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串聯諧振裝置在高壓試驗中的應用
發布日期：2020-06-10 點擊：3783次
在電力系統交接預防性試驗中,交流耐壓試驗是鑒定電力設備絕緣強度的最嚴格、最有效和最直接的試驗方法之一,它對判斷電力設備能否繼續運行具有決定性的意義,也是保證設備絕緣水平,避免發生絕緣事故的重要手段。通常交流耐壓試驗設備有2種,即交流試驗變壓器和串聯諧振試驗裝置。對高壓大電容量設備進行交流耐壓試驗時,試驗變壓器容量要求非常大,試驗設備笨重,而應用串聯諧振原理可以利用電壓及容量小得多的設備產生所需的試驗電壓,滿足試驗要求。
1.串聯諧振耐壓試驗的原理和優點
串聯諧振試驗裝置可以利用諧振電抗器的電感與容性被試設備發生串聯諧振,在被試品上獲得所需的高電壓。串聯諧振的基本原理如圖1所示。
當回路發生串聯諧振時,X1=Xc,Uc=U/RXc=U/RXL。其中XL為回路感抗,Xc為回路彎抗,U為勵磁電壓,Uc為試品承受電壓。設諧振回路的品質因數為Q,則Uc=QU,即被試品上獲得的電壓為勵磁電壓的Q倍,被試品上獲得的容量也為試驗電源容量的Q倍,就實現了用低電壓小容量試驗變壓器對大容量試品進行交流耐壓試驗的目的。
調諧的方法主要有調感式和調頻式。調感式采用可調節鐵芯氣隙的電抗器,通過調節鐵芯氣隙改變電感量,使回路處于工頻諧振狀態。其缺點是噪音大、機械結構復雜,設備笨重,重量達數噸以上,搬運困難。調頻式采用固定電感電抗器,通過調節激勵電源的頻率使試驗回路達到諧振狀態。其特點是體積小、重量輕,品質因素高,使用方便,在現場試驗中已逐步取代調感式。
a)串聯諧振是諧振式電流濾波電路,能改善電源電壓波形畸變,獲得很好的正弦電壓波形,有效防止諧波尖峰對被試品的傷害。
b)在串聯諧振狀態,當被試品的絕緣薄弱點被擊穿時,回路立即失諧,試品承受的電壓迅速下降為試驗電壓的數十分之一,流過擊穿點的電流也迅速下降,大大降低了被試設備被損傷的危險,而避免了采用試驗變壓器方式做耐壓試驗時試品擊穿后的電流立即大幅上升,對試品產生嚴重破壞。
c)勵磁變壓器的容量及電壓僅有試品試驗電壓和容量的1/Q,試驗設備體積更小,重量更輕,非常有利于現場試驗。
2.串聯諧振試驗裝置的應用
2·1在電纜試驗中的應用
城鄉電網中電纜的大量使用,其故障時有發生。為保證交聯電纜的安全運行,國家電網公司對電纜交接和預防性試驗做出了新的規定,用交流耐壓試驗替代原來的直流耐壓試驗,以避免直流試驗的累積效應對電纜造成損傷。
國際大電網會議(CIGRE)21·09工作組的建議導則提出高壓擠包絕緣電纜的現場試驗采用諧振試驗系統,頻率范圍為30~300 Hz。并在1997年發表的題為“高壓橡塑電纜系統敷設后的試驗”的總結報告中明確指出以下3條。
a)由于直流電場強度按電阻率分布,而電阻率受溫度等影響較大,同時耐壓試驗過程中,終端頭的外部閃絡引起的行波可能造成絕緣損壞。
b)直流耐壓試驗在很高電壓下,難以檢出相間的絕緣缺陷。
c)直流電壓本身容易在電纜內部集起空間電荷,引起電纜附件沿絕緣閃絡,因波過程還會產生過電壓,這些現象迭加在一起,使局部電場增強,容易形成絕緣弱點,在試驗過程中可能導致絕緣擊穿,并可能在運行中引起事故。
很多電纜在交接試驗中按GB50150-91標準進行直流耐壓試驗順利進行,但投運不久就發生絕緣擊穿事故,正常運行的電纜被直流耐壓試驗損壞的情況也時有發生。交流耐壓試驗因其電場分布符合運行實際情況,故對電纜的試驗最為有效。通常交流電力電纜的電容量較大,試驗電流也很大,調感式設備的體積將非常巨大并且電感調節也很困難,而調頻式裝置則靈活性更強,更易于實現。因此,電纜現場交流耐壓試驗多利用變頻諧振試驗設備。IEC517和GB7674也認可30~300 Hz交流電壓可等效于工頻電壓,但耐壓時間應進行頻率修正。
2·2在GIS設備中的應
用氣體絕緣開關設備GIS(Gas IusulatedSwitchgear)在工廠整體組裝完成以后或分單元進行調整試驗,試驗合格后以分單元運輸的方式運往現場安裝。運輸過程中的振動、撞擊等可能導致GIS元件或組裝件內堅固件松動或移位;安裝過程中,在聯結、密封等工藝處理方面可能失誤,導致電極表面刮傷或安裝錯位引起電極表面缺陷;安裝現場可能從空氣中進入懸浮塵埃、導電微粒雜質等,這些在安裝現場通過常規試驗將難以檢查出來,對GIS的安全運行將是極大的威脅。由于試驗設備和條件所限,早期的GIS產品多數未進行嚴格的現場耐壓試驗。
事故統計表明沒有進行現場耐壓試驗的GIS大都發生了事故。因此,GIS必須進行現場耐壓試驗。GIS的現場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種試驗方法。其中交流耐壓試驗是GIS現場耐壓試驗最常見的方法,它能夠有效地檢查異常的電場結構(如電極損壞)。目前,由于試驗設備和條件所限,現場一般只做交流耐壓試驗。IEC517和GB7674認定對SF6氣體絕緣試驗電壓頻率在10~300 Hz范圍內與工頻電壓試驗基本等效。國內外大多采用調頻式串聯諧振耐壓試驗裝置進行GIS現場交流耐壓試驗。
2·3在發電機(電動機)交流耐壓試驗中的應用
發電機定子繞組對地或相間電容量大,如300 MW水輪發電機定子繞組對地電容量高達1·7~2·5μF,工頻耐壓時電容電流達到25~35 A,試驗設備容量數千kVA,采用常規試驗設備時,設備笨重。更為嚴重的是用常規大容量試驗設備時,發電機定子繞組絕緣被擊穿時的故障點短路電流大,會燒損鐵芯,將造成很大的經濟損失。
根據國家標準GB/T16927·2-1997《高電壓試驗技術》第一部分6·2·1·1電壓波形的規定“試驗電壓一般應是頻率為45~65 Hz的交流電壓,通常稱為工頻試驗電壓?！睘榱藵M足發電機交流耐壓試驗電壓頻率為工頻的要求,發電機串聯諧振裝置通常是調感式的,通過調節鐵芯氣隙改變電感從而達到工頻諧振的目的。
3.結論
因串聯諧振試驗裝置的體積、重量和所需要的電源容量遠低于采用傳統的試驗變壓器,大大減輕了現場試驗的工作量;同時諧振裝置具有組合方式靈活,對試品的破壞小等優點。因此,串聯諧振試驗裝置將在電力設備交流耐壓試驗工作中獲得越來越廣泛的應用。
