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1、交流變頻串聯(lián)諧振試驗裝置原理及使用 電氣室徐鵬編輯 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) 場試驗裝臵。 變頻諧振升壓裝臵由調(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

2、器耦合給串聯(lián)諧振回路，提供 串聯(lián)諧振的激勵功率。 下面是幾個裝臵的樣品圖片 : 一、工頻諧振變壓器 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，

3、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，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， 6

4、00MW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- 2.5 F，工頻耐壓試驗時，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?Q

5、 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

6、 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， 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 臵就是為此而設(shè)計的。 CVT串聯(lián)諧振升壓裝臵采用了串聯(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)

7、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)控制源采用變頻控制源，其輸 出頻率為 30 300Hz，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

8、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 裝臵，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)

9、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 裝臵實現(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： 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 沒有規(guī)程支持變壓器的變頻試驗，用本裝臵可以通過調(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

10、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)頻型 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，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)

11、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)頻型 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)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

12、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)頻型 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

13、變 化，同時，頻率又得 滿足一定的范圍，一 般為 30 300Hz 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)頻型 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 的電抗值有效調(diào)節(jié) 范圍一般為 15 倍， 所以，被試品電容 量的變化范圍也一 般為 15 倍。 由激勵源的頻率調(diào)節(jié) 范圍和當(dāng)?shù)匾?guī)程決定。 被試品電容量的變化 范圍為頻率允許調(diào)節(jié) 范圍平方倍。 單獨采用調(diào)感或者調(diào) 感方式時，與調(diào)感型 或者調(diào)頻型相同。同 時采用調(diào)頻調(diào)感方式 時，其被試品電容量 的變化范圍為電抗值 調(diào)節(jié)范圍和頻率調(diào)節(jié) 范圍兩者乘積。 輸出波形 正弦波 波形畸變率 <1% 正弦波 波形畸變率 <1% 正弦波 波形畸變率 <1%