變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置原理

1、電氣室 變頻諧振試驗(yàn)是一種全新的高壓試驗(yàn)方法，利用電抗器與被試品電容實(shí)現(xiàn)串聯(lián)諧振，在被試品上獲得高電壓大電流，是當(dāng)前高電壓試驗(yàn)的一種新的方法和潮流，在國外已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。變頻諧振試驗(yàn)適用于大容量、高電壓的電容試品，如發(fā)電機(jī)、大型變壓器、GIS 和高壓交聯(lián)電力電纜等，是用于交接和預(yù)防性試驗(yàn)的現(xiàn)場試驗(yàn)裝置。 變頻諧振升壓裝置由調(diào)頻調(diào)壓電源、激勵(lì)變壓器、電抗器、電容分壓器和補(bǔ)償電容器組成。被試品的電容與電抗器構(gòu)成串聯(lián)諧振連接方式；分壓器并聯(lián)在被試品上用于測量被試品上的諧振電壓，并作過壓保護(hù)信號(hào)；調(diào)頻功率輸出經(jīng)激勵(lì)變壓器耦合給串聯(lián)諧振回路，提供串聯(lián)諧振的激勵(lì)功率。 下面是幾個(gè)裝置的樣品圖片:一、工

2、頻諧振變壓器 1、簡介：工頻諧振升壓系統(tǒng)是在工頻條件下使得電感和被試品電容諧振，產(chǎn)生的是工頻高壓，因此，它適合幾乎所有的交流試驗(yàn)場合。工頻諧振升壓系統(tǒng)一般采用調(diào)節(jié)電感的感抗的方式在激勵(lì)源的作用下使得電抗器和被試品電容諧振，通常稱為調(diào)感式；也可以采用在被試品兩端并聯(lián)電容器的方式改變被試系統(tǒng)的電容量使得在激勵(lì)源的作用下與電抗器諧振，通常稱為調(diào)頻式，還可以同時(shí)改變電抗器的感抗和被試系統(tǒng)的電容量使得系統(tǒng)達(dá)到諧振狀態(tài)，通常稱為調(diào)干調(diào)容式。調(diào)感式通常采用調(diào)節(jié)鐵心電抗器的氣隙的方式，可以連續(xù)平滑的調(diào)節(jié)感抗值，操作比較方便；而調(diào)容式不但需要笨重的電容，而且電容不能連續(xù)的調(diào)節(jié)，所以不太適合現(xiàn)場操作。 電力系統(tǒng)中

3、，有的類型的試品的的電容量是幾個(gè)固定的量，比如說CVT，它只有幾個(gè)固定的電容值，有的試品是根據(jù)試品的容量和電壓等級(jí)及其他特征而變化的，比如說發(fā)電機(jī)，變壓器，電纜等。因此，工頻諧振大多分為兩類，一類為電抗器電抗值需要連續(xù)可調(diào)節(jié)的，另一種只需要電抗值在幾個(gè)固定值之間選選擇的。第一類主要適合發(fā)電機(jī)，第二類主要適合CVT。2、發(fā)電機(jī)用工頻諧振升壓系統(tǒng)1）概述：隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，300MW 及以上大型發(fā)電機(jī)組，已經(jīng)成為我國的主力發(fā)電機(jī)組，600MW的和更大容量的發(fā)電機(jī)組在我國也已有相當(dāng)?shù)臄?shù)量。由于單機(jī)容量的增大，勢必使發(fā)電機(jī)繞組對(duì)地電容量也增大。大容量水輪發(fā)電機(jī)的單相對(duì)地電容量已達(dá)1.7-2.5F，工

4、頻耐壓試驗(yàn)時(shí)，電容電流達(dá)到25-30A（如三峽發(fā)電機(jī)的電容電流達(dá)36A）。如采用常規(guī)高壓試驗(yàn)設(shè)備，試驗(yàn)電源及試驗(yàn)變壓器、調(diào)壓器等容量高達(dá)數(shù)千個(gè)千伏安，不僅設(shè)備笨重，而且也無如此大容量的調(diào)壓設(shè)備，現(xiàn)場試驗(yàn)電源也很難解決，工作極不方便。 為了滿足大容量電氣設(shè)備試驗(yàn)需要，采用諧振原理，用可調(diào)激勵(lì)電抗與被試設(shè)備對(duì)地電容匹配，形成諧振。并聯(lián)諧振時(shí)，容性支路和感性支路的電流相等且相位相反，而容量是電源總?cè)萘康腝 倍。串聯(lián)諧振時(shí)，試品電壓Vc 和可調(diào)激勵(lì)電抗器電壓VL 大小相等相位相反，為激勵(lì)電壓的Q 倍。因而試驗(yàn)電源承擔(dān)的容量，就只是有功分量，即為試品所需容量的1/Q。這樣，調(diào)壓設(shè)備容量，電源容量將大大減

5、小，僅為被試品容量的1/Q 倍。因?yàn)樵囼?yàn)所需的電壓只能是工頻電壓，所以只能采用調(diào)節(jié)電抗器電感的方式來調(diào)諧。 請(qǐng)看發(fā)電機(jī)用工頻諧振升壓系統(tǒng)圖例：2、CVT 用工頻諧振升壓系統(tǒng)1）、概述：隨著電力系統(tǒng)電壓等級(jí)的不斷增加和電容式電壓互感器（CVT）技術(shù)的不斷成熟，電容式電壓互感器（CVT）得到不斷的推廣。采用傳統(tǒng)的方式對(duì)電容式電壓互感器（CVT）進(jìn)行校驗(yàn)，由于電容式電壓互感器（CVT）的主電容量比較大，一0.0050.02uF，因此，對(duì)試驗(yàn)電源的容量要求就很高，通常為幾十甚至上百千伏安，現(xiàn)場往往難得找到這么大容量的電源，而且，這么大容量的電源重量為幾百公斤甚至上噸級(jí)，不易于搬動(dòng)，不易于現(xiàn)場試驗(yàn)。因此

6、，能找到一種易于搬動(dòng)且要求電源容量較低的試驗(yàn)電源成了電容式電壓互感器（CVT）現(xiàn)場校驗(yàn)的一種迫切要求， CVT串聯(lián)諧振升壓裝置就是為此而設(shè)計(jì)的。 CVT串聯(lián)諧振升壓裝置采用了串聯(lián)諧振的原理，使得所需電源的容量大為降低，而且采用多節(jié)電抗器串聯(lián)的方式，使得現(xiàn)場搬運(yùn)更為方便。 請(qǐng)看CVT 用工頻諧振升壓系統(tǒng)圖例：二、調(diào)頻調(diào)感型諧振升壓系統(tǒng)1、簡介：諧振升壓系統(tǒng)在應(yīng)用過程中，有時(shí)需要做工頻試驗(yàn)，有時(shí)又可以進(jìn)行變頻試驗(yàn)，這就要求諧振升壓系統(tǒng)本身既能工作在變頻狀態(tài)采用改變頻率的方式來調(diào)諧，又能工作在工頻狀態(tài)采用調(diào)感的方式來調(diào)諧，調(diào)頻調(diào)感型諧振升壓系統(tǒng)可以滿足這種需要。我們公司研發(fā)的調(diào)頻調(diào)感型諧振升壓系統(tǒng)控

7、制源采用變頻控制源，其輸出頻率為30300Hz，電抗器采用積木式多節(jié)電抗器，既可以串聯(lián)，又可以并聯(lián)，每節(jié)電抗器電感量單獨(dú)連續(xù)可調(diào)，單臺(tái)電抗器重量小于60kg，適合現(xiàn)場搬運(yùn)。2、應(yīng)用舉例1） 發(fā)電廠發(fā)電廠的試品有發(fā)電機(jī)和電纜等。發(fā)電機(jī)是比較昂貴的試品，做交流耐壓試驗(yàn)的方式比較保守，一般只能采用工頻交流電源。發(fā)電機(jī)電容量比較大，一般采用諧振變壓器對(duì)它進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)。諧振變壓器雖然也是采用的調(diào)感的方式讓電抗器和被試電容諧振產(chǎn)生高壓，但是，諧振變的功率設(shè)計(jì)是以試驗(yàn)變壓器功率設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的，因此，諧振變壓器很重，比如一個(gè)250kVA/50kV 的諧振變壓器一般為1200kg，容量更大的重量就更重，這樣的

8、設(shè)備很難適合現(xiàn)場使用，所以，很多發(fā)電廠只是在發(fā)電機(jī)安裝時(shí)做過交流耐壓試驗(yàn)，一般的預(yù)試就沒有進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，顯然不利于預(yù)防事故。采用本裝置，每件重量小于60kg，對(duì)于150kVA的試品容量，兩節(jié)電抗器就可以滿足要求，總重量只有120kg，解決了現(xiàn)場使用的搬運(yùn)問題，而且，它還可以完成對(duì)發(fā)電機(jī)周圍電纜的變頻交流耐壓試驗(yàn)，一套裝置實(shí)現(xiàn)了多種用途。2） 10kV 用戶變電站 變電站的試品有變壓器和電纜等。相對(duì)來說，電纜屬于低壓大電流試品，而變壓器屬于高壓小電流試品，兩者有一個(gè)共同的特點(diǎn)：所需試驗(yàn)電源的功率大。采用本調(diào)頻調(diào)感型諧振升壓系統(tǒng)，并聯(lián)使用對(duì)電纜進(jìn)行試驗(yàn)，串聯(lián)使用對(duì)變壓器進(jìn)行試驗(yàn)。而且，很多地方

9、沒有規(guī)程支持變壓器的變頻試驗(yàn)，用本裝置可以通過調(diào)感的方式諧振，使得輸出電壓為工頻高壓，從而滿足規(guī)程的要求。在采用變頻方式對(duì)電纜做試驗(yàn)時(shí)，有的地區(qū)采用的頻率范圍比較窄，因此，對(duì)于一套變頻諧振升壓系統(tǒng)來說，被試品范圍就比較窄，有的廠家不得不采用增加補(bǔ)償電容的方式來滿足對(duì)小電容試品的試驗(yàn)，采用調(diào)頻調(diào)感方式，可以先調(diào)節(jié)電抗器的電感量，然后再采用調(diào)頻的方式來準(zhǔn)確調(diào)諧，這樣就可以大大增加對(duì)被試品電容量的適應(yīng)范圍。調(diào)感型調(diào)感型調(diào)頻型調(diào)頻型調(diào)頻調(diào)感型調(diào)頻調(diào)感型調(diào)諧原理采用調(diào)整電抗器電感的方式使得電抗器感抗與被試容性試品容抗相匹配，達(dá)到諧振狀態(tài)。采用調(diào)整系統(tǒng)工作頻率的方式使得電抗器感抗與被試容性試品容抗相匹配，

10、達(dá)到諧振狀態(tài)。既可以采用調(diào)整電抗器電感的方式使得電抗器感抗與被試容性試品容抗相匹配，達(dá)到諧振狀態(tài)，也可以采用調(diào)整系統(tǒng)工作頻率的方式使得電抗器感抗與被試容性試品容抗相匹配，達(dá)到諧振狀態(tài)，還以同時(shí)采用上述兩種方法。4、調(diào)頻調(diào)感諧振與工頻諧振、變頻諧振的比較調(diào)感型調(diào)感型調(diào)頻型調(diào)頻型調(diào)頻調(diào)感型調(diào)頻調(diào)感型調(diào)諧方法一般采用調(diào)節(jié)鐵心電抗的氣隙。分自動(dòng)型和手動(dòng)型：自動(dòng)型可以根據(jù)系統(tǒng)的功率因數(shù)自動(dòng)的調(diào)整電抗器感抗，使得系統(tǒng)達(dá)到諧振；手動(dòng)型則是先施加一定的電壓給試品，記下電流值，然后施加相同電壓給電抗器，調(diào)節(jié)電抗器氣隙，使得電流值與前者相同。一般采用調(diào)節(jié)激勵(lì)源的頻率。分自動(dòng)型和手動(dòng)型：自動(dòng)型可以根據(jù)系統(tǒng)的功率因數(shù)

11、自動(dòng)的調(diào)整激勵(lì)源頻率，使得系統(tǒng)達(dá)到諧振；手動(dòng)型則是手動(dòng)的改變系統(tǒng)的頻率，找出相同激勵(lì)電壓下系統(tǒng)輸出高壓最大值的激勵(lì)頻率，即為諧振頻率。一般采用調(diào)節(jié)鐵心電抗的氣隙和（或）調(diào)節(jié)激勵(lì)源的頻率的方法。單獨(dú)需要調(diào)頻時(shí)，與調(diào)頻型相同，只要是要用到調(diào)感時(shí)，先接好線，控制源可以自動(dòng)的計(jì)算出試品的電容量，同時(shí)也自動(dòng)的計(jì)算出在所需頻率下需要的電抗器感抗值和需要調(diào)節(jié)的氣隙值，斷電后調(diào)整電抗器氣隙到所需要的值即可。調(diào)感型調(diào)感型調(diào)頻型調(diào)頻型調(diào)頻調(diào)感型調(diào)頻調(diào)感型輸出電壓頻率由激勵(lì)電源決定。其頻率與激勵(lì)電源的頻率一致，激勵(lì)電源的頻率為固定頻率，一般為工頻，輸出高壓也為工頻由試品電容量決定。激勵(lì)電源的頻率根據(jù)試品電容量的不同而變化，所以輸出高壓的頻率也隨之變化，同時(shí)，頻率又得滿足一定的范圍，一般為30300Hz由操作人員決定。當(dāng)需要什么頻率做試驗(yàn)時(shí)，就將激勵(lì)源的頻率調(diào)整到需要的頻率，然后根據(jù)被試品的電容量調(diào)節(jié)電抗器的感抗，使系統(tǒng)諧振，產(chǎn)生高壓。適用場合一般為需要做工頻試驗(yàn)的場合。例如發(fā)電機(jī)、主變壓器等一般為可以采用變頻方式做試驗(yàn)的場合。例如電纜、GIS等電力系統(tǒng)所有容性試品。既可以是需要做工頻試驗(yàn)的場合，也可以是能采用變頻方式做試驗(yàn)的場合調(diào)感型調(diào)感型調(diào)頻型調(diào)頻型調(diào)頻調(diào)感型調(diào)頻調(diào)感型被試電容量范圍由電抗器的電抗值調(diào)節(jié)范圍決定。電抗器的