串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)課件

串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)1模塊描述本模塊包含串聯(lián)諧振試驗(yàn)的基本概念、目的及意義、測(cè)試方法、基本測(cè)試回路接線和方法。通過(guò)串聯(lián)諧振試驗(yàn)整個(gè)理論內(nèi)容的介紹，掌握串聯(lián)諧振試驗(yàn)基本概念、試驗(yàn)接線和方法。模塊描述本模塊包含串聯(lián)諧振試驗(yàn)的基本概念、目的及意義、2

高電壓、大容量設(shè)備進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)所需的試驗(yàn)設(shè)備容量越來(lái)越大，常規(guī)工頻耐壓方法往往不能滿足現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的要求，所以現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)廣泛采用串聯(lián)諧振試驗(yàn)方法。 高電壓、大容量設(shè)備進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)所需的試驗(yàn)設(shè)備容量越來(lái)越3一、試驗(yàn)?zāi)康暮驮?/p>

由于串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置具有試驗(yàn)設(shè)備體積小、試驗(yàn)電源電壓低、功率?。▋H需提供試驗(yàn)回路中的有功功率）、試驗(yàn)電壓波形好的特點(diǎn)，因此串聯(lián)諧振試驗(yàn)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)橡塑電纜、氣體絕緣組合電器(GIS)、大型發(fā)電機(jī)組、大型電力變壓器、耦合電容器等高電壓、大容量電力設(shè)備的交流耐壓、感應(yīng)耐壓、局部放電等試驗(yàn)。一、試驗(yàn)?zāi)康暮驮?由于串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置具有試驗(yàn)設(shè)備體積小、4

大容量、高電壓被試品的交流耐壓試驗(yàn)運(yùn)用串聯(lián)諧振的原理，利用勵(lì)磁變壓器激發(fā)串聯(lián)諧振回路，通過(guò)調(diào)節(jié)電感或改變電源的輸出頻率，使回路中的感抗和容抗相等，回路呈諧振狀態(tài)，回路中無(wú)功趨于零，此時(shí)回路電流最大，見(jiàn)式（式-1）。

（式-1）式中Im——諧振時(shí)回路最大電流，A；R——為回路的等效電阻（一般主要為電抗器的內(nèi)阻），Ω； U——?jiǎng)?lì)磁變壓器高壓側(cè)的輸出電壓，V； XL——回路中感抗，Ω； XC——回路中容抗，Ω。

大容量、高電壓被試品的交流耐壓試驗(yàn)運(yùn)用串聯(lián)諧振的原理，利用5（一）調(diào)感式串聯(lián)諧振調(diào)感式串聯(lián)諧振原理接線如圖1所示。調(diào)感式串聯(lián)諧振裝置采用鐵芯氣隙可調(diào)節(jié)的高壓串聯(lián)電抗器，由于被試品的電容量是一定的，通過(guò)調(diào)節(jié)電感使回路發(fā)生工頻串聯(lián)諧振。諧振時(shí)，回路呈純阻性，回路電流等于勵(lì)磁電壓U除以回路的等效電阻R，此時(shí)回路電流最大。（一）調(diào)感式串聯(lián)諧振調(diào)感式串聯(lián)諧振原理接線如圖1所示6

圖1調(diào)感式串聯(lián)諧振原理接線T-勵(lì)磁變壓器；L-可變電感；Cx-被試品；U-勵(lì)磁電壓；R-回路等效電阻；UO-諧振時(shí)被試品兩端的電壓電感和電容兩端的電壓見(jiàn)式（式-2）。

（式-2）式中U0——諧振時(shí)被試品兩端的電壓,V L——串聯(lián)電抗器電感，H； CX——被試品電容量，F(xiàn)； ω——角頻率; Im、R、U——意義同式（式-1）。 電路諧振后電感或電容兩端的電壓U0等于Q倍的勵(lì)磁電壓U，見(jiàn)式（式-3）。

7 電路諧振后電感或電容兩端的電壓U0等于Q倍的勵(lì)磁電壓U，見(jiàn)式（式-3）。 （式-3）式中Q——回路品質(zhì)因數(shù)。 工頻串聯(lián)諧振回路品質(zhì)因數(shù)一般可達(dá)40～80，計(jì)算見(jiàn)（式-4）。 （式-4） 電路諧振后電感或電容兩端的電壓U0等于Q倍的勵(lì)磁電壓U，見(jiàn)8

工頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中是通過(guò)調(diào)整串聯(lián)電抗器的鐵芯間隙來(lái)改變電抗的，所以在調(diào)整電壓的時(shí)候，由于機(jī)械結(jié)構(gòu)的慣性，電壓有時(shí)較難控制，因此工頻串聯(lián)諧振耐壓裝置現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)．應(yīng)合理選擇品質(zhì)因數(shù)。試驗(yàn)電壓較高時(shí)，通過(guò)電容和電感的合理匹配，如并聯(lián)電抗或加補(bǔ)償電容，使回路等效電阻盡量小，提高回路品質(zhì)因數(shù)，以減小現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)需要的電源容量；試驗(yàn)電壓較低時(shí)．為了準(zhǔn)確平穩(wěn)控制試驗(yàn)電壓，品質(zhì)因數(shù)可選擇較低水平，能滿足試驗(yàn)要求即可。

諧振時(shí)串聯(lián)電抗器的電感計(jì)算見(jiàn)式（式-5）。

（式-5） 工頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中是通過(guò)調(diào)整串聯(lián)電抗器的鐵芯9（二）變頻式串聯(lián)諧振

變頻式串聯(lián)諧振交流試驗(yàn)裝置的特點(diǎn)是：調(diào)諧電抗器的重量小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，更適合大容量設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。變頻式串聯(lián)諧振原理接線如圖2所示。

圖2變頻式串聯(lián)諧振原理接線FC-變頻電源；T-勵(lì)磁變壓器；L-電感；Cx-被試品；U-勵(lì)磁電壓；R-回路等效電阻；UO-諧振時(shí)被試品兩端的電壓（二）變頻式串聯(lián)諧振 變頻式串聯(lián)諧振交流試驗(yàn)裝置的特點(diǎn)是：調(diào)10 變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)運(yùn)用串聯(lián)諧振原理,采用調(diào)頻調(diào)壓方式。當(dāng)交流電壓的頻率改變時(shí)，電路中的感抗、容抗隨之而變，電路中的電流也隨之而變，通過(guò)調(diào)節(jié)電源的頻率使感抗等于容抗，電路發(fā)生串聯(lián)諧振，回路中的無(wú)功幾乎為零，此時(shí)電流最大，且與輸入電壓同相位，使電感或電容兩端獲得一個(gè)高于勵(lì)磁電壓Q倍的電壓。變頻串聯(lián)諧振電路由于頻率調(diào)節(jié)比較精細(xì)，回路諧振時(shí)幅頻特性曲線較陡，電路的品質(zhì)因數(shù)Q值一般在50～150。變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)電路的品質(zhì)因數(shù)計(jì)算見(jiàn)式（式-6）。 （式-6）式中UL——諧振時(shí)電感兩端電壓，V；UC——諧振時(shí)電容兩端電壓，V。 變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)運(yùn)用串聯(lián)諧振原理,采用調(diào)頻調(diào)壓方式。當(dāng)交11⑴諧振頻率的計(jì)算：根據(jù)電感和電容計(jì)算頻率，頻率計(jì)算見(jiàn)（式-7）。 （式-7）式中f0——諧振頻率，Hz; L——電抗器電感量，H； C——被試品和分壓器電容，μF。⑴諧振頻率的計(jì)算：根據(jù)電感和電容計(jì)算頻率，頻率計(jì)算見(jiàn)（式-12 ⑵電感和電容中的電流計(jì)算：串聯(lián)諧振電路中流過(guò)電感的電流等于流過(guò)電容的電流，電流可按（式-8）計(jì)算。

（式-8）式中IL、IC——流過(guò)電感或電容的電流，A。 ⑵電感和電容中的電流計(jì)算：串聯(lián)諧振電路中流過(guò)電感的電流等于13

二、串聯(lián)諧振系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

（1）適用范圍廣，體積小、重量輕，試驗(yàn)容量大、試驗(yàn)電壓高。

（2）安全可靠性高，操作簡(jiǎn)潔方便，試驗(yàn)的等效性好。

（3）串聯(lián)諧振裝置對(duì)高次諧波分量回路阻抗很大，所以試品上的電壓波形好；同時(shí)若在耐壓試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生閃絡(luò)、擊穿，因失去了諧振條件，高電壓立即消失，從而使電弧立即熄滅。

（4）恢復(fù)電壓建立過(guò)程較長(zhǎng)，很容易在再次達(dá)到閃絡(luò)電壓之前控制電源跳閘．避免重復(fù)擊穿，恢復(fù)電壓并不產(chǎn)生任何過(guò)沖所引起的過(guò)電壓。 二、串聯(lián)諧振系統(tǒng)的主要特點(diǎn) （1）適用范圍廣，體積小、重量14三、串聯(lián)諧振系統(tǒng)及主要元件

1．電源 交流輸入電源為串聯(lián)諧振系統(tǒng)提供激勵(lì)能量，為保證串聯(lián)諧振系統(tǒng)正常工作，必須保證電源的容量能滿足試驗(yàn)要求。試驗(yàn)容量較大時(shí)必須采用三相交流電源。電源的輸出電流大于勵(lì)磁變壓器或變頻電源的輸入電流，勵(lì)磁變壓器或變頻電源的輸入電流按（式-9）計(jì)算。 單相：（式-9） 三相：式中——?jiǎng)?lì)磁變壓器或變頻電源的輸入電流，A； P——?jiǎng)?lì)磁變壓器或變頻電源的容量，W； ——?jiǎng)?lì)磁變壓器或變頻電源的輸入電壓，V。三、串聯(lián)諧振系統(tǒng)及主要元件 1．電源15

2．可變電感 可變電感一般工作在工頻狀態(tài)下，是在一定范圍可連續(xù)調(diào)整電感值的電抗器，其電感值變化范圍滿足設(shè)計(jì)的最小可試電容到最大可試電容的范圍，可試電容的范圍在（式-10）和（式-11）之間。 最小可試電容 （式-10）式中——最小可試電容，μF； ——可變電感的最大值，H。 最大可試電容 （式-11）式中——最大可試電容，μF； ——可變電感的最小值，H。在這一范圍內(nèi)可變電抗器輸出電流應(yīng)大于回路諧振時(shí)的電流才能滿足試驗(yàn)要求。 2．可變電感16 3．變頻電源

變頻電源是在一定范圍可連續(xù)調(diào)整頻率的電源，變頻電源分正弦波調(diào)頻電源和方波變頻電源。變頻電源輸出功率應(yīng)滿足試驗(yàn)要求，一般大于或等于勵(lì)磁變壓器的輸出容量。諧振裝置工作制應(yīng)滿足試驗(yàn)方式的要求（諧振裝置工作制是指設(shè)計(jì)諧振裝置的滿負(fù)荷允許工作時(shí)間和50%負(fù)荷的允許工作時(shí)間）。 3．變頻電源17 1)按試驗(yàn)容量估算，試驗(yàn)容量等于電感或電容兩端的試驗(yàn)電壓乘以流過(guò)它們電流，可按（式-12）計(jì)算。 （式-12） 根據(jù)式（式-6）可導(dǎo)出，諧振時(shí)系統(tǒng)的輸入容量比試驗(yàn)容量小Q倍，所以可以根據(jù)試驗(yàn)容量估算出勵(lì)磁變壓器容量，見(jiàn)（式-13）。 （式-13）式中——試驗(yàn)容量，VA。 Q值的選擇。容量小于100kVA時(shí)品質(zhì)因數(shù)應(yīng)不小于15，容量在100kVA～400kVA時(shí)品質(zhì)因數(shù)應(yīng)不小于30，容量大于400kVA時(shí)品質(zhì)因數(shù)應(yīng)大于40。 1)按試驗(yàn)容量估算，試驗(yàn)容量等于電感或電容兩端的試驗(yàn)電壓乘18 2)按回路諧振時(shí)的電流計(jì)算，見(jiàn)（式-14）。 （式-14）式中——?jiǎng)?lì)磁變壓器容量，VA； ——試驗(yàn)回路諧振時(shí)電流，A; UN——?jiǎng)?lì)磁變壓器高壓側(cè)額定電壓，V。 U0——試驗(yàn)回路諧振時(shí)電抗器或電纜兩端電壓，U0=UL=UC。 2)按回路諧振時(shí)的電流計(jì)算，見(jiàn)（式-14）。195．諧振電抗器 諧振電抗器用于與試驗(yàn)回路中的電容進(jìn)行諧振，以獲得高電壓。諧振電抗器與可變電感比較，由于沒(méi)有機(jī)械系統(tǒng)，所以容量可以做的比較大。在試驗(yàn)頻率范圍內(nèi)，可試電容范圍在（式-15）和（式-16）之間。 最小可試電容： （式-15）式中——最小可試電容，μF；——最高試驗(yàn)頻率，Hz; ——電抗器電感值，H。5．諧振電抗器 諧振電抗器用于與試驗(yàn)回路中的電容進(jìn)行諧振，以20 最大可試電容： （式-16）式中——最大可試電容，μF；——最低試驗(yàn)頻率，Hz; ——電抗器電感值，H。諧振電抗器的額定電壓應(yīng)滿足試驗(yàn)電壓的要求，其額定容量應(yīng)滿足試驗(yàn)容量的要求。 最大可試電容：21

6．電容分壓器

電容分壓器直接測(cè)量高壓側(cè)電壓并提供保護(hù)信號(hào)，諧振系統(tǒng)計(jì)算各參數(shù)時(shí)應(yīng)考慮電容分壓器的電容量。

7．電容補(bǔ)償器

電容補(bǔ)償器用于補(bǔ)償試驗(yàn)回路電感，使試驗(yàn)回路滿足諧振條件和試驗(yàn)要求，電容補(bǔ)償器額定電壓應(yīng)滿足試驗(yàn)要求。 6．電容分壓器22 8．各部件的連接與匹配（1）電源線的選擇和連接。電源線截面一定要滿足要求，連接牢固并盡量短。 （2）根據(jù)試驗(yàn)電壓和Q值選擇勵(lì)磁變低壓側(cè)和高壓側(cè)抽頭，以滿足試驗(yàn)要求，勵(lì)磁變輸出電壓可用高壓絕緣導(dǎo)線與串聯(lián)電抗連接。 （3）采用正弦波變頻電源時(shí)，由于采用晶體管模擬電路，輸出與負(fù)載很好的匹配才能獲得最大輸出。接線時(shí)，反復(fù)調(diào)整勵(lì)磁變低壓側(cè)和高壓側(cè)抽頭，使變頻電源輸出電壓最高為止，變頻電源輸出電壓最好不低于晶體管電路工作電壓的一半。 8．各部件的連接與匹配23四、試驗(yàn)接線和步驟

（一）調(diào)感式串聯(lián)諧振試驗(yàn)四、試驗(yàn)接線和步驟 （一）調(diào)感式串聯(lián)諧振試驗(yàn)241、試驗(yàn)接線 調(diào)感式串聯(lián)諧振試驗(yàn)接線如圖3所示。

圖3調(diào)感式串聯(lián)諧振試驗(yàn)接線 T1-調(diào)壓器；T2-勵(lì)磁變壓器；L-可變電感；CX-被試品；C1、C2-電容分壓器高、低壓臂電容；U-勵(lì)磁電壓；PV-電壓表；UO-諧振時(shí)電感或電容兩端的電壓1、試驗(yàn)接線252、試驗(yàn)步驟 （1）合理布置試驗(yàn)設(shè)備，并檢查試驗(yàn)設(shè)備是否安放穩(wěn)固。 （2）試驗(yàn)前應(yīng)測(cè)量被試品絕緣電阻，然后按圖3進(jìn)行接線，并檢查接線和分壓器檔位是否正確。 （3）檢查試驗(yàn)電源的容量應(yīng)符合試驗(yàn)要求，先合上試驗(yàn)電源開(kāi)關(guān)，再合上控制回路電源，檢查和傳動(dòng)調(diào)壓器電機(jī)升、降壓和可變電感機(jī)械系統(tǒng)是否正常，然后將電感量指示器調(diào)至中間位置。

2、試驗(yàn)步驟26（4）檢查調(diào)壓器零位，合上主回路開(kāi)關(guān)。 （5）適當(dāng)調(diào)節(jié)調(diào)壓器輸出電壓，使高壓回路電壓達(dá)到試驗(yàn)電壓的3～5%。仔細(xì)調(diào)節(jié)電感至諧振點(diǎn)，使試品兩端電壓最高。按要求均勻調(diào)節(jié)電壓至試驗(yàn)電壓，升壓過(guò)程中應(yīng)密切監(jiān)視高壓回路，監(jiān)聽(tīng)被試品有何異響，到達(dá)試驗(yàn)時(shí)間后，迅速將電壓降到零，切斷主回路和控制回路開(kāi)關(guān)，拉開(kāi)試驗(yàn)電源開(kāi)關(guān)，對(duì)被試品放電，試驗(yàn)結(jié)束。 注意：試驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)將兩節(jié)可調(diào)電感的鐵芯間隙調(diào)至最小位置，便于以后試驗(yàn)的拼裝，同時(shí)避免運(yùn)輸時(shí)拉動(dòng)鐵芯。（4）檢查調(diào)壓器零位，合上主回路開(kāi)關(guān)27（二）變頻式串聯(lián)諧振試驗(yàn)

1．試驗(yàn)接線

變頻式串聯(lián)諧振試驗(yàn)接線如圖4所示。

圖4變頻式串聯(lián)諧振試驗(yàn)接線FC-變頻電源；T-勵(lì)磁變壓器；L-諧振電抗器；CX-被試品；C1、C2-電容分壓器高、低壓臂電容（二）變頻式串聯(lián)諧振試驗(yàn) 1．試驗(yàn)接線28

2.試驗(yàn)步驟 （1）合理布置試驗(yàn)設(shè)備，檢查諧振電抗器是否安放穩(wěn)固。將勵(lì)磁變、諧振電抗器和被試設(shè)備的外殼及分壓器接地端接地。 （2）試驗(yàn)前應(yīng)測(cè)量被試設(shè)備的絕緣電阻，然后按圖4進(jìn)行接線，并檢查接線和分壓器檔位。 （3）檢查試驗(yàn)電源的容量應(yīng)符合試驗(yàn)要求，先合上試驗(yàn)電源開(kāi)關(guān)，再合上變頻電源的控制電源和工作電源開(kāi)關(guān)，穩(wěn)定后合上變頻電源主回路開(kāi)關(guān)，設(shè)定保護(hù)電壓為試驗(yàn)電壓的1.1～1.2倍。

2.試驗(yàn)步驟29（4）開(kāi)始升壓，必須按規(guī)定的升壓速度從零開(kāi)始均勻地升壓，先旋轉(zhuǎn)電壓調(diào)節(jié)旋鈕，把輸出功率比調(diào)節(jié)到2%或試驗(yàn)電壓的3～5%，通過(guò)旋轉(zhuǎn)頻率調(diào)節(jié)旋鈕改變系統(tǒng)頻率的大小，觀察勵(lì)磁電壓和試驗(yàn)電壓的數(shù)值。當(dāng)勵(lì)磁電壓為最小、同時(shí)試驗(yàn)電壓為最大時(shí)，這個(gè)時(shí)候的頻率就是系統(tǒng)的諧振頻率。 （5）系統(tǒng)諧振后，按要求均勻調(diào)節(jié)電壓至試驗(yàn)電壓，升壓過(guò)程中應(yīng)密切監(jiān)視高壓回路，監(jiān)聽(tīng)被試品有何異響，到達(dá)試驗(yàn)時(shí)間后，將電壓降到零，切斷主回路、控制回路和工作電源開(kāi)關(guān)，拉開(kāi)試驗(yàn)電源開(kāi)關(guān)，對(duì)被試品放電，試驗(yàn)結(jié)束。

（4）開(kāi)始升壓，必須按規(guī)定的升壓速度從零開(kāi)始均勻30

注意：純正弦變頻電源輸出與負(fù)載匹配很好才能獲得最大輸出。試驗(yàn)時(shí)若輸出電流、電壓不能滿足試驗(yàn)要求，應(yīng)反復(fù)調(diào)整勵(lì)磁變低壓側(cè)和高壓側(cè)抽頭，使變頻電源輸出電壓最高為止。變頻電源輸出電壓最好不低于額定輸出電壓的50%。注意：純正弦變頻電源輸出與負(fù)載匹配很好才能獲得最大31

五、試驗(yàn)注意事項(xiàng) ⑴試驗(yàn)電源的容量必須滿足試驗(yàn)要求。

⑵為減小電暈損失，提高Q值，高壓引線宜采用大直徑金屬軟管，并盡量短。 ⑶試驗(yàn)裝置的過(guò)流、過(guò)壓保護(hù)必須靈敏可靠，勵(lì)磁變高壓側(cè)應(yīng)裝避雷器。 ⑷試驗(yàn)時(shí)必須在較低電壓下調(diào)整諧振頻率，然后才可以升壓進(jìn)行試驗(yàn)。 ⑸濕度對(duì)品質(zhì)因數(shù)值影響很大，因此試驗(yàn)應(yīng)在干燥的天氣情況下進(jìn)行。 五、試驗(yàn)注意事項(xiàng) ⑴試驗(yàn)電源的容量必須滿足試驗(yàn)要求。32

六、對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析判斷試驗(yàn)中如無(wú)破壞性放電發(fā)生，則認(rèn)為通過(guò)耐壓試驗(yàn)。在升壓和耐壓過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)電壓表指針擺動(dòng)很大，電流表指示急劇增加，電壓往上升方向調(diào)節(jié)，電流上升、電壓基本不變甚至有下降趨勢(shì)，被試品冒煙、出氣、焦臭、閃絡(luò)、燃燒或發(fā)出擊穿響聲（或斷續(xù)放電聲），應(yīng)立即停止升壓，降壓停電后查明原因。這些現(xiàn)象如查明是絕緣部分出現(xiàn)的，則認(rèn)為被試品交流耐壓試驗(yàn)不合格。如確定被試品的表面閃絡(luò)是由于空氣濕度或表面臟污等所致，應(yīng)將被試品清潔干燥處理后，再進(jìn)行試驗(yàn)。被試品為有機(jī)絕緣材料時(shí)，試驗(yàn)后應(yīng)立即觸摸表面，如出現(xiàn)普遍或局部發(fā)熱，則認(rèn)為絕緣不良，應(yīng)立即處理后，再做耐壓試驗(yàn)。

六、對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析判斷試驗(yàn)中如無(wú)破壞性放電33思考與作業(yè)2、串聯(lián)諧振試驗(yàn)時(shí)為什么高壓引線宜采用大直徑金屬軟管，并要求盡量短？1、變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)時(shí)，如何計(jì)算諧振頻率？思考與作業(yè)2、串聯(lián)諧振試驗(yàn)時(shí)為什么高壓引線宜采用大直徑金屬軟謝謝！祝愿大家身體健康，工作順利，萬(wàn)事如意！謝謝！祝愿大家身體健康，工作順利，萬(wàn)事如意！串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)36模塊描述本模塊包含串聯(lián)諧振試驗(yàn)的基本概念、目的及意義、測(cè)試方法、基本測(cè)試回路接線和方法。通過(guò)串聯(lián)諧振試驗(yàn)整個(gè)理論內(nèi)容的介紹，掌握串聯(lián)諧振試驗(yàn)基本概念、試驗(yàn)接線和方法。模塊描述本模塊包含串聯(lián)諧振試驗(yàn)的基本概念、目的及意義、37

高電壓、大容量設(shè)備進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)所需的試驗(yàn)設(shè)備容量越來(lái)越大，常規(guī)工頻耐壓方法往往不能滿足現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的要求，所以現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)廣泛采用串聯(lián)諧振試驗(yàn)方法。 高電壓、大容量設(shè)備進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)所需的試驗(yàn)設(shè)備容量越來(lái)越38一、試驗(yàn)?zāi)康暮驮?/p>

由于串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置具有試驗(yàn)設(shè)備體積小、試驗(yàn)電源電壓低、功率?。▋H需提供試驗(yàn)回路中的有功功率）、試驗(yàn)電壓波形好的特點(diǎn)，因此串聯(lián)諧振試驗(yàn)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)橡塑電纜、氣體絕緣組合電器(GIS)、大型發(fā)電機(jī)組、大型電力變壓器、耦合電容器等高電壓、大容量電力設(shè)備的交流耐壓、感應(yīng)耐壓、局部放電等試驗(yàn)。一、試驗(yàn)?zāi)康暮驮?由于串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置具有試驗(yàn)設(shè)備體積小、39

大容量、高電壓被試品的交流耐壓試驗(yàn)運(yùn)用串聯(lián)諧振的原理，利用勵(lì)磁變壓器激發(fā)串聯(lián)諧振回路，通過(guò)調(diào)節(jié)電感或改變電源的輸出頻率，使回路中的感抗和容抗相等，回路呈諧振狀態(tài)，回路中無(wú)功趨于零，此時(shí)回路電流最大，見(jiàn)式（式-1）。

（式-1）式中Im——諧振時(shí)回路最大電流，A；R——為回路的等效電阻（一般主要為電抗器的內(nèi)阻），Ω； U——?jiǎng)?lì)磁變壓器高壓側(cè)的輸出電壓，V； XL——回路中感抗，Ω； XC——回路中容抗，Ω。

大容量、高電壓被試品的交流耐壓試驗(yàn)運(yùn)用串聯(lián)諧振的原理，利用40（一）調(diào)感式串聯(lián)諧振調(diào)感式串聯(lián)諧振原理接線如圖1所示。調(diào)感式串聯(lián)諧振裝置采用鐵芯氣隙可調(diào)節(jié)的高壓串聯(lián)電抗器，由于被試品的電容量是一定的，通過(guò)調(diào)節(jié)電感使回路發(fā)生工頻串聯(lián)諧振。諧振時(shí)，回路呈純阻性，回路電流等于勵(lì)磁電壓U除以回路的等效電阻R，此時(shí)回路電流最大。（一）調(diào)感式串聯(lián)諧振調(diào)感式串聯(lián)諧振原理接線如圖1所示41

圖1調(diào)感式串聯(lián)諧振原理接線T-勵(lì)磁變壓器；L-可變電感；Cx-被試品；U-勵(lì)磁電壓；R-回路等效電阻；UO-諧振時(shí)被試品兩端的電壓電感和電容兩端的電壓見(jiàn)式（式-2）。

（式-2）式中U0——諧振時(shí)被試品兩端的電壓,V L——串聯(lián)電抗器電感，H； CX——被試品電容量，F(xiàn)； ω——角頻率; Im、R、U——意義同式（式-1）。 電路諧振后電感或電容兩端的電壓U0等于Q倍的勵(lì)磁電壓U，見(jiàn)式（式-3）。

42 電路諧振后電感或電容兩端的電壓U0等于Q倍的勵(lì)磁電壓U，見(jiàn)式（式-3）。 （式-3）式中Q——回路品質(zhì)因數(shù)。 工頻串聯(lián)諧振回路品質(zhì)因數(shù)一般可達(dá)40～80，計(jì)算見(jiàn)（式-4）。 （式-4） 電路諧振后電感或電容兩端的電壓U0等于Q倍的勵(lì)磁電壓U，見(jiàn)43

工頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中是通過(guò)調(diào)整串聯(lián)電抗器的鐵芯間隙來(lái)改變電抗的，所以在調(diào)整電壓的時(shí)候，由于機(jī)械結(jié)構(gòu)的慣性，電壓有時(shí)較難控制，因此工頻串聯(lián)諧振耐壓裝置現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)．應(yīng)合理選擇品質(zhì)因數(shù)。試驗(yàn)電壓較高時(shí)，通過(guò)電容和電感的合理匹配，如并聯(lián)電抗或加補(bǔ)償電容，使回路等效電阻盡量小，提高回路品質(zhì)因數(shù)，以減小現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)需要的電源容量；試驗(yàn)電壓較低時(shí)．為了準(zhǔn)確平穩(wěn)控制試驗(yàn)電壓，品質(zhì)因數(shù)可選擇較低水平，能滿足試驗(yàn)要求即可。

諧振時(shí)串聯(lián)電抗器的電感計(jì)算見(jiàn)式（式-5）。

（式-5） 工頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中是通過(guò)調(diào)整串聯(lián)電抗器的鐵芯44（二）變頻式串聯(lián)諧振

變頻式串聯(lián)諧振交流試驗(yàn)裝置的特點(diǎn)是：調(diào)諧電抗器的重量小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，更適合大容量設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。變頻式串聯(lián)諧振原理接線如圖2所示。

圖2變頻式串聯(lián)諧振原理接線FC-變頻電源；T-勵(lì)磁變壓器；L-電感；Cx-被試品；U-勵(lì)磁電壓；R-回路等效電阻；UO-諧振時(shí)被試品兩端的電壓（二）變頻式串聯(lián)諧振 變頻式串聯(lián)諧振交流試驗(yàn)裝置的特點(diǎn)是：調(diào)45 變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)運(yùn)用串聯(lián)諧振原理,采用調(diào)頻調(diào)壓方式。當(dāng)交流電壓的頻率改變時(shí)，電路中的感抗、容抗隨之而變，電路中的電流也隨之而變，通過(guò)調(diào)節(jié)電源的頻率使感抗等于容抗，電路發(fā)生串聯(lián)諧振，回路中的無(wú)功幾乎為零，此時(shí)電流最大，且與輸入電壓同相位，使電感或電容兩端獲得一個(gè)高于勵(lì)磁電壓Q倍的電壓。變頻串聯(lián)諧振電路由于頻率調(diào)節(jié)比較精細(xì)，回路諧振時(shí)幅頻特性曲線較陡，電路的品質(zhì)因數(shù)Q值一般在50～150。變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)電路的品質(zhì)因數(shù)計(jì)算見(jiàn)式（式-6）。 （式-6）式中UL——諧振時(shí)電感兩端電壓，V；UC——諧振時(shí)電容兩端電壓，V。 變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)運(yùn)用串聯(lián)諧振原理,采用調(diào)頻調(diào)壓方式。當(dāng)交46⑴諧振頻率的計(jì)算：根據(jù)電感和電容計(jì)算頻率，頻率計(jì)算見(jiàn)（式-7）。 （式-7）式中f0——諧振頻率，Hz; L——電抗器電感量，H； C——被試品和分壓器電容，μF。⑴諧振頻率的計(jì)算：根據(jù)電感和電容計(jì)算頻率，頻率計(jì)算見(jiàn)（式-47 ⑵電感和電容中的電流計(jì)算：串聯(lián)諧振電路中流過(guò)電感的電流等于流過(guò)電容的電流，電流可按（式-8）計(jì)算。

（式-8）式中IL、IC——流過(guò)電感或電容的電流，A。 ⑵電感和電容中的電流計(jì)算：串聯(lián)諧振電路中流過(guò)電感的電流等于48

二、串聯(lián)諧振系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

（1）適用范圍廣，體積小、重量輕，試驗(yàn)容量大、試驗(yàn)電壓高。

（2）安全可靠性高，操作簡(jiǎn)潔方便，試驗(yàn)的等效性好。

（3）串聯(lián)諧振裝置對(duì)高次諧波分量回路阻抗很大，所以試品上的電壓波形好；同時(shí)若在耐壓試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生閃絡(luò)、擊穿，因失去了諧振條件，高電壓立即消失，從而使電弧立即熄滅。

（4）恢復(fù)電壓建立過(guò)程較長(zhǎng)，很容易在再次達(dá)到閃絡(luò)電壓之前控制電源跳閘．避免重復(fù)擊穿，恢復(fù)電壓并不產(chǎn)生任何過(guò)沖所引起的過(guò)電壓。 二、串聯(lián)諧振系統(tǒng)的主要特點(diǎn) （1）適用范圍廣，體積小、重量49三、串聯(lián)諧振系統(tǒng)及主要元件

1．電源 交流輸入電源為串聯(lián)諧振系統(tǒng)提供激勵(lì)能量，為保證串聯(lián)諧振系統(tǒng)正常工作，必須保證電源的容量能滿足試驗(yàn)要求。試驗(yàn)容量較大時(shí)必須采用三相交流電源。電源的輸出電流大于勵(lì)磁變壓器或變頻電源的輸入電流，勵(lì)磁變壓器或變頻電源的輸入電流按（式-9）計(jì)算。 單相：（式-9） 三相：式中——?jiǎng)?lì)磁變壓器或變頻電源的輸入電流，A； P——?jiǎng)?lì)磁變壓器或變頻電源的容量，W； ——?jiǎng)?lì)磁變壓器或變頻電源的輸入電壓，V。三、串聯(lián)諧振系統(tǒng)及主要元件 1．電源50

2．可變電感 可變電感一般工作在工頻狀態(tài)下，是在一定范圍可連續(xù)調(diào)整電感值的電抗器，其電感值變化范圍滿足設(shè)計(jì)的最小可試電容到最大可試電容的范圍，可試電容的范圍在（式-10）和（式-11）之間。 最小可試電容 （式-10）式中——最小可試電容，μF； ——可變電感的最大值，H。 最大可試電容 （式-11）式中——最大可試電容，μF； ——可變電感的最小值，H。在這一范圍內(nèi)可變電抗器輸出電流應(yīng)大于回路諧振時(shí)的電流才能滿足試驗(yàn)要求。 2．可變電感51 3．變頻電源

變頻電源是在一定范圍可連續(xù)調(diào)整頻率的電源，變頻電源分正弦波調(diào)頻電源和方波變頻電源。變頻電源輸出功率應(yīng)滿足試驗(yàn)要求，一般大于或等于勵(lì)磁變壓器的輸出容量。諧振裝置工作制應(yīng)滿足試驗(yàn)方式的要求（諧振裝置工作制是指設(shè)計(jì)諧振裝置的滿負(fù)荷允許工作時(shí)間和50%負(fù)荷的允許工作時(shí)間）。 3．變頻電源52 1)按試驗(yàn)容量估算，試驗(yàn)容量等于電感或電容兩端的試驗(yàn)電壓乘以流過(guò)它們電流，可按（式-12）計(jì)算。 （式-12） 根據(jù)式（式-6）可導(dǎo)出，諧振時(shí)系統(tǒng)的輸入容量比試驗(yàn)容量小Q倍，所以可以根據(jù)試驗(yàn)容量估算出勵(lì)磁變壓器容量，見(jiàn)（式-13）。 （式-13）式中——試驗(yàn)容量，VA。 Q值的選擇。容量小于100kVA時(shí)品質(zhì)因數(shù)應(yīng)不小于15，容量在100kVA～400kVA時(shí)品質(zhì)因數(shù)應(yīng)不小于30，容量大于400kVA時(shí)品質(zhì)因數(shù)應(yīng)大于40。 1)按試驗(yàn)容量估算，試驗(yàn)容量等于電感或電容兩端的試驗(yàn)電壓乘53 2)按回路諧振時(shí)的電流計(jì)算，見(jiàn)（式-14）。 （式-14）式中——?jiǎng)?lì)磁變壓器容量，VA； ——試驗(yàn)回路諧振時(shí)電流，A; UN——?jiǎng)?lì)磁變壓器高壓側(cè)額定電壓，V。 U0——試驗(yàn)回路諧振時(shí)電抗器或電纜兩端電壓，U0=UL=UC。 2)按回路諧振時(shí)的電流計(jì)算，見(jiàn)（式-14）。545．諧振電抗器 諧振電抗器用于與試驗(yàn)回路中的電容進(jìn)行諧振，以獲得高電壓。諧振電抗器與可變電感比較，由于沒(méi)有機(jī)械系統(tǒng)，所以容量可以做的比較大。在試驗(yàn)頻率范圍內(nèi)，可試電容范圍在（式-15）和（式-16）之間。 最小可試電容： （式-15）式中——最小可試電容，μF；——最高試驗(yàn)頻率，Hz; ——電抗器電感值，H。5．諧振電抗器 諧振電抗器用于與試驗(yàn)回路中的電容進(jìn)行諧振，以55 最大可試電容： （式-16）式中——最大可試電容，μF；——最低試驗(yàn)頻率，Hz; ——電抗器電感值，H。諧振電抗器的額定電壓應(yīng)滿足試驗(yàn)電壓的要求，其額定容量應(yīng)滿足試驗(yàn)容量的要求。 最大可試電容：56

6．電容分壓器

電容分壓器直接測(cè)量高壓側(cè)電壓并提供保護(hù)信號(hào)，諧振系統(tǒng)計(jì)算各參數(shù)時(shí)應(yīng)考慮電容分壓器的電容量。

7．電容補(bǔ)償器

電容補(bǔ)償器用于補(bǔ)償試驗(yàn)回路電感，使試驗(yàn)回路滿足諧振條件和試驗(yàn)要求，電容補(bǔ)償器額定電壓應(yīng)滿足試驗(yàn)要求。 6．電容分壓器57 8．各部件的連接與匹配（1）電源線的選擇和連接。電源線截面一定要滿足要求，連接牢固并盡量短。 （2）根據(jù)試驗(yàn)電壓和Q值選擇勵(lì)磁變低壓側(cè)和高壓側(cè)抽頭，以滿足試驗(yàn)要求，勵(lì)磁變輸出電壓可用高壓絕緣導(dǎo)線與串聯(lián)電抗連接。 （3）采用正弦波變頻電源時(shí)，由于采用晶體管模擬電路，輸出與負(fù)載很好的匹配才能獲得最大輸出。接線時(shí)，反復(fù)調(diào)整勵(lì)磁變低壓側(cè)和高壓側(cè)抽頭，使變頻電源輸出電壓最高為止，變頻電源輸出電壓最好不低于晶體管電路工作電壓的一半。 8．各部件的連接與匹配58四、試驗(yàn)接線和步驟

（一）調(diào)感式串聯(lián)諧振試驗(yàn)四、試驗(yàn)接線和步驟 （一）調(diào)感式串聯(lián)諧振試驗(yàn)591、試驗(yàn)接線 調(diào)感式串聯(lián)諧振試驗(yàn)接線如圖3所示。

圖3調(diào)感式串聯(lián)諧振試驗(yàn)接線 T1-調(diào)壓器；T2-勵(lì)磁變壓器；L-可變電感；CX-被試品；C1、C2-電容分壓器高、低壓臂電容；U-勵(lì)磁電壓；PV-電壓表；UO-諧振時(shí)電感或電容兩端的電壓1、試驗(yàn)接線602、試驗(yàn)步驟 （1）合理布置試驗(yàn)設(shè)備，并檢查試驗(yàn)設(shè)備是否安放穩(wěn)固。 （2）試驗(yàn)前應(yīng)測(cè)量被試品絕緣電阻，然后按圖3進(jìn)行接線，并檢查接線和分壓器檔位是否正確。 （3）檢查試驗(yàn)電源的容量應(yīng)符合試驗(yàn)要求，先合上試驗(yàn)電源開(kāi)關(guān)，再合上控制回路電源，檢查和傳動(dòng)調(diào)壓器電機(jī)升、降壓和可變電感機(jī)械系統(tǒng)是否正常，然后將電感量指示器調(diào)至中間位置。

2、試驗(yàn)步驟61（4）檢查調(diào)壓器零位，合上主回路開(kāi)關(guān)。 （5）適當(dāng)調(diào)節(jié)調(diào)壓器輸出電壓，使高壓回路電壓達(dá)到試驗(yàn)電壓的3～5%。仔細(xì)調(diào)節(jié)電感至諧振點(diǎn)，使試品兩端電壓最高。按要求均勻調(diào)節(jié)電壓至試驗(yàn)電壓，升壓過(guò)程中應(yīng)密切監(jiān)視高壓回路，監(jiān)聽(tīng)被試品有何異響，到達(dá)試驗(yàn)時(shí)間后，迅速將電壓降到零，切斷主回路和控制回路開(kāi)關(guān)，拉開(kāi)試驗(yàn)電源開(kāi)關(guān)，對(duì)被試品放電，試驗(yàn)結(jié)束。 注意：試驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)將兩節(jié)可調(diào)電感的鐵芯間隙調(diào)至最小位置，便于以后試驗(yàn)的拼裝，同時(shí)避免運(yùn)輸時(shí)拉動(dòng)鐵芯。