串聯(lián)諧振在電力工程系統的廣泛高效的應用
按照電氣設備交接試驗要求,變壓器、GIS系統、SF6斷路器、電流互感器、電力電纜、套管等容性設備交接時(shí)需進(jìn)行交流耐壓試驗。采用傳統的工頻電壓試驗法進(jìn)行容性設備交流耐壓試驗時(shí),升壓試驗變壓器笨重、龐大,且現場(chǎng)大電流試驗電源不易取得。與傳統試驗方法相比較,變頻串聯(lián)諧振具有輸入電源容量小、設備重量輕,品質(zhì)因數高,并具有自動(dòng)調諧、多重保護、組合方式靈活等優(yōu)點(diǎn)。
串聯(lián)諧振原理分析
在電阻、電感及電容所組成的串聯(lián)電路中,當容抗與感抗相等時(shí),電路中的電壓與電流相位相同,電路呈現純電阻性,此即為串聯(lián)諧振。當電路發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí),電路的阻抗Z=R,此時(shí)回路總阻抗值*小,回路電流*大值。
電路諧振時(shí)阻抗值*小,當端口電壓一定時(shí),電路電流將達到*大值,且該值的大小僅與電阻的阻值有關(guān)而與電感和電容無(wú)關(guān)。諧振時(shí)電感電壓與電容電壓數值相等、相位相反,為總電壓的Q倍,即。RLC串聯(lián)電路的電流是電源頻率的函數,在電路的電感L、電容C和電源電壓US不變的情況下,不同的R值得到不同的Q值。
為了研究電路參數對諧振特性的影響,通常采用通用諧振曲線(xiàn),為串聯(lián)諧振電路的通用諧振曲線(xiàn)。通用諧振曲線(xiàn)的形狀只與Q值有關(guān),且曲線(xiàn)形狀越尖銳,電路的選頻性能越好。幅值大于峰值的0.707倍所對應的頻率范圍為通帶寬,理論推導可得,由該式可知通帶寬與品質(zhì)因數成反比。
變頻串聯(lián)諧振的工程應用分析
變頻串聯(lián)諧振其諧振頻率,其中L為電抗器的電感值,如有幾個(gè)電抗器串并聯(lián)使用應考慮互感的影響;C為被試品及分壓電容器的和,現場(chǎng)可以用電橋或介損儀進(jìn)行實(shí)際測量獲得。高壓電流I=2πfCU,由被試品的電氣參數和出廠(chǎng)耐壓試驗值,可確定現場(chǎng)的耐壓試驗電壓U;有功功率P=1.2(P0+PK),其中P0為勵磁變空載損耗,PK為電抗器額定有功損耗。
在現場(chǎng)試驗中,通常采用16mm2以上的裸銅線(xiàn)接地,裸銅線(xiàn)其寄生電感在μH數量級,約0.1-1μH/m,直流電阻約0.1mΩ,如果接地線(xiàn)有彎曲環(huán)繞現象,電感量可增加到10-1000μH/m。試品絕緣通常在交流電壓的正峰值或負峰值被擊穿,試品被擊穿瞬間試品上的電壓*高,擊穿后試品上的電壓跌落到零的時(shí)間一般在0.1-10μs之間,具體情況與擊穿點(diǎn)的實(shí)際情況有關(guān)。從放電能量上看,即使放電時(shí),試品的*小電容量只有0.002μF,實(shí)際試驗時(shí)試品電容量遠大于該值。如以放電時(shí)頻率為100kHz、地線(xiàn)寄生電感為1μH、放電電流為1000A計算,地線(xiàn)的寄生感抗XL==0.628Ω,地線(xiàn)可能產(chǎn)生的過(guò)電壓Ud=If,XL=1000×0.628=628V。如果地線(xiàn)連接不規范,寄生電感就會(huì )增大很多,產(chǎn)生的過(guò)電壓可能更大,可危及變頻電源及人身**。所以高壓試驗系統必須一點(diǎn)可靠接地,分壓器的接地點(diǎn)與大地的連接線(xiàn)應盡量短,接地線(xiàn)應粗、直、短,從而保證試驗**。
變頻串聯(lián)諧振在工程中的應用范例分析
以某變電站220kV GIS導體對外殼耐壓試驗為例,產(chǎn)品出廠(chǎng)試驗電壓導體對地為460kV,現場(chǎng)交接試驗電壓值為出廠(chǎng)試驗的80%,即368kV。試驗設備采用變頻式串聯(lián)諧振耐壓試驗裝置,試驗按電氣設備交接試驗標準和規程進(jìn)行。試驗時(shí)GIS設備所有氣室均充額定壓力SF6氣體且微水測量合格,架空線(xiàn)、電力變壓器、避雷器和保護間隙與GIS隔離開(kāi)。導體對外殼耐壓加壓試驗時(shí),220kV GIS試驗電壓由#1主變220kV側套管處施加,每次一相,其他兩相與接地的外殼短接。
為進(jìn)行GIS導體對外殼交流耐壓試驗,試驗前先用介損儀在該變#1主變220kV側測得各相對地電容,并根據被試設備電容量估算所需電感以及試驗電流及容量,各相對地電容量。根據理論計算進(jìn)行準備試驗工作,現場(chǎng)試驗實(shí)際諧振頻率為73.8Hz,試驗過(guò)程中未發(fā)生設備部件的閃絡(luò )、放電,且試驗前后試品絕緣無(wú)明顯變化,設備順利通過(guò)交流耐壓試驗。