串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)技術(shù)分析淺談

鄢慶錳

摘要：高電壓、大容量設(shè)備進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)所需的試驗(yàn)設(shè)備容量越來越大，現(xiàn)場試驗(yàn)如果還使用常規(guī)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行很難達(dá)到效果，因此使用諧振耐壓的串聯(lián)裝置可以很好地解決這一問題。該裝置具備設(shè)備體積小、試驗(yàn)電源電壓低、功率小、能夠得到很好的波形電壓的特點(diǎn)，在橡塑電纜、氣體絕緣等高電壓、大容量電力設(shè)備的交流耐壓試驗(yàn)中得到廣泛的應(yīng)用。在長期自身現(xiàn)場實(shí)踐基礎(chǔ)上，我們結(jié)合基建工程串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)現(xiàn)場見證情況的經(jīng)驗(yàn)，對試驗(yàn)中注意事項(xiàng)、關(guān)鍵點(diǎn)控制等方面的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，為今后同類型試驗(yàn)工作的順利開展提供借鑒。

關(guān)鍵詞：呂聯(lián)；諧振；耐壓試驗(yàn)

1串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)的原理

大容量、高電壓被試品的交流耐壓試驗(yàn)運(yùn)用串聯(lián)諧振的特性，將諧振電路通過勵(lì)磁變壓器激發(fā)出來，我們可以將電源的頻率改變，從而使回路中的容抗等于感抗，使回路產(chǎn)生諧振，回路中無功趨于零，此時(shí)回路電流最大，即

XC——回路中容抗，Ω；

XL——回路感抗，Ω；

U——高壓側(cè)勵(lì)磁變壓器輸出電壓，V；

Im——諧振最大電流，A；

R——回路等效電阻（主要是對電抗器而言），Ω。

目前，最常見的是裝置形式是變頻式裝置，該裝置主要通過串聯(lián)諧振，進(jìn)行調(diào)壓調(diào)頻。電路中的容抗、感抗通過改變電壓的頻率得以實(shí)現(xiàn)，在這時(shí)電流也會(huì)隨之產(chǎn)生改變，通過對電源頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得電路串連諧振，回路中沒有無功，這時(shí)候出現(xiàn)的電流是最大的，而且同相位輸入電壓，這時(shí)候一個(gè)高出勵(lì)磁電壓q倍的電壓就出現(xiàn)在電容或者電感兩端。

在諧振回路中，它的品質(zhì)因數(shù)Q值往往可以達(dá)到50～150，其計(jì)算式為式中UL——諧振時(shí)電感兩端電壓，V；

UC——諧振時(shí)電容兩端電壓，V。

2串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)的步驟

想要對GIS進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，就得先保證電流互感器可以實(shí)現(xiàn)可靠接地并且能夠二次短路，并且能夠在主回路完成電阻試驗(yàn)，并保持正常的氣室壓力，實(shí)驗(yàn)之前進(jìn)行微水測量并保證合格，實(shí)驗(yàn)時(shí)要保證各相的外殼和導(dǎo)體都都被加壓。在具體實(shí)驗(yàn)過程中還必須保證在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的母線不能夠接有避雷器、互感器和高壓線路，實(shí)驗(yàn)順序也一定要嚴(yán)格按照以下順序進(jìn)行：

（1）對線路通電開始加壓。發(fā)現(xiàn)有互感器、避雷器和高壓線接在線路上要及時(shí)進(jìn)行甩掉。

（2）凈化老練。主要是為了對GIS內(nèi)的電極毛刺、導(dǎo)電和非導(dǎo)電微粒進(jìn)行清除。

（3）耐壓試驗(yàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)主要是為了驗(yàn)證絕緣性能如何，需要持續(xù)進(jìn)行1分鐘。

3串聯(lián)諧振品質(zhì)因數(shù)Q的分析與控制

從試驗(yàn)原理可知，試驗(yàn)成功與否最關(guān)鍵的一個(gè)原因就是對Q因數(shù)的控制是否到位。在實(shí)驗(yàn)一些電壓超過110kv的設(shè)備包括XLPE和GIS等設(shè)備時(shí)，這一類設(shè)備往往都是大體積、長引線、帶電部位多暴露在空氣中，在實(shí)驗(yàn)中除了對電阻損耗、試品的相關(guān)損耗考慮外，還應(yīng)該考慮電暈損耗以及電纜極化、鐵芯損耗、勵(lì)磁變等眾多因素。在這當(dāng)中，試驗(yàn)品率直接影響著鐵芯損耗，而且會(huì)伴隨著頻率的變化呈現(xiàn)非線性變化。對于試驗(yàn)中的電纜出現(xiàn)的極化損耗以及引線上發(fā)生的電暈損耗都會(huì)隨著試驗(yàn)品率呈現(xiàn)出一種非線性變化，這種變化近似于一種平方關(guān)系。

為了使分析模型看起來更加簡單，我們主要使用引線的電暈損耗、電抗器的電阻損耗和試品電導(dǎo)損耗為依據(jù)進(jìn)行分析回路里產(chǎn)生的有功損耗。

試壓電壓直接影響著電導(dǎo)損耗，而且和電壓的平方成比例關(guān)系，根據(jù)固有公式P=U2/R可知，線路的電導(dǎo)損耗在電壓和電纜一定時(shí)，其值也是一定的。

對于電抗器而言電流能夠影響到其直阻損耗，它們的關(guān)系表示如下：

在式子中，電感量是用L表示，直阻是用RL表示，直阻損耗是用PL表示，試壓電壓是用U表示，電纜容量是用C表示，回路電流是用I表示。

就電纜而言，設(shè)定電纜電容與實(shí)際電壓為固定字號，對于某些情況，如果將并聯(lián)互感器的反應(yīng)器忽略不計(jì)，而相同的等效電容器中電抗器功率的損耗是必然的，這種情況是獨(dú)立存在的。RL/L依然是反應(yīng)器性能評價(jià)的重要指標(biāo)。

綜上所述，就某一特定試品來講，將PC與PL設(shè)置成固定值，只有通過對電暈損失回路的相關(guān)測試才能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)掌控。受測試頻率逐漸上升的影響，質(zhì)量的實(shí)時(shí)掌控隨之呈線性上升趨勢，電暈損耗相應(yīng)的也隨之上升。

根據(jù)空氣起暈場強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)公式起始放電電壓，其中，m為導(dǎo)線光潔系數(shù)、為相對空氣密度，半徑借助r來表示，實(shí)際鏡像距離借助d為來表示。

以下為降低電暈所制定的方案：

（1）減少測試連接，增加測試引線半徑，借助特定的防電暈線盡量采用擴(kuò)徑金屬軟管、對暴露在空氣中的帶電部位進(jìn)行處理；

（2）在實(shí)際操作過程中適當(dāng)使電源與地點(diǎn)的實(shí)際距離變大；

（3）就實(shí)驗(yàn)測試環(huán)境而言，如果是晴天，電壓會(huì)在一定程度上受干燥的天氣的影響。

4 GIS串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)異常情況處理以及原因分析

4.1找不到諧振頻率

就現(xiàn)場測試而言，通常會(huì)呈現(xiàn)出諧振頻率不存在的現(xiàn)象，諧振電路尚未形成是其主要原因，從而不能滿足共振的要求。

在對某變電站220kV GIS進(jìn)行耐壓試驗(yàn)時(shí)以放電的形式呈現(xiàn)。諧振頻率會(huì)出現(xiàn)在放電之前，對于放電之后便不存在諧振頻率。就樣品絕緣性而言，如果實(shí)際測試結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)的測試結(jié)果存在一定的差距，即判定為不合格，經(jīng)過實(shí)際探究可知地理信息系統(tǒng)的盆式絕緣子內(nèi)部設(shè)置有通道空間，實(shí)時(shí)操作過程中電流會(huì)隨之通過，從而導(dǎo)致樣品與地面進(jìn)行實(shí)際接觸尚未形成諧振電路。

4.2試驗(yàn)電壓不能升到所需要數(shù)值

就共振頻率而言，測試電壓仍然沒有達(dá)到所預(yù)期的數(shù)值。在220kV發(fā)電所交流耐壓測試流程中，得知對于存在諧振頻率的情況，測試電壓均不能實(shí)現(xiàn)所預(yù)期的數(shù)值，即184 kV振幅高壓，140kV是實(shí)際操作過程中的高壓數(shù)值。根據(jù)實(shí)際探究調(diào)查可知，就本次測試而言，勵(lì)磁變壓器并不是最佳選擇。

4.3放電情況下故障點(diǎn)的查找

就220kV發(fā)電所而言，220kV GIS交流裝置在實(shí)際耐壓操作流程中，均會(huì)呈現(xiàn)出GIS設(shè)備擊穿現(xiàn)象。在對220kV GIS B相的開關(guān)單元、管母整體對地交流耐壓460kV過程中，耐壓進(jìn)行至7秒時(shí)發(fā)生內(nèi)部擊穿，后經(jīng)檢查退出Ⅲ段母線及#3主變、Ⅰ、Ⅱ回開關(guān)間隔，只帶Ⅰ、Ⅱ段母線及#2主變開關(guān)間隔整體對地；#2主變開關(guān)母聯(lián)開關(guān)斷口交流耐壓460kV一分鐘通過。再次對Ⅲ段母線及#3主變、華竹Ⅰ、Ⅱ回開關(guān)間隔整體進(jìn)行耐壓，電壓升至210kV時(shí)發(fā)生擊穿。經(jīng)檢查，為華竹Ⅰ回開關(guān)間隔4QS33閘與2756甲刀閘之間的絕緣盆對地放電。

5串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)小結(jié)

串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)屬大型試驗(yàn)，現(xiàn)場影響因素較多，因此成功率會(huì)受到影響。必須重視串聯(lián)諧振品質(zhì)因數(shù)Q的控制，對高壓引線盡量采用擴(kuò)徑金屬軟管，并在干燥的天氣情況下進(jìn)行。出現(xiàn)找不到諧振頻率、試驗(yàn)電壓不能升到所需要數(shù)值的情況時(shí)，應(yīng)從檢查諧振回路各元件著手，先查回路內(nèi)原因，再查周圍環(huán)境原因。出現(xiàn)放電情況時(shí)，應(yīng)逐段隔離，分段試驗(yàn)，直至找到故障點(diǎn)為止。此外必須重視現(xiàn)場安裝質(zhì)量的控制，防止粉塵顆粒等異物進(jìn)入。探究分析并匯總現(xiàn)場測驗(yàn)中存在的諸多問題，這將對今后相關(guān)問題的探究調(diào)研提供理論依據(jù)，從而在實(shí)際操作過程中可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并制定與之相對應(yīng)的解決方案。