交流耐壓試驗(yàn)設(shè)備的運(yùn)輸、布置和大容量試驗(yàn)電源都會(huì)給現(xiàn)場(chǎng)造成層層困難。為解決此類問(wèn)題，可采用諧振裝置進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，以克服上述矛盾。諧振電路具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（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(gè)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(yàn)所需的電源功率只有試驗(yàn)容量的1/Q。

（2）設(shè)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(diào)壓裝置和普通的大功率工頻試驗(yàn)變壓器，而且，諧振激磁電源只需試驗(yàn)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(yàn)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(duì)試品的誤擊穿。

（4）防止大的短路電流燒傷故障點(diǎn)。在串聯(lián)諧振狀態(tài)，當(dāng)試品的絕緣弱點(diǎn)被擊穿時(shí)，電路立即脫諧，回路電流迅速下降為正常試驗(yàn)電流的1/Q。所以，串聯(lián)諧振能有效的找到絕緣弱點(diǎn)，又不存在大的短路電流燒傷故障點(diǎn)的憂患。

（5）不會(huì)出現(xiàn)任何恢復(fù)過(guò)電壓。試品發(fā)生擊穿時(shí)，因失去諧振條件，高電壓也立即消失，電弧即刻熄滅，且恢復(fù)電壓的再建立過(guò)程很長(zhǎng)，很容易在再次達(dá)到閃絡(luò)電壓前斷開(kāi)電源，這種電壓的恢復(fù)過(guò)程是一種能量積累的間歇振蕩過(guò)程，其過(guò)程長(zhǎng)，而且，不會(huì)出現(xiàn)任何恢復(fù)過(guò)電壓。

1 老化試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

馬跡塘電廠1號(hào)發(fā)電機(jī)于1983年投入運(yùn)行，至今已有33年，作為ELIN公司在我國(guó)投運(yùn)最早，運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的低水頭貫流式機(jī)組，目前需要對(duì)其絕緣系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)測(cè)，以判斷機(jī)組絕緣老化水平。

1.2 發(fā)電機(jī)有關(guān)參數(shù)（表1）

表1 發(fā)電機(jī)參數(shù)

1.3 試驗(yàn)項(xiàng)目及試驗(yàn)方法

1.3.1 整相繞組絕緣測(cè)量及直流耐壓試驗(yàn)

分別施加 5 kV、8 kV、11 kV、15 kV 直流電壓，每個(gè)電壓等級(jí)下從15 s、1 min、到15 min每分鐘讀取并記錄電流、電壓等數(shù)值。每個(gè)電壓等級(jí)試驗(yàn)完成后，必須將試驗(yàn)電壓降到零并短路放電10 min，重新加壓進(jìn)行下一個(gè)電壓等級(jí)試驗(yàn)。

1.3.2局放試驗(yàn)

（1）依圖1接線，進(jìn)行方波校準(zhǔn)。

圖1 局放試驗(yàn)接線圖

（2）不接試品，做背景放電量測(cè)試。

（3）將被試?yán)@組接入，施加電壓分別為0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2倍相電壓，讀取高壓側(cè)電流和電壓值。

1.3.3 介損tgδ（%）及增量Δtgδ（%）的測(cè)量及電容

增加率試驗(yàn)

根據(jù)局放試驗(yàn)中局放起始放電電壓情況確定起始游離電壓U0，按接線圖2接線，按高壓介損設(shè)備操作方法進(jìn)行調(diào)整，然后升壓分別至0.2、0.4、0.5、0.6、0.8、1.0倍相電壓，測(cè)量此時(shí)的介損和電容（期間需要測(cè)量U0時(shí)的介損和電容值）。介損增量?。害gδ= tgδ0.8 Un-tgδ0.2Un（%）依次測(cè)量各相（或分支）繞組的上述介損值和電容值。

圖2 高壓介損設(shè)備測(cè)量介損接線圖

2 試驗(yàn)加壓設(shè)備選型

試驗(yàn)的關(guān)鍵步驟就是加電壓升電流，對(duì)于發(fā)電機(jī)這種大容量設(shè)備，利用普通的試驗(yàn)變壓器升到試驗(yàn)電壓比較困難，用大容量的變壓器，一是設(shè)備龐大笨重，對(duì)設(shè)備的運(yùn)輸、布置都比較麻煩，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。二是大容量試驗(yàn)電源在現(xiàn)場(chǎng)不易取得。馬跡塘1號(hào)發(fā)電機(jī)電容量大約0.6μF，試驗(yàn)電壓為7.3 kV，工頻下需要試驗(yàn)變壓器容量為：

式中：Pn-標(biāo)稱試驗(yàn)變壓器容量（kVA）；k-安全系數(shù)；Un-試驗(yàn)變壓器的額定輸出高壓的有效值（kV）；ω-角頻率，ω=2πf，f為試驗(yàn)電源的頻率；C-被試品的電容量（pF）。

取最小安全系數(shù)k=1需變壓器容量

高壓側(cè)電流：I=Unω C10-9=1.375 A

而馬跡塘所使用的預(yù)試變壓器容量只有5 kVA，高壓側(cè)額定電壓50 kV，高壓側(cè)額定電流0.1 A，如果用常規(guī)試驗(yàn)方法不能滿足試驗(yàn)要求，可以利用諧振電路減小所需試驗(yàn)變壓器容量，達(dá)到試驗(yàn)要求。

3 諧振電路及運(yùn)用

一個(gè)包含有電感和電容的無(wú)源一端口網(wǎng)絡(luò)，其入端阻抗或?qū)Ъ{一般為一復(fù)數(shù)。但在某些特定的電源頻率下，其入端阻抗或?qū)Ъ{的虛部可能變?yōu)榱?，此時(shí)阻抗或?qū)Ъ{呈純電阻特性，使端口電壓與電流成為同相。無(wú)源一端口網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)這種現(xiàn)象時(shí)稱為處于諧振狀態(tài)。下面分別討論串聯(lián)諧振與并聯(lián)諧振現(xiàn)象。

3.1 串聯(lián)諧振

圖3 RLC串聯(lián)電路

圖3為電阻、電感和電容的串聯(lián)電路，當(dāng)外施的正弦電壓角頻率為ω時(shí)，它的入端阻抗為：

由式可見(jiàn)，RLC串聯(lián)電路中感抗ωL與容抗是直接相減的。一般情況下X≠X，即LC則阻抗的虛部X不為零，阻抗角也不為零，此時(shí)端電壓與電流不同相。當(dāng)激勵(lì)電壓的角頻率變化時(shí)，感抗ωL與容抗都發(fā)生變化。當(dāng)時(shí)，電抗電路的入端阻抗Z=R為純電阻。此時(shí)電壓和電流同相位，電路產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。此種電路因?yàn)長(zhǎng)與C是相串聯(lián)的，所以稱為串聯(lián)諧振。電路發(fā)生串聯(lián)諧振的條件為電抗值等于零，即

電路發(fā)生諧振時(shí)的角頻率稱為諧振角頻率，用ωL來(lái)表示

電路諧振頻率為

電路發(fā)生諧振時(shí)，電路的總電抗X=0，但感抗XL與容抗XC本身并不為零，它們的值為

ρ稱為諧振電路的特性阻抗，其單位為Ω。

電路諧振時(shí)，電感電壓等于電容電壓，且二者相位差為180°，故互相抵消。

電阻上的壓降等于外加電壓。電壓與電流的相量圖如圖3所示。

串聯(lián)諧振時(shí)，電路儲(chǔ)存于電感中的磁場(chǎng)能與儲(chǔ)存于電容元件中的電場(chǎng)能之間進(jìn)行能量交換。

3.2 并聯(lián)諧振

除了RLC串聯(lián)諧振電路外，并聯(lián)RLC諧振電路也被廣泛采用。RLC并聯(lián)諧振電路如圖4所示。它的入端導(dǎo)納為

圖4 RLC并聯(lián)電路

由此式可見(jiàn)，當(dāng)選擇L或C的參數(shù)使之滿足并聯(lián)電路的感納與容納相等，即則此時(shí)導(dǎo)納的虛部為零，導(dǎo)納成為純電導(dǎo)，Y=1/R電路入端電壓U與電流I相位相同。這種情況就稱為RLC并聯(lián)電路諧振。由上述可知，并聯(lián)諧振的角頻率為ω0

并聯(lián)諧振的條件是感納與容納相等 BL= BC，或此時(shí)電路入端電流

各元件上電流分別為

各電流相量如圖4所示。并聯(lián)諧振時(shí)，若外加電壓不變，則諧振時(shí)流入的電流最小，此電流等于電阻上流過(guò)的電流。電感上無(wú)功電流LI˙的幅值與電容上無(wú)功電流CI˙的幅值相等，相位差為180°，二者互相抵消，故并聯(lián)諧振又被稱為電流諧振。并聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因數(shù)定義為電路感納（或容納ωC）

0與電導(dǎo)之比，即

品質(zhì)因數(shù)也等于電感電流的幅值（或電容電流的幅值）與流過(guò)電阻的電流幅值之比

由此我們可以得出：串聯(lián)諧振通過(guò)諧振使容性負(fù)載（被試設(shè)備）獲得Q倍高壓的考驗(yàn)。并聯(lián)諧振通過(guò)諧振使容性負(fù)載（被試設(shè)備）獲得Q倍電流的考驗(yàn)；上述Q值皆是諧振回路品質(zhì)因數(shù)，它的高低往往取決于參與諧振的“諧振電抗器”制作水平的高低。一般品質(zhì)因數(shù)可達(dá)到10～30。在整個(gè)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(yàn)所需的電源功率只有試驗(yàn)容量的1/Q。

3.3 諧振電路在試驗(yàn)中的運(yùn)用

馬跡塘1號(hào)機(jī)老化試驗(yàn)中的局放試驗(yàn)，采用串聯(lián)諧振方式，根據(jù)上述串聯(lián)諧振計(jì)算公式得出，用22.7 H和45 H電感器串聯(lián)后和22.7 H電感器并聯(lián)再與被試發(fā)電機(jī)串聯(lián)，額定容量8 kVA輸入電壓0～450 V，輸出電壓0～1.0×3 kV的勵(lì)磁變壓器加壓完成試驗(yàn)。

介損測(cè)量試驗(yàn)中，我們采用并聯(lián)諧振方式，測(cè)量采樣電容為0.5 μF，根據(jù)上述并聯(lián)諧振計(jì)算公式得出，用兩個(gè)18 H電感器并聯(lián)后再與發(fā)電機(jī)并聯(lián)，用額定容量5 kVA，高壓側(cè)額定電壓10 kV，額定電流0.5 A的變壓器加壓完成試驗(yàn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)試驗(yàn)電壓、被試品電容量較大時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行此類試驗(yàn)時(shí)，最合適的辦法是采用串、并聯(lián)諧振變頻試驗(yàn)方法，一方面變頻電源改變?cè)囼?yàn)頻率，最終達(dá)到另一方面在試驗(yàn)回路中串入電抗器產(chǎn)生串聯(lián)諧振來(lái)達(dá)到被試品試驗(yàn)電壓；在被試品回路中并聯(lián)電抗器使試品電容電流大部分由電抗器來(lái)補(bǔ)償，降低對(duì)試驗(yàn)變壓器（勵(lì)磁變壓器）的要求，這樣試驗(yàn)設(shè)備就比較容易滿足試驗(yàn)要求了。

參考文獻(xiàn)：

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