諧振在高壓試驗(yàn)中的應(yīng)用

王朝剛，鄭會平

（1.國網(wǎng)河南省電力公司檢修公司，河南 鄭州 450006；2.國網(wǎng)河南省電力公司鄭州供電公司，河南 鄭州 450006）

0 引 言

檢測電氣設(shè)備的絕緣強(qiáng)度時可以運(yùn)用交流耐壓的方式進(jìn)行，這決定著電氣設(shè)備的投入使用情況。隨著電力系統(tǒng)壓力的增加，運(yùn)用交流耐壓試驗(yàn)十分必要，可以提高電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中的安全性。它的現(xiàn)場試驗(yàn)難度較大，交流耐壓試驗(yàn)可以通過諧振法進(jìn)行。

1 諧振裝置的優(yōu)點(diǎn)和注意事項(xiàng)

1.1 諧振裝置的優(yōu)點(diǎn)

高壓試驗(yàn)中，諧振成套試驗(yàn)裝置可以滿足其現(xiàn)場試驗(yàn)高壓系統(tǒng)的要求，因?yàn)槠湓囼?yàn)電源容量小，大大減小了對現(xiàn)場試驗(yàn)的制約。此外，它的試驗(yàn)接線方便，通過簡單的操作大大縮短了試驗(yàn)時間，且運(yùn)輸和現(xiàn)場安裝也非常方便。電抗器是多級或疊積式結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)裝置體積小，安全性和可靠性較高，頻率輸出穩(wěn)定性好。因?yàn)樽冾l裝置運(yùn)用IGBT和驅(qū)動回路，使得輸出的波形失真度小。諧振可以提高設(shè)備和人身的安全性，具有IGBT、過電流、過電壓和放電保護(hù)的作用。如果耐壓過程中發(fā)生擊穿現(xiàn)象，電源的輸出電流會自動減小。因?yàn)槠潆娐肥チ酥C振條件，降低了試品兩端的電壓，放電能量小，沒有過電壓的產(chǎn)生，降低了對試驗(yàn)裝置和試品帶來的影響。高壓試驗(yàn)中的等效性較好，試驗(yàn)電源的交流電壓工頻為30～300 Hz，與50 Hz/60 Hz工頻電源的等效性和一致性接近，試驗(yàn)結(jié)果更加真實(shí)可靠[1]。諧振系統(tǒng)可以大大縮短試驗(yàn)時間和系統(tǒng)停電時間，在節(jié)約人力物力的同時，提升供電可靠性，具有更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1.2 諧振裝置使用的要點(diǎn)

通常由專業(yè)人員操作諧振裝置產(chǎn)品。這一高壓試驗(yàn)設(shè)備需要反復(fù)操作訓(xùn)練，所以使用前需詳細(xì)閱讀設(shè)備使用說明書。操作人員需要在2人以上，并確保試驗(yàn)的正確安全，遵循有關(guān)高壓試驗(yàn)的安全作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程。同時，要接對各連接線，特別是接地線，防止試驗(yàn)裝置受到損壞。在進(jìn)行設(shè)備試驗(yàn)使用時，設(shè)置安全距離，試驗(yàn)場地的安全區(qū)域才可以劃分。這樣其他人在靠近時也不會受到不必要的傷害，也有利于高電壓或超高電壓輸出更加可靠接地。高壓試驗(yàn)的諧振裝置試驗(yàn)系統(tǒng)產(chǎn)生高電壓利用的是諧振電抗器與被試品電容串聯(lián)諧振[2]。如果發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)設(shè)備產(chǎn)生的電壓難以滿足高電壓要求，根據(jù)現(xiàn)場破壞串聯(lián)諧振的條件，試驗(yàn)人員要查看回路的接通等情況。在串聯(lián)諧振裝置試驗(yàn)系統(tǒng)中，電壓和電流都有其要求。容量相同的普通試驗(yàn)變壓器不能作為選取的替代品，要與電壓和電流的適合情況相結(jié)合。在諧振設(shè)備保養(yǎng)維護(hù)時，要使用濕布和中性的清潔劑清潔，不能使用溶劑和研磨劑。

2 諧振在高壓試驗(yàn)中的應(yīng)用

2.1 耐壓試驗(yàn)中的應(yīng)用

高壓試驗(yàn)中電路的高壓由串聯(lián)諧振電路產(chǎn)生，在耐壓試驗(yàn)中得到了廣泛應(yīng)用。裝置試驗(yàn)時要運(yùn)用電壓諧振，因?yàn)樽冸娬局械臄嗦菲?、間隔設(shè)備以及隔離開關(guān)等裝置具有容性裝置的特點(diǎn)。勵磁變可以為高壓耐壓試驗(yàn)匯總的無功補(bǔ)償提供有功，再通過電抗器實(shí)現(xiàn)，這樣試驗(yàn)才可以順利進(jìn)行[3]。因?yàn)橹C振電路的運(yùn)行過程中無功消耗不會出現(xiàn)，此時電路中輸出電流與電壓發(fā)生改變，需改變勵磁變壓器的變比，保證可以滿足電路的要求。

2.2 低壓繞組耐壓試驗(yàn)中的應(yīng)用

500 kV單相無勵磁調(diào)壓變壓器的額定容量為120/167/250 MVA，所以在500 kV的變電站中使用這一變壓器。在高壓試驗(yàn)過程中，勵磁變壓器、變頻諧振電源和高壓電抗器是主要的使用設(shè)備。在設(shè)備出廠試驗(yàn)中，要保證試驗(yàn)電壓與實(shí)驗(yàn)的具體要求相吻合，所以可以設(shè)定電壓為60 kV。主變壓器的試驗(yàn)報(bào)告中，有電路中的低壓繞組對高壓繞組、中壓繞組和地電容量。串聯(lián)電抗器在低壓繞組的耐壓試驗(yàn)中要使用單節(jié)的，參數(shù)為400 H。計(jì)算時可以發(fā)現(xiàn)，電抗器的電流值為1.1 A，諧振頻率為43.2 Hz。中性點(diǎn)耐壓試驗(yàn)中，串聯(lián)電抗器一節(jié)為400 H，此時諧振頻率為57.9 Hz，電流為0.8 A。在耐壓試驗(yàn)的電源中，運(yùn)用頻率為50～110 Hz的變頻電源，試驗(yàn)時間1 min左右，通過在端頭上短接線圈進(jìn)行非測試線圈的接地測試。此時，低壓繞的中性點(diǎn)諧振頻率為59.9 Hz，組諧振頻率為44.1 Hz。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，可能是因?yàn)橛糜跍y量的分壓器電容與回路雜散有不同的參數(shù)，所以計(jì)算得出的頻率比試驗(yàn)頻率大。

2.3 局部放電試驗(yàn)中的應(yīng)用

在變壓器放電試驗(yàn)中，電流諧振電路為試驗(yàn)電路。因?yàn)榫植糠烹娫囼?yàn)可以無損探傷其絕緣特性，是一種常用的絕緣性試驗(yàn)。這樣可以在試驗(yàn)中快速發(fā)現(xiàn)絕緣部分的薄弱環(huán)節(jié)，是絕緣性檢驗(yàn)的有效方法。變壓器容量計(jì)算過程包括低壓側(cè)對地電容、高壓側(cè)對地電容。此時，得出的低壓側(cè)對地電容值為331 nF，高壓側(cè)對地電容值為25 nF。試驗(yàn)過程中需要使用4個1串，并聯(lián)補(bǔ)償電抗器共2串，支路電感量為4.8 H，高壓側(cè)等效容性的無功消耗為2 548 kVA，計(jì)算得出電源諧振頻率為128 Hz。要保證無功補(bǔ)償≥Qc，這樣試驗(yàn)中無功補(bǔ)償與無功消耗的平衡狀態(tài)才可以滿足。通過理論計(jì)算后，425 kVA為電抗器的無功補(bǔ)償，800 kVA是并聯(lián)補(bǔ)償電抗器的額定功率，3 200 kVA為電抗器的最大無功[4]。此時，電抗器A的補(bǔ)償電流與實(shí)際狀態(tài)相吻合，為22 A。實(shí)際試驗(yàn)過程中的頻率與理論值還存在差異，其是140 Hz，差異值為12 Hz，電感補(bǔ)償為1 840 kVA，此時電抗器補(bǔ)償量補(bǔ)償效率為2 486 kVA，在74%左右?；芈返难a(bǔ)償量與諧振現(xiàn)象一致，有所欠缺，所以電壓和電流的角度為負(fù)數(shù)。將其繼續(xù)加壓到最高電壓后，耗時45 s，電壓可以在短時間耐壓過程中迅速降低，所以判定電抗器正常運(yùn)行存在問題。

3 諧振在高壓試驗(yàn)中的應(yīng)用效果

3.1 氣體絕緣設(shè)備的應(yīng)用效果

完成工廠的整體組裝后，氣體絕緣設(shè)備分單元調(diào)整試驗(yàn)合格后，在現(xiàn)場安裝時主要采用分單元運(yùn)輸?shù)姆绞?。運(yùn)輸過程中，撞擊、振動等因素會影響氣體絕緣設(shè)備的安全安裝運(yùn)行，使得氣體絕緣設(shè)備的組裝元件或緊固件出現(xiàn)松動、移位或磨損等情況。例如，安裝過程中出現(xiàn)一些明顯的缺陷，如刮損電極的表層、安裝錯位等。這都是因?yàn)槊芊?、?lián)結(jié)等工藝處理不當(dāng)所致。此外，安裝現(xiàn)場空氣中的懸浮塵埃物、導(dǎo)電微粒雜質(zhì)等微小物質(zhì)可能會進(jìn)入氣體絕緣設(shè)備，使得現(xiàn)場耐壓試驗(yàn)的氣體絕緣設(shè)備管理出現(xiàn)問題。試驗(yàn)設(shè)備和其他條件也有所限制，與沒有進(jìn)行耐壓試驗(yàn)的絕緣設(shè)備事故相比，事故發(fā)生率極高。因此，氣體絕緣設(shè)備要安全穩(wěn)定運(yùn)行，需在現(xiàn)場進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，有效降低試驗(yàn)設(shè)備發(fā)生事故?，F(xiàn)場中只能做交流耐壓試驗(yàn)，但是通常氣體絕緣設(shè)備的現(xiàn)場耐壓試驗(yàn)方法有3種——交流電壓、振蕩操作沖擊電壓和振蕩雷電沖擊電壓，其中最常見的是交流耐壓試驗(yàn)[5]。

3.2 電纜試用中的應(yīng)用效果

我國國家電網(wǎng)公司要求直流耐壓試驗(yàn)由電纜交接用交流耐壓試驗(yàn)代替。在諧振試驗(yàn)系統(tǒng)中進(jìn)行絕緣電纜高壓試驗(yàn)時，要明確溫度對電阻率的影響，根據(jù)電阻率來分布直流電場強(qiáng)度。電纜絕緣可能會受到終端頭外部閃絡(luò)產(chǎn)生的行波損壞，這樣可以提高電纜運(yùn)行的安全性。如果電壓很高，相間的絕緣缺陷也難以通過直流耐壓試驗(yàn)檢測出來。電纜內(nèi)部自身集起空間的電荷容易被直流電壓集中起來，此時沿著絕緣閃絡(luò)電纜附件產(chǎn)生過電壓，局部電場形成的絕緣弱點(diǎn)增強(qiáng)，如果被擊穿將會導(dǎo)致電纜損壞或發(fā)生事故。

3.3 發(fā)電機(jī)交流耐壓試驗(yàn)的應(yīng)用效果

在進(jìn)行發(fā)電機(jī)的工頻耐壓時，如果試驗(yàn)設(shè)備運(yùn)用的設(shè)備是普通常規(guī)大容量，機(jī)器本身比較笨重。試驗(yàn)發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣擊穿時，易增加故障點(diǎn)的短路電流，出現(xiàn)燒損鐵芯的現(xiàn)象。因此，在發(fā)電機(jī)試驗(yàn)設(shè)備中要運(yùn)用諧振裝置，可以滿足發(fā)電機(jī)交流耐壓試驗(yàn)電壓頻率和工頻耐壓電容電流量的要求，改變電感要通過調(diào)節(jié)鐵芯氣隙進(jìn)行，以保證工頻諧振的應(yīng)用效果。

4 結(jié) 論

將諧振技術(shù)運(yùn)用于高壓試驗(yàn)，不僅對減小試驗(yàn)需要的電源容量有很大作用，也可以有效減小高壓試驗(yàn)的質(zhì)量，因?yàn)橹C振設(shè)備質(zhì)量小、電源容量小、安全可靠且裝卸方便。因此，必須要認(rèn)識到諧振裝置運(yùn)用的價值，加強(qiáng)其在高壓試驗(yàn)中的運(yùn)用，有效提高高壓試驗(yàn)效率。