變頻串聯(lián)諧振試驗裝置原理

1、電氣室 變頻諧振試驗是一種全新的高壓試驗方法，利用電抗器與被試品電容實現(xiàn)串聯(lián)諧振，在被試品上獲得高電壓大電流，是當(dāng)前高電壓試驗的一種新的方法和潮流，在國外已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。變頻諧振試驗適用于大容量、高電壓的電容試品，如發(fā)電機(jī)、大型變壓器、GIS 和高壓交聯(lián)電力電纜等，是用于交接和預(yù)防性試驗的現(xiàn)場試驗裝置。 變頻諧振升壓裝置由調(diào)頻調(diào)壓電源、激勵變壓器、電抗器、電容分壓器和補(bǔ)償電容器組成。被試品的電容與電抗器構(gòu)成串聯(lián)諧振連接方式；分壓器并聯(lián)在被試品上用于測量被試品上的諧振電壓，并作過壓保護(hù)信號；調(diào)頻功率輸出經(jīng)激勵變壓器耦合給串聯(lián)諧振回路，提供串聯(lián)諧振的激勵功率。 下面是幾個裝置的樣品圖片:一、工

2、頻諧振變壓器 1、簡介：工頻諧振升壓系統(tǒng)是在工頻條件下使得電感和被試品電容諧振，產(chǎn)生的是工頻高壓，因此，它適合幾乎所有的交流試驗場合。工頻諧振升壓系統(tǒng)一般采用調(diào)節(jié)電感的感抗的方式在激勵源的作用下使得電抗器和被試品電容諧振，通常稱為調(diào)感式；也可以采用在被試品兩端并聯(lián)電容器的方式改變被試系統(tǒng)的電容量使得在激勵源的作用下與電抗器諧振，通常稱為調(diào)頻式，還可以同時改變電抗器的感抗和被試系統(tǒng)的電容量使得系統(tǒng)達(dá)到諧振狀態(tài)，通常稱為調(diào)干調(diào)容式。調(diào)感式通常采用調(diào)節(jié)鐵心電抗器的氣隙的方式，可以連續(xù)平滑的調(diào)節(jié)感抗值，操作比較方便；而調(diào)容式不但需要笨重的電容，而且電容不能連續(xù)的調(diào)節(jié)，所以不太適合現(xiàn)場操作。 電力系統(tǒng)中

3、，有的類型的試品的的電容量是幾個固定的量，比如說CVT，它只有幾個固定的電容值，有的試品是根據(jù)試品的容量和電壓等級及其他特征而變化的，比如說發(fā)電機(jī)，變壓器，電纜等。因此，工頻諧振大多分為兩類，一類為電抗器電抗值需要連續(xù)可調(diào)節(jié)的，另一種只需要電抗值在幾個固定值之間選選擇的。第一類主要適合發(fā)電機(jī)，第二類主要適合CVT。2、發(fā)電機(jī)用工頻諧振升壓系統(tǒng)1）概述：隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，300MW 及以上大型發(fā)電機(jī)組，已經(jīng)成為我國的主力發(fā)電機(jī)組，600MW的和更大容量的發(fā)電機(jī)組在我國也已有相當(dāng)?shù)臄?shù)量。由于單機(jī)容量的增大，勢必使發(fā)電機(jī)繞組對地電容量也增大。大容量水輪發(fā)電機(jī)的單相對地電容量已達(dá)1.7-2.5F，工

4、頻耐壓試驗時，電容電流達(dá)到25-30A（如三峽發(fā)電機(jī)的電容電流達(dá)36A）。如采用常規(guī)高壓試驗設(shè)備，試驗電源及試驗變壓器、調(diào)壓器等容量高達(dá)數(shù)千個千伏安，不僅設(shè)備笨重，而且也無如此大容量的調(diào)壓設(shè)備，現(xiàn)場試驗電源也很難解決，工作極不方便。 為了滿足大容量電氣設(shè)備試驗需要，采用諧振原理，用可調(diào)激勵電抗與被試設(shè)備對地電容匹配，形成諧振。并聯(lián)諧振時，容性支路和感性支路的電流相等且相位相反，而容量是電源總?cè)萘康腝 倍。串聯(lián)諧振時，試品電壓Vc 和可調(diào)激勵電抗器電壓VL 大小相等相位相反，為激勵電壓的Q 倍。因而試驗電源承擔(dān)的容量，就只是有功分量，即為試品所需容量的1/Q。這樣，調(diào)壓設(shè)備容量，電源容量將大大減

5、小，僅為被試品容量的1/Q 倍。因為試驗所需的電壓只能是工頻電壓，所以只能采用調(diào)節(jié)電抗器電感的方式來調(diào)諧。 請看發(fā)電機(jī)用工頻諧振升壓系統(tǒng)圖例：2、CVT 用工頻諧振升壓系統(tǒng)1）、概述：隨著電力系統(tǒng)電壓等級的不斷增加和電容式電壓互感器（CVT）技術(shù)的不斷成熟，電容式電壓互感器（CVT）得到不斷的推廣。采用傳統(tǒng)的方式對電容式電壓互感器（CVT）進(jìn)行校驗，由于電容式電壓互感器（CVT）的主電容量比較大，一0.0050.02uF，因此，對試驗電源的容量要求就很高，通常為幾十甚至上百千伏安，現(xiàn)場往往難得找到這么大容量的電源，而且，這么大容量的電源重量為幾百公斤甚至上噸級，不易于搬動，不易于現(xiàn)場試驗。因此

6、，能找到一種易于搬動且要求電源容量較低的試驗電源成了電容式電壓互感器（CVT）現(xiàn)場校驗的一種迫切要求， CVT串聯(lián)諧振升壓裝置就是為此而設(shè)計的。 CVT串聯(lián)諧振升壓裝置采用了串聯(lián)諧振的原理，使得所需電源的容量大為降低，而且采用多節(jié)電抗器串聯(lián)的方式，使得現(xiàn)場搬運(yùn)更為方便。 請看CVT 用工頻諧振升壓系統(tǒng)圖例：二、調(diào)頻調(diào)感型諧振升壓系統(tǒng)1、簡介：諧振升壓系統(tǒng)在應(yīng)用過程中，有時需要做工頻試驗，有時又可以進(jìn)行變頻試驗，這就要求諧振升壓系統(tǒng)本身既能工作在變頻狀態(tài)采用改變頻率的方式來調(diào)諧，又能工作在工頻狀態(tài)采用調(diào)感的方式來調(diào)諧，調(diào)頻調(diào)感型諧振升壓系統(tǒng)可以滿足這種需要。我們公司研發(fā)的調(diào)頻調(diào)感型諧振升壓系統(tǒng)控

7、制源采用變頻控制源，其輸出頻率為30300Hz，電抗器采用積木式多節(jié)電抗器，既可以串聯(lián)，又可以并聯(lián)，每節(jié)電抗器電感量單獨(dú)連續(xù)可調(diào)，單臺電抗器重量小于60kg，適合現(xiàn)場搬運(yùn)。2、應(yīng)用舉例1） 發(fā)電廠發(fā)電廠的試品有發(fā)電機(jī)和電纜等。發(fā)電機(jī)是比較昂貴的試品，做交流耐壓試驗的方式比較保守，一般只能采用工頻交流電源。發(fā)電機(jī)電容量比較大，一般采用諧振變壓器對它進(jìn)行交流耐壓試驗。諧振變壓器雖然也是采用的調(diào)感的方式讓電抗器和被試電容諧振產(chǎn)生高壓，但是，諧振變的功率設(shè)計是以試驗變壓器功率設(shè)計為基礎(chǔ)的，因此，諧振變壓器很重，比如一個250kVA/50kV 的諧振變壓器一般為1200kg，容量更大的重量就更重，這樣的

8、設(shè)備很難適合現(xiàn)場使用，所以，很多發(fā)電廠只是在發(fā)電機(jī)安裝時做過交流耐壓試驗，一般的預(yù)試就沒有進(jìn)行交流耐壓試驗，顯然不利于預(yù)防事故。采用本裝置，每件重量小于60kg，對于150kVA的試品容量，兩節(jié)電抗器就可以滿足要求，總重量只有120kg，解決了現(xiàn)場使用的搬運(yùn)問題，而且，它還可以完成對發(fā)電機(jī)周圍電纜的變頻交流耐壓試驗，一套裝置實現(xiàn)了多種用途。2） 10kV 用戶變電站 變電站的試品有變壓器和電纜等。相對來說，電纜屬于低壓大電流試品，而變壓器屬于高壓小電流試品，兩者有一個共同的特點(diǎn)：所需試驗電源的功率大。采用本調(diào)頻調(diào)感型諧振升壓系統(tǒng)，并聯(lián)使用對電纜進(jìn)行試驗，串聯(lián)使用對變壓器進(jìn)行試驗。而且，很多地方

9、沒有規(guī)程支持變壓器的變頻試驗，用本裝置可以通過調(diào)感的方式諧振，使得輸出電壓為工頻高壓，從而滿足規(guī)程的要求。在采用變頻方式對電纜做試驗時，有的地區(qū)采用的頻率范圍比較窄，因此，對于一套變頻諧振升壓系統(tǒng)來說，被試品范圍就比較窄，有的廠家不得不采用增加補(bǔ)償電容的方式來滿足對小電容試品的試驗，采用調(diào)頻調(diào)感方式，可以先調(diào)節(jié)電抗器的電感量，然后再采用調(diào)頻的方式來準(zhǔn)確調(diào)諧，這樣就可以大大增加對被試品電容量的適應(yīng)范圍。調(diào)感型調(diào)感型調(diào)頻型調(diào)頻型調(diào)頻調(diào)感型調(diào)頻調(diào)感型調(diào)諧原理采用調(diào)整電抗器電感的方式使得電抗器感抗與被試容性試品容抗相匹配，達(dá)到諧振狀態(tài)。采用調(diào)整系統(tǒng)工作頻率的方式使得電抗器感抗與被試容性試品容抗相匹配，

10、達(dá)到諧振狀態(tài)。既可以采用調(diào)整電抗器電感的方式使得電抗器感抗與被試容性試品容抗相匹配，達(dá)到諧振狀態(tài)，也可以采用調(diào)整系統(tǒng)工作頻率的方式使得電抗器感抗與被試容性試品容抗相匹配，達(dá)到諧振狀態(tài)，還以同時采用上述兩種方法。4、調(diào)頻調(diào)感諧振與工頻諧振、變頻諧振的比較調(diào)感型調(diào)感型調(diào)頻型調(diào)頻型調(diào)頻調(diào)感型調(diào)頻調(diào)感型調(diào)諧方法一般采用調(diào)節(jié)鐵心電抗的氣隙。分自動型和手動型：自動型可以根據(jù)系統(tǒng)的功率因數(shù)自動的調(diào)整電抗器感抗，使得系統(tǒng)達(dá)到諧振；手動型則是先施加一定的電壓給試品，記下電流值，然后施加相同電壓給電抗器，調(diào)節(jié)電抗器氣隙，使得電流值與前者相同。一般采用調(diào)節(jié)激勵源的頻率。分自動型和手動型：自動型可以根據(jù)系統(tǒng)的功率因數(shù)

11、自動的調(diào)整激勵源頻率，使得系統(tǒng)達(dá)到諧振；手動型則是手動的改變系統(tǒng)的頻率，找出相同激勵電壓下系統(tǒng)輸出高壓最大值的激勵頻率，即為諧振頻率。一般采用調(diào)節(jié)鐵心電抗的氣隙和（或）調(diào)節(jié)激勵源的頻率的方法。單獨(dú)需要調(diào)頻時，與調(diào)頻型相同，只要是要用到調(diào)感時，先接好線，控制源可以自動的計算出試品的電容量，同時也自動的計算出在所需頻率下需要的電抗器感抗值和需要調(diào)節(jié)的氣隙值，斷電后調(diào)整電抗器氣隙到所需要的值即可。調(diào)感型調(diào)感型調(diào)頻型調(diào)頻型調(diào)頻調(diào)感型調(diào)頻調(diào)感型輸出電壓頻率由激勵電源決定。其頻率與激勵電源的頻率一致，激勵電源的頻率為固定頻率，一般為工頻，輸出高壓也為工頻由試品電容量決定。激勵電源的頻率根據(jù)試品電容量的不同而變化，所以輸出高壓的頻率也隨之變化，同時，頻率又得滿足一定的范圍，一般為30300Hz由操作人員決定。當(dāng)需要什么頻率做試驗時，就將激勵源的頻率調(diào)整到需要的頻率，然后根據(jù)被試品的電容量調(diào)節(jié)電抗器的感抗，使系統(tǒng)諧振，產(chǎn)生高壓。適用場合一般為需要做工頻試驗的場合。例如發(fā)電機(jī)、主變壓器等一般為可以采用變頻方式做試驗的場合。例如電纜、GIS等電力系統(tǒng)所有容性試品。既可以是需要做工頻試驗的場合，也可以是能采用變頻方式做試驗的場合調(diào)感型調(diào)感型調(diào)頻型調(diào)頻型調(diào)頻調(diào)感型調(diào)頻調(diào)感型被試電容量范圍由電抗器的電抗值調(diào)節(jié)范圍決定。電抗器的