諧振原理在交流耐壓試驗(yàn)上的靈活運(yùn)用

王洪明華電國(guó)際鄒縣發(fā)電廠

諧振原理在交流耐壓試驗(yàn)上的靈活運(yùn)用

王洪明
華電國(guó)際鄒縣發(fā)電廠

諧振分為串聯(lián)諧振與并聯(lián)諧振兩種，學(xué)會(huì)靈活運(yùn)用兩種諧振原理，對(duì)于交流耐壓試驗(yàn)會(huì)產(chǎn)生很大的方便。

諧振；變頻；品質(zhì)因數(shù)；補(bǔ)償

1 概述

1.1 諧振的分類(lèi)

諧振按照類(lèi)型分為串聯(lián)諧振與并聯(lián)諧振兩種基本類(lèi)型。

1.1.1 串聯(lián)諧振

串聯(lián)諧振也叫電壓諧振，此時(shí)，I=U/R，UL=UC=XLI=wL/R,式中wL/R為諧振電路的品質(zhì)因數(shù)Q，它代表電壓比。由上式可知，電抗越大，電阻越小，則品質(zhì)因數(shù)越高。電容或電感上的電壓值比外加電壓大得多，有時(shí)可以達(dá)到幾十甚至上百倍，所以串聯(lián)諧振又叫電壓諧振。

1.1.2 并聯(lián)諧振

并聯(lián)諧振也叫電流諧振，在RLC并聯(lián)諧振電路內(nèi)，Y=G+j(ωC-)，諧振時(shí)，ω0=此時(shí)，電路總電流I=U/R，為理想補(bǔ)償狀態(tài)。在一般情況下，電路不一定能完全達(dá)到理想的電流諧振，我們只要求其電路總電流在試驗(yàn)儀器允許的電流范圍內(nèi)即可。我們根據(jù)電路確定電流公式為（忽略電路中的電阻）

1.2 交流耐壓試驗(yàn)原理

交流耐壓試驗(yàn)是一項(xiàng)檢驗(yàn)試驗(yàn)對(duì)象耐受過(guò)電壓能力的破壞性試驗(yàn)，其目的是為發(fā)現(xiàn)試品絕緣缺陷。試驗(yàn)電壓越高，其發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷的可能性越高，當(dāng)電壓達(dá)到試品最大耐受電壓值時(shí)，繼續(xù)升壓，試品將被擊穿。本論文只討論兩種耐壓方式：工頻耐壓與變頻耐壓。

2 實(shí)際試驗(yàn)中的問(wèn)題及分析

對(duì)于試品來(lái)說(shuō)，相同耐受電壓下，其對(duì)地電容值越大，由I= WC*U可知，其電容電流越大，對(duì)試驗(yàn)變壓器容量要求越大。當(dāng)試品對(duì)地電容值較高，在《規(guī)程》規(guī)定電壓下其電容電流超過(guò)現(xiàn)有試驗(yàn)變的最大電流時(shí)，試驗(yàn)將無(wú)法進(jìn)行。如何在不降低耐受電壓的情況下將電容電流減小，以小容量試驗(yàn)變或者其他小容量?jī)x器完成大電容設(shè)備的交流耐壓試驗(yàn)，成了我們亟需解決的一項(xiàng)難題。

串聯(lián)諧振法：我們首先考慮串聯(lián)諧振，由上述原理可知，Uc= Q*U。在串聯(lián)諧振中，當(dāng)被試大電容設(shè)備耐受電壓Uc不變時(shí)，Q越大，則電源電壓越小。很小的電源電壓就可以在被試品上產(chǎn)生所需的電壓值，而回路電流由電阻來(lái)決定，與電容量無(wú)關(guān)，因此，這就為解決上述問(wèn)題提供了一條可以解決的途徑。

并聯(lián)諧振法：接下來(lái)考慮并聯(lián)諧振。當(dāng)負(fù)載為容性，若要在電路中實(shí)現(xiàn)電流諧振，需在電路中并入電抗，當(dāng)并入電抗?jié)M足ω0=1/LC時(shí)，電流為零，此為最佳諧振狀態(tài)。在這種情況下，試驗(yàn)變給電路加壓過(guò)程中，總電路電流保持零的狀態(tài)，而試品分支電路中電壓電流值狀態(tài)基本不受影響。也可以解決上述問(wèn)題。

3 解決方案

3.1 串聯(lián)諧振法解決方案

由于所需設(shè)備較為沉重，串聯(lián)諧振法可用來(lái)解決大型設(shè)備比如：發(fā)電機(jī)、封閉母線等大型設(shè)備的交流耐壓。

3.1.1 我們首先要做的就是如何使整個(gè)耐壓電路處于串聯(lián)諧振狀態(tài)，即：w=1/

w=2πf，一般取f=50HZ，當(dāng)設(shè)備電容值C一定時(shí)，在串聯(lián)回路中串入L=的電感即可達(dá)到諧振。而在實(shí)際應(yīng)用中，不可能恰好找到滿足與諧振的電抗器，因此，我們考慮變頻諧振法。頻率在45-55HZ范圍內(nèi)變化，通過(guò)增減電容補(bǔ)償與電感補(bǔ)償來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路的諧振，

3.1.2 我們可以取鄒縣發(fā)電廠四期#8發(fā)電機(jī)交流耐壓試驗(yàn)為例進(jìn)行分析。

（二）補(bǔ)償電容的選擇。

（三）勵(lì)磁變的選擇。

由于四臺(tái)電抗器串并，需兩臺(tái)勵(lì)磁變配合使用。（連接方式采用混連，額定輸出0-2.72kV供52kV以下使用）。

（四）頻率的確定

我們得出L=38.2H，C=263.3nF，則f=50.2HZ。

3.2 并聯(lián)諧振法解決方案

并聯(lián)諧振法一般用來(lái)解決高壓電機(jī)、電纜交流耐壓試驗(yàn)。

3.2.1 在容性負(fù)載電路中并入電抗器，當(dāng)并聯(lián)電路達(dá)到諧振時(shí)（理想狀態(tài)），電路電流為零。由于變頻諧振控制箱與勵(lì)磁變較為沉重，用來(lái)做變頻耐壓試驗(yàn)不方便，我們就要考慮用小型變壓器配套電抗器進(jìn)行大容量設(shè)備試驗(yàn)。鄒縣電廠上千臺(tái)高壓電機(jī)、電纜，若全部滿足工頻諧振，就要保證電抗值可調(diào)。班組僅有兩種型號(hào)電抗器，無(wú)法滿足要求。在這種情況下，就要考慮非諧振狀態(tài)：保證補(bǔ)償電抗在諧振電抗點(diǎn)周?chē)峁┡c總電流方向相反的補(bǔ)償電流，以達(dá)到減小電路總電流的目的。

4 結(jié)束語(yǔ)

串并聯(lián)諧振是電氣工作的一門(mén)基礎(chǔ)。在日常工作中拓展思路，靈活使用串并聯(lián)諧振，并配合多種小型試驗(yàn)儀器，在工作中可以將一項(xiàng)大型工作簡(jiǎn)化，縮短不必要的工作時(shí)間，從而起到化繁就簡(jiǎn)，變難為易的作用。

[1]陳天祥等.電氣試驗(yàn)（第二版）.中國(guó)電力出版社

[2]李景祿等.高壓電氣設(shè)備試驗(yàn)與狀態(tài)診斷.中國(guó)水利水電出版社

（一）電抗器的數(shù)量選擇。

#8發(fā)電機(jī)所需交流耐壓值為40.5kV，現(xiàn)有單臺(tái)額定電壓為23kV，電感38.2H的電抗器一套，我們要選擇兩臺(tái)串聯(lián)分壓。單臺(tái)電抗器額定電流為2A，在串聯(lián)諧振電路中，電容電流與電抗電流相等，因此可大體估算流過(guò)電抗器電流為I=2πfCUc=3.347A，因此，需要兩臺(tái)電抗器并聯(lián)。最終確定需四臺(tái)電抗器：兩串兩并?？傠娍怪禐?8.2H。

王洪明（1984-），男，山東滕州人，本科，工程師，從事電氣試驗(yàn)工作。