諧振在高壓試驗中的應用探析

李功勛　包遵旺

摘 要：電力系統體制的改革讓電力系統的管理水平提升成為了適應市場需求的必要條件，而諧振技術在高壓實驗當中的作用也可以保障電能計量的有效性。傳統的工頻高壓試驗裝置已經無法滿足現代社會的技術要求，如何將試驗效率提升，符合現階段生產狀況的需求，需要在技術上進行進一步探究。

關鍵詞：諧振；高壓實驗；應用探析

中圖分類號：TM835.4 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）32-0098-02

引 言

根據串聯諧振裝置模塊一對不同電壓等級與不同電容量的電容式電壓進行設計，并從中獲取裝置的性能。本文將分析不同諧振的特征，并最終確定諧振裝置，以配置方式的差異來進行比較，制定合理的電氣參數。

1 諧振高壓實驗技術的應用現狀

傳統的技術方案下，試驗電源和試驗設備的容量需要滿足電容量需求，且通常需要電抗器并聯補償和過流保護裝置。如果出現試驗品擊穿問題，必然導致回路電容量的變化，高壓試驗設備很能出現損壞，且試驗電源也并不能合理匹配電容量的要求。

電路的諧振現象即正弦穩態電路的特殊現象，當電路出現諧振，支路電壓與電流會大于端口處的電壓和電流，而諧振升壓也是以此為基礎，利用電路諧振時的電壓差異來實現的。此時，電感與電容的電壓與輸入電壓之間存在Q倍比例關系，Q值越大，說明電感電壓與電容電壓數值越大，產生設備損壞可能性也更高。諧振試驗回路的出現可以通過較小的電源容量對較高電壓的試驗品進行試驗，當回路出現串聯諧振，回路電流等于勵磁電壓與回路電阻的比值，也說明試驗對于電源容量的要求并不高[1]。另外，諧振狀態的回路具有濾波功能，能夠輸出正常的正弦波形電壓，如果試驗品被擊穿，其損壞程度也會因為電流減少和電壓下降而保障試驗安全程度。

因此，串聯諧振技術在高壓試驗中的具體應用模式研究具有顯著的現實意義，并以此為基礎提出一種高效率的高壓試驗裝置，為電力生產提供良好的技術保障。

2 諧振在高壓試驗中的應用裝置設置

高壓試驗中，電路的串聯諧振可以通過固定電路參數來實現電源頻率的變化，即保障試驗回路的容抗與感抗相同。因此，從應用模式上來看，即改變下同電容量，讓回路處于諧振狀態。

2.1 變頻諧振裝置

變頻諧振裝置的特征在于改變了試驗電源輸出頻率，讓回路中電抗器與串聯支路發振，讓試驗品承受高壓。例如圖1所示的試驗系統。

此裝置的優勢在于可以保障電源容量的穩定性，整個系統的規模較小，幾乎可以在任何場合下使用。采用電力電子設備控制可以保障電源頻率在合理的范圍內進行調整，試驗品容量范圍得到了保障。需要注意的是，如果試驗品被擊穿或產生短路，諧振條件會立即被破壞，此時電壓降低，電流減少，不會大幅影響試驗系統。雖然采用的是固定電感，但試驗品容量范圍卻有所保障，可以滿足各種電容量設備的耐壓要求，不過由于體積因素，通常適用于大型電容量試驗品的試驗過程，如電纜耐壓試驗。

2.2 調容式工頻串聯諧振

該試驗模式的特點在于調節調諧電容器，讓試驗回路在50Hz的工頻條件下發生諧振。試驗裝置的質量較輕，便于在現場進行設備的管理。相比于前文的變頻諧振，該技術的輸出容量較大，在50Hz工頻電壓的條件下使用諧振電容器進行電壓測量，這說明系統不需要使用其它分壓器裝置。結合串聯諧振的技術原理，如果試驗品出現被擊穿的情況，那么諧振條件會立即破壞，電壓降低，同樣保障了試驗的安全性[2]。

但這一技術同樣具有局限性。由于調諧電感的電感量與電容量固定，為了保障容抗數值與感抗數值的穩定性，只能夠通過組合方式進行轉變，且諧振頻率固定為50Hz，采用單相供電的模式下對輸入電流值的要求較高。而調壓器容量不大，對于試驗品容量的范圍較低，如果是長距離高壓電纜等設備的試驗，其結果可能存在一定的誤差。而本實驗裝置產生的是200kV以下的試驗電壓，通常用于110kV電壓設備的情況較多，例如變電站設備的交流耐壓試驗。

2.3 調感式工頻串聯諧振

調感式工頻串聯諧振是調節試驗品串聯電抗器來實現諧振功能。該裝置耐受電壓范圍水平較高，試驗電壓范圍較廣，220kV以下電壓等級的設備試驗均可以采用這一系統，在兩節電抗器串聯時可以承受480kV的電壓。而調感式工頻串聯諧振的頻率與調容式試驗裝置相同，保持在50Hz，可以改變與試驗品串聯電抗器電感量來實現諧振的目的。該系統的最大缺陷在于設備規模較大，且調壓器容量具有一定的限制，具體適用范圍應結合實際需求決定，一般情況下用于220kV開關、GIS高電壓等級試驗品的試驗過程中。

3 高壓試驗電源實現方式

3.1 試驗變壓器

在一般的升壓裝置當中，工頻高壓是采用高壓試驗變壓器來實現的，但由于試驗電源與設備容量需要滿足電容量需求，試驗設備規模一般較大，如果對于大型電容量試驗品，采用該模式的效率相對較低。例如在室內變電站的試驗，甚至需要塔吊設備來進行輔助。

3.2 調感式串聯諧振

調感式串聯諧振是最符合目前試驗裝置的需求，它可以在較低的電壓水平下就可以實現對大容量設備的升壓工作，所需的電源容量要求也較低，電源只需要提供有功消耗部分即可。相比而言，不僅能減少系統質量與體積，還可以快速定位絕緣弱點，即便試驗品被擊穿，失去諧振條件，也能立即熄滅電弧，降低高電壓，不會出現恢復過電壓情況。

例如某220kV電容式電壓互感器的實驗過程中，分別施加額定電壓的80%、100%與110%，每個測量點誤差測量一次，在滿載狀態下測量不同電壓百分數的誤差，記錄頻率數值結果后，可以獲取檢定時的一些重要參數，包括變壓器最大輸入電壓、輸入電流、調壓器最大輸入電壓、輸入電流和系統頻率、補償電抗和系統Q值等。

4 結 語

本文首先對串聯諧振的應用情況進行了分析，之后探究了諧振在高壓試驗中的具體應用模式與高壓試驗電源實現方式，結合監測案例實現了工頻諧振系統的合理配置，結果表明，串聯諧振方法可以大幅提升工作效率，保障系統安全性，相比于傳統的升壓試驗變壓器升壓，在試驗設備上也具有更好的性能，可以起到降低勞動強度的效果，因而能在今后的相關工作中推廣使用，為電力系統提供技術支持。

參考文獻

[1]馬 青，徐建平，趙李江.工頻不完全諧振在高壓試驗中的應用[J].浙江電力，2010，29（5）：22～24.

[2]馬曉薇，樊培培.諧振在高壓試驗中的應用分析[J].山東工業技術，2018（1）：183.

收稿日期：2018-9-20