諧振在高壓試驗中的應用

王朝剛，鄭會平

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

0 引 言

檢測電氣設備的絕緣強度時可以運用交流耐壓的方式進行，這決定著電氣設備的投入使用情況。隨著電力系統壓力的增加，運用交流耐壓試驗十分必要，可以提高電力系統運行過程中的安全性。它的現場試驗難度較大，交流耐壓試驗可以通過諧振法進行。

1 諧振裝置的優點和注意事項

1.1 諧振裝置的優點

高壓試驗中，諧振成套試驗裝置可以滿足其現場試驗高壓系統的要求，因為其試驗電源容量小，大大減小了對現場試驗的制約。此外，它的試驗接線方便，通過簡單的操作大大縮短了試驗時間，且運輸和現場安裝也非常方便。電抗器是多級或疊積式結構，試驗裝置體積小，安全性和可靠性較高，頻率輸出穩定性好。因為變頻裝置運用IGBT和驅動回路，使得輸出的波形失真度小。諧振可以提高設備和人身的安全性，具有IGBT、過電流、過電壓和放電保護的作用。如果耐壓過程中發生擊穿現象，電源的輸出電流會自動減小。因為其電路失去了諧振條件，降低了試品兩端的電壓，放電能量小，沒有過電壓的產生，降低了對試驗裝置和試品帶來的影響。高壓試驗中的等效性較好，試驗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，試驗結果更加真實可靠[1]。諧振系統可以大大縮短試驗時間和系統停電時間，在節約人力物力的同時，提升供電可靠性，具有更好的經濟效益和社會效益。

1.2 諧振裝置使用的要點

通常由專業人員操作諧振裝置產品。這一高壓試驗設備需要反復操作訓練，所以使用前需詳細閱讀設備使用說明書。操作人員需要在2人以上，并確保試驗的正確安全，遵循有關高壓試驗的安全作業標準和規程。同時，要接對各連接線，特別是接地線，防止試驗裝置受到損壞。在進行設備試驗使用時，設置安全距離，試驗場地的安全區域才可以劃分。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。高壓試驗的諧振裝置試驗系統產生高電壓利用的是諧振電抗器與被試品電容串聯諧振[2]。如果發現試驗設備產生的電壓難以滿足高電壓要求，根據現場破壞串聯諧振的條件，試驗人員要查看回路的接通等情況。在串聯諧振裝置試驗系統中，電壓和電流都有其要求。容量相同的普通試驗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合。在諧振設備保養維護時，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 諧振在高壓試驗中的應用

2.1 耐壓試驗中的應用

高壓試驗中電路的高壓由串聯諧振電路產生，在耐壓試驗中得到了廣泛應用。裝置試驗時要運用電壓諧振，因為變電站中的斷路器、間隔設備以及隔離開關等裝置具有容性裝置的特點。勵磁變可以為高壓耐壓試驗匯總的無功補償提供有功，再通過電抗器實現，這樣試驗才可以順利進行[3]。因為諧振電路的運行過程中無功消耗不會出現，此時電路中輸出電流與電壓發生改變，需改變勵磁變壓器的變比，保證可以滿足電路的要求。

2.2 低壓繞組耐壓試驗中的應用

500 kV單相無勵磁調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備。在設備出廠試驗中，要保證試驗電壓與實驗的具體要求相吻合，所以可以設定電壓為60 kV。主變壓器的試驗報告中，有電路中的低壓繞組對高壓繞組、中壓繞組和地電容量。串聯電抗器在低壓繞組的耐壓試驗中要使用單節的，參數為400 H。計算時可以發現，電抗器的電流值為1.1 A，諧振頻率為43.2 Hz。中性點耐壓試驗中，串聯電抗器一節為400 H，此時諧振頻率為57.9 Hz，電流為0.8 A。在耐壓試驗的電源中，運用頻率為50～110 Hz的變頻電源，試驗時間1 min左右，通過在端頭上短接線圈進行非測試線圈的接地測試。此時，低壓繞的中性點諧振頻率為59.9 Hz，組諧振頻率為44.1 Hz。試驗中發現，可能是因為用于測量的分壓器電容與回路雜散有不同的參數，所以計算得出的頻率比試驗頻率大。

2.3 局部放電試驗中的應用

在變壓器放電試驗中，電流諧振電路為試驗電路。因為局部放電試驗可以無損探傷其絕緣特性，是一種常用的絕緣性試驗。這樣可以在試驗中快速發現絕緣部分的薄弱環節，是絕緣性檢驗的有效方法。變壓器容量計算過程包括低壓側對地電容、高壓側對地電容。此時，得出的低壓側對地電容值為331 nF，高壓側對地電容值為25 nF。試驗過程中需要使用4個1串，并聯補償電抗器共2串，支路電感量為4.8 H，高壓側等效容性的無功消耗為2 548 kVA，計算得出電源諧振頻率為128 Hz。要保證無功補償≥Qc，這樣試驗中無功補償與無功消耗的平衡狀態才可以滿足。通過理論計算后，425 kVA為電抗器的無功補償，800 kVA是并聯補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的補償電流與實際狀態相吻合，為22 A。實際試驗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，電感補償為1 840 kVA，此時電抗器補償量補償效率為2 486 kVA，在74%左右。回路的補償量與諧振現象一致，有所欠缺，所以電壓和電流的角度為負數。將其繼續加壓到最高電壓后，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行存在問題。

3 諧振在高壓試驗中的應用效果

3.1 氣體絕緣設備的應用效果

完成工廠的整體組裝后，氣體絕緣設備分單元調整試驗合格后，在現場安裝時主要采用分單元運輸的方式。運輸過程中，撞擊、振動等因素會影響氣體絕緣設備的安全安裝運行，使得氣體絕緣設備的組裝元件或緊固件出現松動、移位或磨損等情況。例如，安裝過程中出現一些明顯的缺陷，如刮損電極的表層、安裝錯位等。這都是因為密封、聯結等工藝處理不當所致。此外，安裝現場空氣中的懸浮塵埃物、導電微粒雜質等微小物質可能會進入氣體絕緣設備，使得現場耐壓試驗的氣體絕緣設備管理出現問題。試驗設備和其他條件也有所限制，與沒有進行耐壓試驗的絕緣設備事故相比，事故發生率極高。因此，氣體絕緣設備要安全穩定運行，需在現場進行耐壓試驗，有效降低試驗設備發生事故?，F場中只能做交流耐壓試驗，但是通常氣體絕緣設備的現場耐壓試驗方法有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[5]。

3.2 電纜試用中的應用效果

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

3.3 發電機交流耐壓試驗的應用效果

在進行發電機的工頻耐壓時，如果試驗設備運用的設備是普通常規大容量，機器本身比較笨重。試驗發電機定子繞組絕緣擊穿時，易增加故障點的短路電流，出現燒損鐵芯的現象。因此，在發電機試驗設備中要運用諧振裝置，可以滿足發電機交流耐壓試驗電壓頻率和工頻耐壓電容電流量的要求，改變電感要通過調節鐵芯氣隙進行，以保證工頻諧振的應用效果。

4 結 論

將諧振技術運用于高壓試驗，不僅對減小試驗需要的電源容量有很大作用，也可以有效減小高壓試驗的質量，因為諧振設備質量小、電源容量小、安全可靠且裝卸方便。因此，必須要認識到諧振裝置運用的價值，加強其在高壓試驗中的運用，有效提高高壓試驗效率。