变频串联谐振

变频串联谐振

产品概述

变频谐振试验成套装置广泛应用于电力、冶金、石油、化工等行业，适用于大容量、高电压的电容性试品, 该装置主要针对交接试验和预防性试验 如发电机、电力变压器主变、GIS和交联动力电缆、母线、互感器、套管等的交流耐压试验，具有较宽的适用范围，是各地、市、县级高压试验部门及电力安装、修试工程单位理想的耐压设备。

该装置主要由变频电源、激励变压器、电抗器、电容分压器组成。

（一）串联谐振在电力系统中应用的优点：

1、所需电源容量大大减小。串联谐振电源是利用谐振电抗器和被试品电容谐振产生高电压和大电流的，在整个系统中，电源只需要提供系统中有功消耗的部分，因此，试验所需的电源功率只有试验容量的1/Q。

2、设备的重量和体积大大减少。串联谐振电源中，不但省去了笨重的大功率调压装置和普通的大功率工频试验变压器，而且，谐振激磁电源只需试验容量的1/Q，使得系统重量和体积大大减少，一般为普通试验装置的1/10-1/30。

3、改善输出电压的波形。谐振电源是谐振式滤波电路，能改善输出电压的波形畸变，获得很好的正弦波形，有效的防止了谐波峰值对试品的误击穿。

4、防止大的短路电流烧伤故障点。在串联谐振状态，当试品的绝缘弱点被击穿时，电路立即脱谐，回路电流迅速下降为正常试验电流的1/Q。而并联谐振或者试验变压器方式做耐压试验时，击穿电流立即上升几十倍，两者相比，短路电流与击穿电流相差数百倍。所以，串联谐振能有效的找到绝缘弱点，又不存在大的短路电流烧伤故障点的忧患。

5、不会出现任何恢复过电压。试品发生击穿时，因失去谐振条件，高电压也立即消失，电弧即刻熄灭，且恢复电压的再建立过程很长，很容易在再次达到闪络电压前断开电源，这种电压的恢复过程是一种能量积累的间歇振荡过程，其过程长，而且，不会出现任何恢复过电压。

（二）调频谐振装置主要功能及其技术特点：

1、装置具有过压、过流、零位启动、系统失谐（闪络）等保护功能，过压过流保护值可以根据用户需要整定，试品闪落时闪落保护动作并能记下闪络电压值，以供试验分析。

2、整个装置单件重量很轻，便于现场使用。

3、装置具有三种工作模式，方便用户根据现场情况灵活选择，提高试验速度。

工作模式为：全自动模式、手动模式、自动调谐手动升压模式、

4、能存储，存入的数据编号是数字，方便的帮助用户识别和查找。

5、装置自动扫频时频率起点可以在规定范围内任意设定，扫频方向可以向上、向下选择，同时液晶大屏幕显示扫描曲线，方便使用者直观了解是否找到谐振点。

6、采用了DSP平台新技术，可以方便的根据用户需要增减功能和升级，也使得人机交换界面更为人性化。

第二章  变频谐振试验装置主要技术参数

（一）变频谐振试验装置

1、输出电压波形畸变率：≤1.0％

2、允许连续工作时间：额定条件下一次性工作60min；过压1.1倍1min；

3、装置自身品质因数：Q≥30（f=45Hz）

4、火力发电机试验时满负荷下品质因数：Q>10（与负载相关）

5、电缆试验时满负荷下品质因数：Q>30（与负载相关）

6、主变压器试验满负荷时品质因数：Q>30（与负载相关）

7、GIS，开关等试验满负荷时品质因数：Q>50（与负载相关）

8、输入电源：单相220V或380V

9、频率调节范围：30Hz～300Hz

10、系统测量精度：1.5％

11、装置具有过压、过流、零位启动等保护功能

（二）设备遵循标准

《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》    GB50150-2006

《高压谐振试验装置》                DL/T 849.6—2004

《电抗器》                          GB10229.88

《电力设备预防性试验规程》                 DL/T596-1996

《耦合电容器和电容分压器》                 IEC358(1990)

 变频谐振工作原理

（一）串联谐振的产生

谐振是由 R、L、C 元件组成的电路在一定条件下发生的一种特殊现象。首先，我们来分析 R、L、C 串联电路发生谐振的条件和谐振时电路的特性。图 1 所示 R、L、C 串联电路，在正弦电压 U 作用下，其复阻抗：

式中电抗 X＝XL—Xc 是角频率ω的函数，X 随ω变化的情况如图

2 所示。当ω从零开始向∞变化时，X 从﹣∞向﹢∞变化，在ω＜ω0

时、X＜0，电路为容性；在ω＞ω0时，X＞0，电路为感性；在ω＝

ω0时

此时电路阻抗 Z(ω0)＝R 为纯电阻。电压和电流同相，我们将电路此时的工作状态称为谐振。由于这种谐振发生在 R、L、C 串联电路中，所以又称为串联谐振。式 1 就是串联电路发生谐振的条件。由此式可求得谐振角频率ω0如下：

谐振频率为

由此可知，串联电路的谐振频率是由电路自身参数 L、C 决定的。与外部条件无关，故又称电路的固有频率。当电源频率一定时，可以调节电路参数 L 或 C，使电路固有频率与电源频率一致而发生谐振；在电路参数一定时，可以改变电源频率使之与电路固有频率一致而发生谐振。

（二）串联谐振的品质因数

串联电路谐振时，其电抗 X(ω0)＝0，所以电路的复阻抗

Z ω0 = R

呈现为一个纯电阻，而且阻抗为小值。谐振时，虽然电抗 X＝ XL—Xc=0，但感抗与容抗均不为零，只是二者相等。我们称谐振时的感抗或容抗为串联谐振电路的特性阻抗，记为ρ，即

ρ的单位为欧姆，它是一个由电路参数 L、C 决定的量，与频率无关。

工程上常用特性阻抗与电阻的比值来表征谐振电路的性能，并称此比值为串联电路的品质因数，用 Q 表示，即

品质因数又称共振系数，有时简称为 Q 值。它是由电路参数 R、L、C 共同决定的一个无量纲的量。

（三）串联谐振时的电压关系

谐振时各元件的电压分别为

即谐振时电感电压和电容电压有效值相等，均为外施电压的 Q 倍，但电感电压超前外施电压 90°，电容电压滞后外施电压 90°，总的电抗电压为 0。在电路 Q 值较高时，电感电压和电容电压的数值都将远大于外施电压的值，所以串联谐振又称电压谐振。常见的试品如变压器、GIS 系统、SF6 断路器、电流互感器、电力电缆、套管等均为容性，系统配备的电抗器为感性，试验时先通过调节变频电源的输出频率使回路发生串联谐振，再在回路谐振的条件

下调节变频电源输出电压使试品电压达到试验值。由于回路的谐振，变频电源较小的输出电压就可在试品上产生较高的试验电压。在实际现场应用中试品上的高压电压和低压电压遵循以下公式：

U 试 = QU 激

其中：U 试为高压谐振试验电压，Q 为系统串联谐振的品质因数，U 激为激励变压器输出电压。例如：假设系统串联谐振的品质因数 Q 为 30，激励变压器选择16kV 的抽头，激励变压器额定输入电压为 400V，如果激励变压器输

入电压为 100V 时，高压电压计算步骤如下：

①计算激励变压器变比

激励变压器变比 N=激励变压器所选抽头电压/输入额定电压

即：N=16kV/400V=16000/400=40

②计算激励变压器输出电压

激励变压器输出电压=激励变压器输入电压*激励变压器变比

即：U 激=100V*40=4kV

③计算高压谐振试验电压

高压谐振试验电压=激励变压器输出电压*系统品质因数

注：1、本装置中参数按国家电力试验规程中交接试验电压标准计算
   2、交联电缆的电容值10KV电缆按每公里0.4μF计算；35KV、110KV、220KV电缆平均按每公里0.2μF计算。大于或小于此电容值的，电容电流有所增大或减小