變頻串聯(lián)諧振

變頻串聯(lián)諧振

產(chǎn)品概述

變頻諧振試驗(yàn)成套裝置廣泛應(yīng)用于電力、冶金、石油、化工等行業(yè)，適用于大容量、高電壓的電容性試品, 該裝置主要針對(duì)交接試驗(yàn)和預(yù)防性試驗(yàn) 如發(fā)電機(jī)、電力變壓器主變、GIS和交聯(lián)動(dòng)力電纜、母線、互感器、套管等的交流耐壓試驗(yàn)，具有較寬的適用范圍，是各地、市、縣級(jí)高壓試驗(yàn)部門及電力安裝、修試工程單位理想的耐壓設(shè)備。

該裝置主要由變頻電源、激勵(lì)變壓器、電抗器、電容分壓器組成。

（一）串聯(lián)諧振在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的優(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。而并聯(lián)諧振或者試驗(yàn)變壓器方式做耐壓試驗(yàn)時(shí)，擊穿電流立即上升幾十倍，兩者相比，短路電流與擊穿電流相差數(shù)百倍。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)電壓的再建立過程很長(zhǎng)，很容易在再次達(dá)到閃絡(luò)電壓前斷開電源，這種電壓的恢復(fù)過程是一種能量積累的間歇振蕩過程，其過程長(zhǎng)，而且，不會(huì)出現(xiàn)任何恢復(fù)過電壓。

（二）調(diào)頻諧振裝置主要功能及其技術(shù)特點(diǎn)：

1、裝置具有過壓、過流、零位啟動(dòng)、系統(tǒng)失諧（閃絡(luò)）等保護(hù)功能，過壓過流保護(hù)值可以根據(jù)用戶需要整定，試品閃落時(shí)閃落保護(hù)動(dòng)作并能記下閃絡(luò)電壓值，以供試驗(yàn)分析。

2、整個(gè)裝置單件重量很輕，便于現(xiàn)場(chǎng)使用。

3、裝置具有三種工作模式，方便用戶根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況靈活選擇，提高試驗(yàn)速度。

工作模式為：全自動(dòng)模式、手動(dòng)模式、自動(dòng)調(diào)諧手動(dòng)升壓模式、

4、能存儲(chǔ)，存入的數(shù)據(jù)編號(hào)是數(shù)字，方便的幫助用戶識(shí)別和查找。

5、裝置自動(dòng)掃頻時(shí)頻率起點(diǎn)可以在規(guī)定范圍內(nèi)任意設(shè)定，掃頻方向可以向上、向下選擇，同時(shí)液晶大屏幕顯示掃描曲線，方便使用者直觀了解是否找到諧振點(diǎn)。

6、采用了DSP平臺(tái)新技術(shù)，可以方便的根據(jù)用戶需要增減功能和升級(jí)，也使得人機(jī)交換界面更為人性化。

第二章  變頻諧振試驗(yàn)裝置主要技術(shù)參數(shù)

（一）變頻諧振試驗(yàn)裝置

1、輸出電壓波形畸變率：≤1.0％

2、允許連續(xù)工作時(shí)間：額定條件下一次性工作60min；過壓1.1倍1min；

3、裝置自身品質(zhì)因數(shù)：Q≥30（f=45Hz）

4、火力發(fā)電機(jī)試驗(yàn)時(shí)滿負(fù)荷下品質(zhì)因數(shù)：Q>10（與負(fù)載相關(guān)）

5、電纜試驗(yàn)時(shí)滿負(fù)荷下品質(zhì)因數(shù)：Q>30（與負(fù)載相關(guān)）

6、主變壓器試驗(yàn)滿負(fù)荷時(shí)品質(zhì)因數(shù)：Q>30（與負(fù)載相關(guān)）

7、GIS，開關(guān)等試驗(yàn)滿負(fù)荷時(shí)品質(zhì)因數(shù)：Q>50（與負(fù)載相關(guān)）

8、輸入電源：?jiǎn)蜗?20V或380V

9、頻率調(diào)節(jié)范圍：30Hz～300Hz

10、系統(tǒng)測(cè)量精度：1.5％

11、裝置具有過壓、過流、零位啟動(dòng)等保護(hù)功能

（二）設(shè)備遵循標(biāo)準(zhǔn)

《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》    GB50150-2006

《高壓諧振試驗(yàn)裝置》                DL/T 849.6—2004

《電抗器》                          GB10229.88

《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》                 DL/T596-1996

《耦合電容器和電容分壓器》                 IEC358(1990)

 變頻諧振工作原理

（一）串聯(lián)諧振的產(chǎn)生

諧振是由 R、L、C 元件組成的電路在一定條件下發(fā)生的一種特殊現(xiàn)象。首先，我們來分析 R、L、C 串聯(lián)電路發(fā)生諧振的條件和諧振時(shí)電路的特性。圖 1 所示 R、L、C 串聯(lián)電路，在正弦電壓 U 作用下，其復(fù)阻抗：

式中電抗 X＝XL—Xc 是角頻率ω的函數(shù)，X 隨ω變化的情況如圖

2 所示。當(dāng)ω從零開始向∞變化時(shí)，X 從﹣∞向﹢∞變化，在ω＜ω0

時(shí)、X＜0，電路為容性；在ω＞ω0時(shí)，X＞0，電路為感性；在ω＝

ω0時(shí)

此時(shí)電路阻抗 Z(ω0)＝R 為純電阻。電壓和電流同相，我們將電路此時(shí)的工作狀態(tài)稱為諧振。由于這種諧振發(fā)生在 R、L、C 串聯(lián)電路中，所以又稱為串聯(lián)諧振。式 1 就是串聯(lián)電路發(fā)生諧振的條件。由此式可求得諧振角頻率ω0如下：

諧振頻率為

由此可知，串聯(lián)電路的諧振頻率是由電路自身參數(shù) L、C 決定的。與外部條件無關(guān)，故又稱電路的固有頻率。當(dāng)電源頻率一定時(shí)，可以調(diào)節(jié)電路參數(shù) L 或 C，使電路固有頻率與電源頻率一致而發(fā)生諧振；在電路參數(shù)一定時(shí)，可以改變電源頻率使之與電路固有頻率一致而發(fā)生諧振。

（二）串聯(lián)諧振的品質(zhì)因數(shù)

串聯(lián)電路諧振時(shí)，其電抗 X(ω0)＝0，所以電路的復(fù)阻抗

Z ω0 = R

呈現(xiàn)為一個(gè)純電阻，而且阻抗為小值。諧振時(shí)，雖然電抗 X＝ XL—Xc=0，但感抗與容抗均不為零，只是二者相等。我們稱諧振時(shí)的感抗或容抗為串聯(lián)諧振電路的特性阻抗，記為ρ，即

ρ的單位為歐姆，它是一個(gè)由電路參數(shù) L、C 決定的量，與頻率無關(guān)。

工程上常用特性阻抗與電阻的比值來表征諧振電路的性能，并稱此比值為串聯(lián)電路的品質(zhì)因數(shù)，用 Q 表示，即

品質(zhì)因數(shù)又稱共振系數(shù)，有時(shí)簡(jiǎn)稱為 Q 值。它是由電路參數(shù) R、L、C 共同決定的一個(gè)無量綱的量。

（三）串聯(lián)諧振時(shí)的電壓關(guān)系

諧振時(shí)各元件的電壓分別為

即諧振時(shí)電感電壓和電容電壓有效值相等，均為外施電壓的 Q 倍，但電感電壓超前外施電壓 90°，電容電壓滯后外施電壓 90°，總的電抗電壓為 0。在電路 Q 值較高時(shí)，電感電壓和電容電壓的數(shù)值都將遠(yuǎn)大于外施電壓的值，所以串聯(lián)諧振又稱電壓諧振。常見的試品如變壓器、GIS 系統(tǒng)、SF6 斷路器、電流互感器、電力電纜、套管等均為容性，系統(tǒng)配備的電抗器為感性，試驗(yàn)時(shí)先通過調(diào)節(jié)變頻電源的輸出頻率使回路發(fā)生串聯(lián)諧振，再在回路諧振的條件

下調(diào)節(jié)變頻電源輸出電壓使試品電壓達(dá)到試驗(yàn)值。由于回路的諧振，變頻電源較小的輸出電壓就可在試品上產(chǎn)生較高的試驗(yàn)電壓。在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中試品上的高壓電壓和低壓電壓遵循以下公式：

U 試 = QU 激

其中：U 試為高壓諧振試驗(yàn)電壓，Q 為系統(tǒng)串聯(lián)諧振的品質(zhì)因數(shù)，U 激為激勵(lì)變壓器輸出電壓。例如：假設(shè)系統(tǒng)串聯(lián)諧振的品質(zhì)因數(shù) Q 為 30，激勵(lì)變壓器選擇16kV 的抽頭，激勵(lì)變壓器額定輸入電壓為 400V，如果激勵(lì)變壓器輸

入電壓為 100V 時(shí)，高壓電壓計(jì)算步驟如下：

①計(jì)算激勵(lì)變壓器變比

激勵(lì)變壓器變比 N=激勵(lì)變壓器所選抽頭電壓/輸入額定電壓

即：N=16kV/400V=16000/400=40

②計(jì)算激勵(lì)變壓器輸出電壓

激勵(lì)變壓器輸出電壓=激勵(lì)變壓器輸入電壓*激勵(lì)變壓器變比

即：U 激=100V*40=4kV

③計(jì)算高壓諧振試驗(yàn)電壓

高壓諧振試驗(yàn)電壓=激勵(lì)變壓器輸出電壓*系統(tǒng)品質(zhì)因數(shù)

注：1、本裝置中參數(shù)按國(guó)家電力試驗(yàn)規(guī)程中交接試驗(yàn)電壓標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算
   2、交聯(lián)電纜的電容值10KV電纜按每公里0.4μF計(jì)算；35KV、110KV、220KV電纜平均按每公里0.2μF計(jì)算。大于或小于此電容值的，電容電流有所增大或減小