在電阻、電感及電容所組成的串聯(lián)電路內(nèi)，當(dāng)容抗XC與感抗XL相等時(shí)，即XC=XL，電路中的電壓U與電流I的相位相同，電路呈現(xiàn)純電阻性，這種現(xiàn)象叫串聯(lián)諧振。當(dāng)電路發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)電路的阻抗Z=√R^2 +(XC-XL)^2=R，電路中總阻抗小，電流將達(dá)到大值。

高壓大電容量設(shè)備進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)時(shí),試驗(yàn)變壓器容量要求非常大,試驗(yàn)設(shè)備笨重,而應(yīng)用串聯(lián)諧振原理可以利用電壓及容量小得多的設(shè)備產(chǎn)生所需的試驗(yàn)電壓,滿足試驗(yàn)要求。下面給大家介紹一下串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

1.在電纜試驗(yàn)中的應(yīng)用

城鄉(xiāng)電網(wǎng)中電纜的大量使用,其故障時(shí)有發(fā)生。為保證交聯(lián)電纜的安全運(yùn)行,國家電網(wǎng)公司對(duì)電纜交接和預(yù)防性試驗(yàn)做出了新的規(guī)定,用交流耐壓試驗(yàn)替代原來的直流耐壓試驗(yàn),以避免直流試驗(yàn)的累積效應(yīng)對(duì)電纜造成損傷。

大電網(wǎng)會(huì)議(CIGRE)21.09工作組的建議導(dǎo)則提出高壓擠包絕緣電纜的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)采用串聯(lián)諧振試驗(yàn)系統(tǒng),頻率范圍為30～300Hz。并在1997年發(fā)表的題為“高壓橡塑電纜系統(tǒng)敷設(shè)后的試驗(yàn)”的總結(jié)報(bào)告中明確指出以下3條。

①由于直流電場(chǎng)強(qiáng)度按電阻率分布,而電阻率受溫度等影響較大,同時(shí)耐壓試驗(yàn)過程中,終端頭的外部閃絡(luò)引起的行波可能造成絕緣損壞。

②直流耐壓試驗(yàn)在很高電壓下,難以檢出相間的絕緣缺陷。

③直流電壓本身容易在電纜內(nèi)部集起空間電荷,引起電纜附件沿絕緣閃絡(luò),因波過程還會(huì)產(chǎn)生過電壓,這些現(xiàn)象迭加在一起,使局部電場(chǎng)增強(qiáng),容易形成絕緣弱點(diǎn),在試驗(yàn)過程中可能導(dǎo)致絕緣擊穿,并可能在運(yùn)行中引起事故。

很多電纜在交接試驗(yàn)中按GB50150-2006標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)順利進(jìn)行,但投運(yùn)不久就發(fā)生絕緣擊穿事故,正常運(yùn)行的電纜被直流耐壓試驗(yàn)損壞的情況也時(shí)有發(fā)生。交流耐壓試驗(yàn)因其電場(chǎng)分布符合運(yùn)行實(shí)際情況,故對(duì)電纜的試驗(yàn)有效。

通常交流電力電纜的電容量較大,試驗(yàn)電流也很大,調(diào)感式設(shè)備的體積將非常巨大并且電感調(diào)節(jié)也很困難,而調(diào)頻式裝置則靈活性更強(qiáng),更易于實(shí)現(xiàn)。因此,電纜現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓試驗(yàn)多利用變頻諧振試驗(yàn)設(shè)備。可根據(jù)客戶需求制造10KV、35KV、110KV、220KV、500KV電壓等級(jí)的串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置。

2.在GIS設(shè)備中的應(yīng)用

氣體絕緣開關(guān)設(shè)備在工廠整體組裝完成以后或分單元進(jìn)行調(diào)整試驗(yàn),試驗(yàn)合格后以分單元運(yùn)輸?shù)姆绞竭\(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)安裝。運(yùn)輸過程中的振動(dòng)、撞擊等可能導(dǎo)致GIS元件或組裝件內(nèi)堅(jiān)固件松動(dòng)或移位;安裝過程中,在聯(lián)結(jié)、密封等工藝處理方面可能失誤,導(dǎo)致電極表面刮傷或安裝錯(cuò)位引起電極表面缺陷;安裝現(xiàn)場(chǎng)可能從空氣中進(jìn)入懸浮塵埃。導(dǎo)電微粒雜質(zhì)等,這些在安裝現(xiàn)場(chǎng)通過常規(guī)試驗(yàn)將難以檢查出來,對(duì)GIS的安全運(yùn)行將是極大的威脅。

由于試驗(yàn)設(shè)備和條件所限,早期的GIS產(chǎn)品多數(shù)未進(jìn)行嚴(yán)格的現(xiàn)場(chǎng)耐壓試驗(yàn)。事故統(tǒng)計(jì)表明沒有進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)耐壓試驗(yàn)的GIS大都發(fā)生了事故。因此,GIS必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)耐壓試驗(yàn)。

GIS的現(xiàn)場(chǎng)耐壓主要包括交流電壓、振蕩操作沖擊電壓和振蕩雷電沖擊電壓等3種試驗(yàn)方法。其中交流耐壓試驗(yàn)是GIS現(xiàn)場(chǎng)耐壓試驗(yàn)常見的方法,它能夠有效地檢查異常的電場(chǎng)結(jié)構(gòu)(如電極損壞)。

目前,由于試驗(yàn)設(shè)備和條件所限,現(xiàn)場(chǎng)一般只做交流耐壓試驗(yàn)。IEC517和GB7674認(rèn)定對(duì)SF6氣體絕緣試驗(yàn)電壓頻率在10～300Hz范圍內(nèi)與工頻電壓試驗(yàn)基本等效。國內(nèi)外大多采用調(diào)頻式串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置進(jìn)行GIS現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓試驗(yàn)。

3.在發(fā)電機(jī)(電動(dòng)機(jī))交流耐壓試驗(yàn)中的應(yīng)用

發(fā)電機(jī)定子繞組對(duì)地或相間電容量大,如300MW水輪發(fā)電機(jī)定子繞組對(duì)地電容量高達(dá)1.7～2.5μF,工頻耐壓時(shí)電容電流達(dá)到25～35A,試驗(yàn)設(shè)備容量數(shù)千kVA,采用常規(guī)試驗(yàn)設(shè)備時(shí),設(shè)備笨重。更為嚴(yán)重的是用常規(guī)大容量試驗(yàn)設(shè)備時(shí),發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣被擊穿時(shí)的故障點(diǎn)短路電流大,會(huì)燒損鐵芯,將造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T16927.2-1997《高電壓試驗(yàn)技術(shù)》第一部分6.2.1.1電壓波形的規(guī)定“試驗(yàn)電壓一般應(yīng)是頻率為45～65Hz的交流電壓,通常稱為工頻試驗(yàn)電壓。