諧振在高壓試驗(yàn)中的應(yīng)用探析

李功勛　包遵旺

摘 要：電力系統(tǒng)體制的改革讓電力系統(tǒng)的管理水平提升成為了適應(yīng)市場需求的必要條件，而諧振技術(shù)在高壓實(shí)驗(yàn)當(dāng)中的作用也可以保障電能計(jì)量的有效性。傳統(tǒng)的工頻高壓試驗(yàn)裝置已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代社會的技術(shù)要求，如何將試驗(yàn)效率提升，符合現(xiàn)階段生產(chǎn)狀況的需求，需要在技術(shù)上進(jìn)行進(jìn)一步探究。

關(guān)鍵詞：諧振；高壓實(shí)驗(yàn)；應(yīng)用探析

中圖分類號：TM835.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）32-0098-02

引 言

根據(jù)串聯(lián)諧振裝置模塊一對不同電壓等級與不同電容量的電容式電壓進(jìn)行設(shè)計(jì)，并從中獲取裝置的性能。本文將分析不同諧振的特征，并最終確定諧振裝置，以配置方式的差異來進(jìn)行比較，制定合理的電氣參數(shù)。

1 諧振高壓實(shí)驗(yàn)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的技術(shù)方案下，試驗(yàn)電源和試驗(yàn)設(shè)備的容量需要滿足電容量需求，且通常需要電抗器并聯(lián)補(bǔ)償和過流保護(hù)裝置。如果出現(xiàn)試驗(yàn)品擊穿問題，必然導(dǎo)致回路電容量的變化，高壓試驗(yàn)設(shè)備很能出現(xiàn)損壞，且試驗(yàn)電源也并不能合理匹配電容量的要求。

電路的諧振現(xiàn)象即正弦穩(wěn)態(tài)電路的特殊現(xiàn)象，當(dāng)電路出現(xiàn)諧振，支路電壓與電流會大于端口處的電壓和電流，而諧振升壓也是以此為基礎(chǔ)，利用電路諧振時(shí)的電壓差異來實(shí)現(xiàn)的。此時(shí)，電感與電容的電壓與輸入電壓之間存在Q倍比例關(guān)系，Q值越大，說明電感電壓與電容電壓數(shù)值越大，產(chǎn)生設(shè)備損壞可能性也更高。諧振試驗(yàn)回路的出現(xiàn)可以通過較小的電源容量對較高電壓的試驗(yàn)品進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)回路出現(xiàn)串聯(lián)諧振，回路電流等于勵磁電壓與回路電阻的比值，也說明試驗(yàn)對于電源容量的要求并不高[1]。另外，諧振狀態(tài)的回路具有濾波功能，能夠輸出正常的正弦波形電壓，如果試驗(yàn)品被擊穿，其損壞程度也會因?yàn)殡娏鳒p少和電壓下降而保障試驗(yàn)安全程度。

因此，串聯(lián)諧振技術(shù)在高壓試驗(yàn)中的具體應(yīng)用模式研究具有顯著的現(xiàn)實(shí)意義，并以此為基礎(chǔ)提出一種高效率的高壓試驗(yàn)裝置，為電力生產(chǎn)提供良好的技術(shù)保障。

2 諧振在高壓試驗(yàn)中的應(yīng)用裝置設(shè)置

高壓試驗(yàn)中，電路的串聯(lián)諧振可以通過固定電路參數(shù)來實(shí)現(xiàn)電源頻率的變化，即保障試驗(yàn)回路的容抗與感抗相同。因此，從應(yīng)用模式上來看，即改變下同電容量，讓回路處于諧振狀態(tài)。

2.1 變頻諧振裝置

變頻諧振裝置的特征在于改變了試驗(yàn)電源輸出頻率，讓回路中電抗器與串聯(lián)支路發(fā)振，讓試驗(yàn)品承受高壓。例如圖1所示的試驗(yàn)系統(tǒng)。

此裝置的優(yōu)勢在于可以保障電源容量的穩(wěn)定性，整個(gè)系統(tǒng)的規(guī)模較小，幾乎可以在任何場合下使用。采用電力電子設(shè)備控制可以保障電源頻率在合理的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，試驗(yàn)品容量范圍得到了保障。需要注意的是，如果試驗(yàn)品被擊穿或產(chǎn)生短路，諧振條件會立即被破壞，此時(shí)電壓降低，電流減少，不會大幅影響試驗(yàn)系統(tǒng)。雖然采用的是固定電感，但試驗(yàn)品容量范圍卻有所保障，可以滿足各種電容量設(shè)備的耐壓要求，不過由于體積因素，通常適用于大型電容量試驗(yàn)品的試驗(yàn)過程，如電纜耐壓試驗(yàn)。

2.2 調(diào)容式工頻串聯(lián)諧振

該試驗(yàn)?zāi)Ｊ降奶攸c(diǎn)在于調(diào)節(jié)調(diào)諧電容器，讓試驗(yàn)回路在50Hz的工頻條件下發(fā)生諧振。試驗(yàn)裝置的質(zhì)量較輕，便于在現(xiàn)場進(jìn)行設(shè)備的管理。相比于前文的變頻諧振，該技術(shù)的輸出容量較大，在50Hz工頻電壓的條件下使用諧振電容器進(jìn)行電壓測量，這說明系統(tǒng)不需要使用其它分壓器裝置。結(jié)合串聯(lián)諧振的技術(shù)原理，如果試驗(yàn)品出現(xiàn)被擊穿的情況，那么諧振條件會立即破壞，電壓降低，同樣保障了試驗(yàn)的安全性[2]。

但這一技術(shù)同樣具有局限性。由于調(diào)諧電感的電感量與電容量固定，為了保障容抗數(shù)值與感抗數(shù)值的穩(wěn)定性，只能夠通過組合方式進(jìn)行轉(zhuǎn)變，且諧振頻率固定為50Hz，采用單相供電的模式下對輸入電流值的要求較高。而調(diào)壓器容量不大，對于試驗(yàn)品容量的范圍較低，如果是長距離高壓電纜等設(shè)備的試驗(yàn)，其結(jié)果可能存在一定的誤差。而本實(shí)驗(yàn)裝置產(chǎn)生的是200kV以下的試驗(yàn)電壓，通常用于110kV電壓設(shè)備的情況較多，例如變電站設(shè)備的交流耐壓試驗(yàn)。

2.3 調(diào)感式工頻串聯(lián)諧振

調(diào)感式工頻串聯(lián)諧振是調(diào)節(jié)試驗(yàn)品串聯(lián)電抗器來實(shí)現(xiàn)諧振功能。該裝置耐受電壓范圍水平較高，試驗(yàn)電壓范圍較廣，220kV以下電壓等級的設(shè)備試驗(yàn)均可以采用這一系統(tǒng)，在兩節(jié)電抗器串聯(lián)時(shí)可以承受480kV的電壓。而調(diào)感式工頻串聯(lián)諧振的頻率與調(diào)容式試驗(yàn)裝置相同，保持在50Hz，可以改變與試驗(yàn)品串聯(lián)電抗器電感量來實(shí)現(xiàn)諧振的目的。該系統(tǒng)的最大缺陷在于設(shè)備規(guī)模較大，且調(diào)壓器容量具有一定的限制，具體適用范圍應(yīng)結(jié)合實(shí)際需求決定，一般情況下用于220kV開關(guān)、GIS高電壓等級試驗(yàn)品的試驗(yàn)過程中。

3 高壓試驗(yàn)電源實(shí)現(xiàn)方式

3.1 試驗(yàn)變壓器

在一般的升壓裝置當(dāng)中，工頻高壓是采用高壓試驗(yàn)變壓器來實(shí)現(xiàn)的，但由于試驗(yàn)電源與設(shè)備容量需要滿足電容量需求，試驗(yàn)設(shè)備規(guī)模一般較大，如果對于大型電容量試驗(yàn)品，采用該模式的效率相對較低。例如在室內(nèi)變電站的試驗(yàn)，甚至需要塔吊設(shè)備來進(jìn)行輔助。

3.2 調(diào)感式串聯(lián)諧振

調(diào)感式串聯(lián)諧振是最符合目前試驗(yàn)裝置的需求，它可以在較低的電壓水平下就可以實(shí)現(xiàn)對大容量設(shè)備的升壓工作，所需的電源容量要求也較低，電源只需要提供有功消耗部分即可。相比而言，不僅能減少系統(tǒng)質(zhì)量與體積，還可以快速定位絕緣弱點(diǎn)，即便試驗(yàn)品被擊穿，失去諧振條件，也能立即熄滅電弧，降低高電壓，不會出現(xiàn)恢復(fù)過電壓情況。

例如某220kV電容式電壓互感器的實(shí)驗(yàn)過程中，分別施加額定電壓的80%、100%與110%，每個(gè)測量點(diǎn)誤差測量一次，在滿載狀態(tài)下測量不同電壓百分?jǐn)?shù)的誤差，記錄頻率數(shù)值結(jié)果后，可以獲取檢定時(shí)的一些重要參數(shù)，包括變壓器最大輸入電壓、輸入電流、調(diào)壓器最大輸入電壓、輸入電流和系統(tǒng)頻率、補(bǔ)償電抗和系統(tǒng)Q值等。

4 結(jié) 語

本文首先對串聯(lián)諧振的應(yīng)用情況進(jìn)行了分析，之后探究了諧振在高壓試驗(yàn)中的具體應(yīng)用模式與高壓試驗(yàn)電源實(shí)現(xiàn)方式，結(jié)合監(jiān)測案例實(shí)現(xiàn)了工頻諧振系統(tǒng)的合理配置，結(jié)果表明，串聯(lián)諧振方法可以大幅提升工作效率，保障系統(tǒng)安全性，相比于傳統(tǒng)的升壓試驗(yàn)變壓器升壓，在試驗(yàn)設(shè)備上也具有更好的性能，可以起到降低勞動強(qiáng)度的效果，因而能在今后的相關(guān)工作中推廣使用，為電力系統(tǒng)提供技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)

[1]馬 青，徐建平，趙李江.工頻不完全諧振在高壓試驗(yàn)中的應(yīng)用[J].浙江電力，2010，29（5）：22～24.

[2]馬曉薇，樊培培.諧振在高壓試驗(yàn)中的應(yīng)用分析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（1）：183.

收稿日期：2018-9-20