串联谐振耐压试验电路品质因数的分析与控制

串联谐振耐压试验电路品质因数的分析与控制

张小娟

（国网山西省电力公司检修分公司山西省太原市030032）

摘要：本文主要分析了串联谐振耐压试验电路品质因数，明确了串联谐振耐压试验电路品质因数的具体的内容，思考了串联谐振耐压试验电路品质因数的控制的方法。

关键词：串联谐振耐压试验；电路品质；因数

前言

在串联谐振耐压试验电路品质因数方面，我们应该更加深入的进行分析，明确串联谐振耐压试验电路品质因数的内容，同时也要做好串联谐振耐压试验电路品质因数的控制工作。

1、串联谐振耐压试验的原理

大容量、高电压被试品的交流耐压试验运用串联谐振的特性，将谐振电路通过励磁变压器激发出来，我们可以将电源的频率改变，从而使回路中的容抗等于感抗，使回路产生谐振，回路中无功趋于零，此时回路电流最大，即

XC——回路中容抗，Ω；

XL——回路感抗，Ω；

U——高压侧励磁变压器输出电压，V；

Im——谐振最大电流，A；

R——回路等效电阻（主要是对电抗器而言），Ω。

目前，最常见的是装置形式是变频式装置，该装置主要通过串联谐振，进行调压调频。电路中的容抗、感抗通过改变电压的频率得以实现，在这时电流也会随之产生改变，通过对电源频率进行调节，使得电路串连谐振，回路中没有无功，这时候出现的电流是最大的，而且同相位输入电压，这时候一个高出励磁电压q倍的电压就出现在电容或者电感两端。

在谐振回路中，它的品质因数Q值往往可以达到50~150，其计算式为式中UL——谐振时电感两端电压，V；

UC——谐振时电容两端电压，V。

想要对GIS进行耐压试验，就得先保证电流互感器可以实现可靠接地并且能够二次短路，并且能够在主回路完成电阻试验，并保持正常的气室压力，实验之前进行微水测量并保证合格，实验时要保证各相的外壳和导体都都被加压。在具体实验过程中还必须保证在进行实验的母线不能够接有避雷器、互感器和高压线路，实验顺序也一定要严格按照以下顺序进行：

（1）对线路通电开始加压。发现有互感器、避雷器和高压线接在线路上要及时进行甩掉。

（2）净化老练。主要是为了对GIS内的电极毛刺、导电和非导电微粒进行清除。

（3）耐压试验。这个实验主要是为了验证绝缘性能如何，需要持续进行1分钟。

2、试验回路对品质因数Q的影响与控制

交流耐压试验是鉴定电力设备绝缘强度的最严格、最有效和最直接的试验方法之一，也是确保设备绝缘水平、避免发生绝缘事故的重要手段。

交流耐压试验虽对发现绝缘缺陷有效，但受试验条件限制。600MW以上水轮发电机耐压试验因电容电流较大（2.0~2.5μF），目前这样的高电压试验变压器及调压器尚不够普遍。在工频条件下，由于被试品电容量较大，或者试验电压要求较高，对试验装置的电源容量相应的也有较高的要求，传统的工频耐压装置（交流耐压试验变压器）往往单件体积大、重量重、不便于现场搬运，而且不便于任意组合，灵活性较差。相比，串联谐振试验装置（体积与重量约为传统试验变压器的1/4~1/5）体积小、重量轻、易搬动，而且是分件式设计，便于根据现场需求灵活配置电抗器的个数，大大降低了劳动强度，提高工作效率。串联谐振试验装置广泛用于电力、冶金、石油、化工等行业，适用于大容量，高电压的电容性试品的交接和预防性试验。

2.135kV及以下XLPE串联谐振品质因数Q的分析与控制

图1串联谐振等效电路图

图1中，R表示回路损耗的等效电阻。当试验回路谐振时，回路损耗包括励磁变压器直阻损耗和铁芯损耗，电抗器直阻损耗和铁芯损耗，被试设备电导损耗和极化损耗以及试验引线的电晕损耗等。

对35kV及以下XLPE进行交流耐压试验时，往往采用小型串联谐振成套试验设备，试验回路中励磁变压器损耗和电抗器铁芯损耗可以忽略。由于试验设备较紧凑，试验引线较短且电缆头及引线结合处的屏蔽较好处理，所以将试验回路的电晕损耗纳入到试品的等效电阻损耗，对影响回路品质因数的有功损耗以电抗器直阻损耗和被试设备的电导损耗为分析依据。

当设备电容量较大、XLPE中间接头较多，尤其是试验环境潮湿时，电缆的等效有功损耗电阻决定了回路总损耗电阻。即RC大于RL时，在满足试验频率范围的条件下，适当增加补偿电抗器的电感量L，即采取补偿电抗器串联的方法，能有效提高谐振回路的品质因数。

当设备电容量较小、XLPE中间头较少、试验环境干燥时，电抗器的电导损耗电阻决定了回路的总损耗电阻，即RL远大于RC时，在满足试验频率范围的条件下，适当减少电抗器的直流电阻RL，即采取补偿电抗器并联减小电感量L，同样能提高谐振回路的品质因数。

2.2110kV及以上GIS串联谐振品质因数Q的分析与控制

对于110kV及以上GIS或XLPE等电气设备进行交流耐压试验过程中，由于试验设备体积较大、试验引线较长、引线及带电部位暴露在空气中的部位较多，试验回路的损耗除了考虑电抗器的直流电阻损耗、试品等效有功损耗外，还需考虑试验回路引线的电晕损耗以及综合考虑励磁变、电抗器铁芯损耗、被试电缆的极化损耗等。其中，励磁变和电抗器的铁芯损耗与试验频率有关，且随着频率的增加非线性增加。试验引线的电晕损耗和被试电缆的极化损耗同样随着试验频率的增加以近似平方关系非线性增加。

为简化分析模型，回路有功损耗主要以电抗器直流电阻损耗、试品电导损耗以及试验引线的电晕损耗为分析依据。

被试电缆的电导损耗与试验电压有关，且与电压的平方成正比，根据P=U2／R可知，被试电缆和试验电压一定时，电缆的电导损耗即可视为一定。

2、控制品质因数的注意点

2.1试验回路调整后，试验频率需满足规程要求。关于串联谐振的频率范围的讨论一直较多，有许多不同意见。国际大电网会议CIGRE中相关的工作组在90年代中期，对电缆试验频率的适用范围做了大量的基础研究工作，得出了频率在30～300Hz范围内的结论，XLPE内部的机械损伤、水树枝等典型绝缘缺陷的击穿特性没有明显差别。这也充分说明了在不同频率下，电缆内部电压分布基本相同，形成了较宽的频率适用范围的试验条件。

我国江苏、广东等地区对电缆谐振试验的频率范围要求都已经写入地方试验规程，以《江苏省电力设备交接和预防性试验规程》为例，对橡塑电缆串联谐振试验的频率范围推荐为30～75Hz的近似工频。但是根据国际大电网的研究结论，现场实践中，还可以适当放宽频率要求，从而给电抗器串并联方式的选择留有一定的空间。

2.2试验回路调整后，需满足试验电流不超过电抗器的额定输出电流，试验电压不超过电抗器的额定电压。该注意点已为现场试验人员普遍掌握，不再阐述。串联谐振耐压试验属大型试验，现场影响因素较多，因此成功率会受到影响。必须重视串联谐振品质因数Q的控制，对高压引线尽量采用扩径金属软管，并在干燥的天气情况下进行。出现找不到谐振频率、试验电压不能升到所需要数值的情况时，应从检查谐振回路各元件着手，先查回路内原因，再查周围环境原因。出现放电情况时，应逐段隔离，分段试验，直至找到故障点为止。此外必须重视现场安装质量的控制，防止粉尘颗粒等异物进入。探究分析并汇总现场测验中存在的诸多问题，这将对今后相关问题的探究调研提供理论依据，从而在实际操作过程中可以及时发现问题，并制定与之相对应的解决方案。

3、结束语

综上所述，本文总结了串联谐振耐压试验电路品质因数的内容，提出了串联谐振耐压试验电路品质因数的控制的方法，明确了具体的措施，可供今后参考。

参考文献：

[1]徐青龙，周文华.串联谐振耐压试验电路品质因数的分析与控制[J].江西电力职业技术学院学报，2017，24（4）：12-15.