變頻串聯(lián)諧振在變壓器交流耐壓試驗(yàn)中的應(yīng)用(期刊.10.30)

1、變頻串聯(lián)諧振在變壓器交流耐壓試驗(yàn)中的應(yīng)用林梅芬1許晶2（1福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建永安3660002紹興電力局浙江紹興312000）摘要：通過(guò)利用變頻串聯(lián)諧振對(duì)幾個(gè)大中型變壓器進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)實(shí)例將其與常規(guī)的交流 耐壓試驗(yàn)方法在各個(gè)不同方面進(jìn)行比較，得出變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)技術(shù)可以完成常規(guī)試驗(yàn)變壓器不能解決的試驗(yàn)，具有所需電源容量小、試驗(yàn)設(shè)備體積小、不會(huì)對(duì)試驗(yàn)品造成損傷等 顯著優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：變頻；串聯(lián)諧振；大中型變壓器；耐壓試驗(yàn)；容量中圖分類(lèi)號(hào)：TM406文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A1引言在電力系統(tǒng)交接預(yù)防性試驗(yàn)中，交流耐壓試驗(yàn)是鑒定電力設(shè)備絕緣強(qiáng)度的 最嚴(yán)格、最有效和最直接的試驗(yàn)方法之一，它對(duì)判斷電

2、力設(shè)備能否繼續(xù)運(yùn)行具有 決定性的意義，也是保證設(shè)備絕緣水平，避免發(fā)生絕緣事故的重要手段 。交流 耐壓試驗(yàn)雖對(duì)發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷有效，但受試驗(yàn)條件限制,要進(jìn)行35kV及8000kVA以 上變壓器耐壓試驗(yàn)，由于電容電流較大，要求高電壓試驗(yàn)變壓器的額定電流須在 100mA以上，目前這樣的高電壓試驗(yàn)變壓器及調(diào)壓器尚不夠普遍2，經(jīng)常是試驗(yàn)電壓達(dá)到要求了，試驗(yàn)電流又不能滿(mǎn)足要求，且試驗(yàn)變壓器容量要求非常大，試 驗(yàn)設(shè)備笨重，不便搬運(yùn)，給現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)帶來(lái)了困難。如果能創(chuàng)造條件對(duì)高電壓、大 容量電力變壓器進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，對(duì)保證變壓器安全運(yùn)行是有很大意義的2。本文介紹的變頻串聯(lián)諧振法即可實(shí)現(xiàn)利用電壓及容量小得多的設(shè)備產(chǎn)生

3、所需的 試驗(yàn)電壓，滿(mǎn)足試驗(yàn)要求2原理在圖1所示的串聯(lián)諧振基本原理圖中，串聯(lián)回路電流:對(duì)于串聯(lián)回路，流過(guò)各元件的電流大小相等。當(dāng)七時(shí)，回路即處于串聯(lián)諧振狀態(tài)，此時(shí)的頻率稱(chēng)為諧振頻率流過(guò)整個(gè)串聯(lián)回路的電流弋最大3U c maxCRCR，Q稱(chēng)為諧11收稿日期：2009-10-01 ,修回日期:2009-10-30作者簡(jiǎn)介：林梅芬（1975-），女，講師，工程碩士，從事電力系統(tǒng)的教學(xué)、研究工作Email:lmf2835 Tel :1振回路的品質(zhì)因數(shù)，貝U Umax二QU 般回路中的R比較小，使得回路的品質(zhì)因 數(shù)Q很大。在大多數(shù)正常情況下，Q值可達(dá)50左右。圖1串聯(lián)諧振基本原

4、理圖Fig.1 Basic principl diagram of series resonance根據(jù)調(diào)節(jié)方式的不同，串聯(lián)諧振裝置分為工頻串聯(lián)諧振裝置（帶可調(diào)電抗器， 或帶固定電抗器和調(diào)諧用電容器組，工作頻率 50HZ）和變頻串聯(lián)諧振裝置（帶固 定電抗器，工作頻率一般10Hz300Hz）兩大類(lèi)。本文采用變頻串聯(lián)諧振裝置，其原理圖如圖2所示，裝置組成為：變頻電源； 勵(lì)磁變；高壓電抗器（I組：每臺(tái)額定電壓55kV、額定電流1A、額定電感量200H, 共4臺(tái)；U組：每臺(tái)額定電壓60kV、額定電流2.5A、額定電感量120H,共4臺(tái)）; 測(cè)量用分壓器（電容量為1000pF）;高壓補(bǔ)償電容器若干等。圖

5、中 G即為被試品 電容。變頻電源1 勵(lì)磁變 電抗器接地圖2變頻串聯(lián)諧振成套試驗(yàn)裝置原理圖Fig.2 Diagram of experime nts equipme nt using Series Resonance with variati onal freque ncy3應(yīng)用實(shí)例下面是根據(jù)浙江某電力局現(xiàn)有設(shè)備對(duì)變壓器進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)的實(shí)例。（1）一臺(tái)220kV、180MVA勺大型電力變壓器，型號(hào)為 SFS9-180000/220，出 廠編號(hào)為002190,接線(xiàn)組別為YN yn0d11,額定電壓為220/117/37kV ，廣 州維奧伊林變壓器廠2003年出廠（表中簡(jiǎn)稱(chēng)變壓器1），其交接試驗(yàn)的

6、絕緣 試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表1:表1變壓器1交接試驗(yàn)絕緣試驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.1 Data of tran sformer 1 AC voltage withsta nd test while hand over被試?yán)@組R15S/M QR60S/M QR600S/M Q吸收比極化指數(shù)I /卩Atg 8 /%Cx/pF220kV950013500245001.421.8112.50V63008700145001.381.6715.00.1472356935kV800010750206001.341.923.20.17825359鐵芯/10500/夾件/10000/根據(jù)GB50150-

7、91,該變壓器220kV繞組中性點(diǎn)出廠耐壓為200kV,交接試驗(yàn) 電壓為170kV; 110kV繞組中性點(diǎn)出廠耐壓為 95kV，交接試驗(yàn)電壓為81kV; 35kV 繞組出廠耐壓為85kV,交接試驗(yàn)電壓為72kV。該電力局現(xiàn)有最大試驗(yàn)變壓器為：額定容量50kVA額定電壓100kV，額定電流0.5A。若用常規(guī)試驗(yàn)變壓器法進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，根據(jù)被試變壓器絕緣試 驗(yàn)數(shù)據(jù)中的電容量數(shù)據(jù)可知： 對(duì)220kV繞組中性點(diǎn)進(jìn)行交流耐壓：試驗(yàn)電壓為170kV,大于試驗(yàn)變壓器100kV的額定電壓，不能滿(mǎn)足試驗(yàn) 的要求；試驗(yàn)時(shí)高壓側(cè)電流 Ic 能=3 CUh 314 X 13694X 10-12 X 170 X 10

8、3 = 0.73A,大于試驗(yàn)變壓器0.5A的額定電流，不能滿(mǎn)足試驗(yàn)的要求； 對(duì)110kV繞組中性點(diǎn)進(jìn)行交流耐壓：試驗(yàn)電壓為81kV,小于試驗(yàn)變壓器100kV的額定電壓，能滿(mǎn)足試驗(yàn)的要 求；試驗(yàn)時(shí)高壓側(cè)電流 I c中壓=3 CU314X 23569X 10-12 X 81 X 103 = 0.60A，大于試驗(yàn)變壓器0.5A的額定電流，不能滿(mǎn)足試驗(yàn)的要求； 對(duì)35kV繞組進(jìn)行交流耐壓：試驗(yàn)電壓為72kV,小于試驗(yàn)變壓器100kV的額定電壓，能滿(mǎn)足試驗(yàn)的要 求；試驗(yàn)時(shí)電流 Ic 低壓=3 CUh 314X 25359 X 10-12 X 72X10 0.57A，大于試 驗(yàn)變壓器0.5A的額定電流，不

9、能滿(mǎn)足試驗(yàn)的要求。由此可見(jiàn)，該變壓器高、中、低壓三側(cè)都無(wú)法用現(xiàn)有常規(guī)的試驗(yàn)變壓器進(jìn)行 交流耐壓試驗(yàn)。下面用變頻串聯(lián)諧振的方法對(duì)變壓器進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)。（為使諧振頻率接近工頻，試驗(yàn)中將其控制在 45Hz65Hz范圍內(nèi)）對(duì)220kV繞組，由fo =，必須滿(mǎn)足45 2 二.LC65，即 45 1/ 2兀Jl 13694十1000）0*2 65，計(jì)算可得408HL 0.510kV2411030v 1000.227 v 0.5由上可知，試驗(yàn)變壓器的額定電壓均能滿(mǎn)足要求， 但額定電流不能全部滿(mǎn)足 要求。該變壓器仍無(wú)法用現(xiàn)有常規(guī)的試驗(yàn)變壓器進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)。下面仍采用串聯(lián)諧振的方法進(jìn)行變壓器交流耐壓試驗(yàn)。（

10、將“我們”二字改為了“下面”）同理進(jìn)行分析計(jì)算，電抗器組合方式如下：被試?yán)@組分別為110 kV、35kV、10kV,對(duì)應(yīng)的電抗器接法分別為I組 2臺(tái) 串聯(lián)、I組2并2串聯(lián)、I組2臺(tái)串聯(lián)，對(duì)應(yīng)的額定電流分別 1A、2A、1A,額 定電壓均為110 kV。合理選擇電抗器后按圖2接線(xiàn)，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如下表5:表5變壓器2采用變頻串聯(lián)諧振方法實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)Tab.5 Data of transformers 2 test via seriesresonance with variational frequency被試?yán)@組Cx/pF試驗(yàn)電壓/kV補(bǔ)償電容I l/Af o/Hz110kV1962081V110/0.5

11、10 vl52.135kV3002072V110/0.805 v259.610kV2411030V110/0.180 vl47.3所測(cè)數(shù)據(jù)均滿(mǎn)足試驗(yàn)要求。試驗(yàn)中，通過(guò)勵(lì)磁變壓器將變頻電源的輸出電壓升到合適的電壓值 U來(lái)激發(fā) 整個(gè)試驗(yàn)回路，調(diào)節(jié)變頻電源的輸出頻率，使回路中的高壓電抗器電感 L和電 容發(fā)生串聯(lián)諧振，此時(shí)變頻電源的輸出頻率即為諧振頻率，試品電容 CX上所加 的電壓就等于諧振電壓 QU由串聯(lián)諧振原理可知， 該試驗(yàn)方法利用高壓電抗器和電容諧振產(chǎn)生高電壓和 大電流， 在整個(gè)系統(tǒng)中，電源只需提供系統(tǒng)中有功消耗的部分， 試驗(yàn)所需的電源 功率只有試驗(yàn)容量的1/Q,所需電源容量大大減小，試驗(yàn)設(shè)備的

12、體積和重量也大 大減??；在串聯(lián)諧振狀態(tài)，當(dāng)試品的絕緣弱點(diǎn)被擊穿時(shí)，電路立即脫諧，回路電 流迅速下降為正常試驗(yàn)電流的1/Q,因此該方法既能有效地找到絕緣弱點(diǎn)，又不 存在大的短路電流燒傷故障點(diǎn)的隱患；試品發(fā)生擊穿時(shí)，因失去諧振條件， 高電 壓也立即消失，電弧即刻熄滅， 不會(huì)出現(xiàn)任何恢復(fù)過(guò)電壓； 回路參數(shù)是按接近工 頻匹配的，所以此方法對(duì)高次諧波有明顯的抑制作用 5 。4 結(jié)語(yǔ)a. 采用變頻串聯(lián)諧振 耐壓試驗(yàn)技術(shù)可以完成常規(guī)試驗(yàn)變壓器不能解決的試 驗(yàn)。b. 變頻串聯(lián)諧振方法的試驗(yàn)容量大大減小，設(shè)備重量和體積也大大減小， 更適用于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。c. 變頻串聯(lián)諧振的原理決定了此方法具有能防止大的短路電流燒傷

13、故障 點(diǎn)、不會(huì)出現(xiàn)任何恢復(fù)過(guò)電壓還能抑制高次諧波的顯著優(yōu)點(diǎn)。d. 由于變頻串聯(lián)諧振裝置的試驗(yàn)頻率隨不同電容量的被試品而變化，所以 其使用范圍受到一定限制 4 。作者簡(jiǎn)介：林梅芬（ 1975-），女，講師，工程碩士，從事電力系統(tǒng)的教學(xué)、 研究工作。 Email:lmf2835 電話(huà)： 0598-386999 1 。許晶（ 1 977- ），女， 工程師，紹興電力局從事高壓試驗(yàn)工作 Email:suglass 。參考文獻(xiàn)： 1 張仁豫, 陳昌漁, 王昌長(zhǎng). 高電壓試驗(yàn)技術(shù) M.2. 北京: 清華大學(xué)出版社 , 2003.2 張占，陳家強(qiáng)，婁東升，等 . 淺評(píng)電力變壓器的預(yù)防性試驗(yàn) J. 電氣試 驗(yàn)

14、， 2009， 01：14-173 蔡元宇，朱曉萍，霍龍 .電路及磁路 M.3. 北京：高等教育出版社 ,2008.4 中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編寫(xiě)組.DL/T 474.1DL/T474.5-2006現(xiàn)場(chǎng) 絕緣試驗(yàn)實(shí)施導(dǎo)則 S. 北京：中國(guó)電力出版社， 2006.5要煥年，曹梅月 . 電力系統(tǒng)諧振接地 M. 北京：中國(guó)電力出版社 ,2000.Application of Series Resonance withVariational Frequency in AC Voltage Withstand TestLIN Meifen 1 XU Jing 2( 1.Fujian Water Co

15、nservancy and Power Professional Technical College,Yong，an 366000 ，China ；2.Shaoxing Electric Power Bureau, Shaoxing 312000,China )Abstract: Through the comparison data of several large and mediumcapacity transformer AC voltage withstand tests via Series Resonance with variational frequency and the

16、traditional method. The drawn series-resonant can solve some problems that tranditional technique can not.This test device requres lower power supply , smaller dimension. In addition, it will not damage the tested transformer.Key words: frequency ； Series resonance ； large and medium -capacity transformer ； pressure test ；capacityAuthor introduction:Meifen Lin(1975-),female,lecture from Fujian Water Conservancy and Power Professional Tech