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在電阻、電感及電容所組成的串聯電路內，當容抗XC與感抗XL相等時，即XC=XL，電路中的電壓U與電流I的相位相同，電路呈現純電阻性，這種現象叫串聯諧振。當電路發生串聯諧振時電路的阻抗Z=√R^2 +(XC-XL)^2=R，電路中總阻抗小，電流將達到大值。
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。下面給大家介紹一下串聯諧振試驗裝置在各個領域的應用。
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。
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串聯諧振試驗系統,頻率范圍為30～300Hz。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。
①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。
②直流耐壓試驗在很高電壓下,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GB50150-2006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。可根據客戶需求制造10KV、35KV、110KV、220KV、500KV電壓等級的串聯諧振試驗裝置。
2.在GIS設備中的應用
氣體絕緣開關設備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10～300Hz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。
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300MW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25～35A,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45～65Hz的交流電壓,通常稱為工頻試驗電壓。
