串联谐振在电力工程系统的广泛高效的应用
按照电气设备交接试验要求,变压器、GIS系统、SF6断路器、电流互感器、电力电缆、套管等容性设备交接时需进行交流耐压试验。采用传统的工频电压试验法进行容性设备交流耐压试验时,升压试验变压器笨重、庞大,且现场大电流试验电源不易取得。与传统试验方法相比较,变频串联谐振具有输入电源容量小、设备重量轻,品质因数高,并具有自动调谐、多重保护、组合方式灵活等优点。
串联谐振原理分析
在电阻、电感及电容所组成的串联电路中,当容抗与感抗相等时,电路中的电压与电流相位相同,电路呈现纯电阻性,此即为串联谐振。当电路发生串联谐振时,电路的阻抗Z=R,此时回路总阻抗值*小,回路电流*大值。
电路谐振时阻抗值*小,当端口电压一定时,电路电流将达到*大值,且该值的大小仅与电阻的阻值有关而与电感和电容无关。谐振时电感电压与电容电压数值相等、相位相反,为总电压的Q倍,即。RLC串联电路的电流是电源频率的函数,在电路的电感L、电容C和电源电压US不变的情况下,不同的R值得到不同的Q值。
为了研究电路参数对谐振特性的影响,通常采用通用谐振曲线,为串联谐振电路的通用谐振曲线。通用谐振曲线的形状只与Q值有关,且曲线形状越尖锐,电路的选频性能越好。幅值大于峰值的0.707倍所对应的频率范围为通带宽,理论推导可得,由该式可知通带宽与品质因数成反比。
变频串联谐振的工程应用分析
变频串联谐振其谐振频率,其中L为电抗器的电感值,如有几个电抗器串并联使用应考虑互感的影响;C为被试品及分压电容器的和,现场可以用电桥或介损仪进行实际测量获得。高压电流I=2πfCU,由被试品的电气参数和出厂耐压试验值,可确定现场的耐压试验电压U;有功功率P=1.2(P0+PK),其中P0为励磁变空载损耗,PK为电抗器额定有功损耗。
在现场试验中,通常采用16mm2以上的裸铜线接地,裸铜线其寄生电感在μH数量级,约0.1-1μH/m,直流电阻约0.1mΩ,如果接地线有弯曲环绕现象,电感量可增加到10-1000μH/m。试品绝缘通常在交流电压的正峰值或负峰值被击穿,试品被击穿瞬间试品上的电压*高,击穿后试品上的电压跌落到零的时间一般在0.1-10μs之间,具体情况与击穿点的实际情况有关。从放电能量上看,即使放电时,试品的*小电容量只有0.002μF,实际试验时试品电容量远大于该值。如以放电时频率为100kHz、地线寄生电感为1μH、放电电流为1000A计算,地线的寄生感抗XL==0.628Ω,地线可能产生的过电压Ud=If,XL=1000×0.628=628V。如果地线连接不规范,寄生电感就会增大很多,产生的过电压可能更大,可危及变频电源及人身**。所以高压试验系统必须一点可靠接地,分压器的接地点与大地的连接线应尽量短,接地线应粗、直、短,从而保证试验**。
变频串联谐振在工程中的应用范例分析
以某变电站220kV GIS导体对外壳耐压试验为例,产品出厂试验电压导体对地为460kV,现场交接试验电压值为出厂试验的80%,即368kV。试验设备采用变频式串联谐振耐压试验装置,试验按电气设备交接试验标准和规程进行。试验时GIS设备所有气室均充额定压力SF6气体且微水测量合格,架空线、电力变压器、避雷器和保护间隙与GIS隔离开。导体对外壳耐压加压试验时,220kV GIS试验电压由#1主变220kV侧套管处施加,每次一相,其他两相与接地的外壳短接。
为进行GIS导体对外壳交流耐压试验,试验前先用介损仪在该变#1主变220kV侧测得各相对地电容,并根据被试设备电容量估算所需电感以及试验电流及容量,各相对地电容量。根据理论计算进行准备试验工作,现场试验实际谐振频率为73.8Hz,试验过程中未发生设备部件的闪络、放电,且试验前后试品绝缘无明显变化,设备顺利通过交流耐压试验。