串联谐振在高压电气设备试验的实践探讨

串联谐振在高压电气设备试验的实践探讨

杨成秀

（青海送变电工程有限公司青海西宁810000）

摘要：文章以串联谐振在电气设备实验为研究对象，首先对串联谐振装置应用原理进行了简单的阐述分析，随后研究分析了串联谐振的应用优势，最后对串联谐振在高压电气设备实验的实践应用进行了研究分析以供参考。

关键词：串联谐振；高压电气设实验；实践应用

前言：

绝缘系统是电气设备最为关键的部位之一，同时该部位也最容易发生故障，对于电气设备安全性造成不利影响，基于此，为保证电气设备能够正常安全运行，就需要定期对电气设备进行交流耐压实验，但在传统实验方式下，其对设备及电源要求较高，极大限制了实验的可行性与操作性，通过将串联谐振装置应用其中，可以使得交流耐压实验难度得到有效降低，为实验平稳顺利运行提供有力的保障。

一、串联谐振装置应用原理

串联谐振实验装置又被称为串联谐振，在具体方式上分为调感式或调频式，主要由励磁变压器、变频电源、电容分压器、电抗器等组成，被试品的电抗器与电容共同构成串联谐振方式，而对于分压器来说，其是并联在被试品上，主要作用即是对被试品上的谐振电压进行测量，并作为过压保护信号。我们已知，在串联回路中，若回路的频率时，那么回路就会产生谐振，对于此时的被试品来说，其电压是励磁变压器输出电压的Q倍，这里的Q具体指的是系统品质因素，简单来说即是电压谐振倍数，一般情况下分为几十到一百不等。具体来说，先对变频电源的输出频率进行调节，从而使得回路产生串联谐振，基于此条件下，再对变频输出电压进行调节，从而使得被试品电压达到实验值，在回路谐振的影响下，变频电源依靠较小的输出电压就可以在被试品上产生较高的实验电压。

二、串联谐振的应用优势

（一）可以有效减少电源容量

由于串联谐振装置主要是通过利用被试品的电容与谐振电抗器产生的谐振，从而获得实际需要的较高强度的电压与电流，因此在整个装置系统中之中，电源只需要满足整个系统中有功消耗部分即可，从而极大减少了电源的实际容量，在具体实验中，电源的功率只需要达到实验容量的1/Q倍即可，这里的Q同上，指的是系统品质因素。

（二）有效减小了设备的体积与重量

在串联谐振的电源中，不仅省去了体积庞大的大功率调压装置，同时也不再需要普通大功率工频实验变压器，并且在此基础上，由于电源的功率只需要达到实验容量的1/Q，从而极大有效减小了设备的体积与重量，一般情况下，串联谐振系统装置一般为普通装置的1/5至1/10，从而有效提升了实验的可操作性与可行性。

（三）对电压输出波形进行了有效的改善

由于谐振电源的电路为谐振式滤波电路，在这一电路下，其使得电压输出波形的到了有效的改善，对输出电压波形畸变进行了良好的纠正，获得很好的正弦波，从而对谐波峰值出现的异常变化引起的对被试品造成误击穿问题进行了有效的预防。

（四）有防止强度较大的短路电流对故障点的烧伤

在串联电路处于谐振状态下时，当被试品存在的绝缘弱点被强大电流击穿时，此时的串联电路会立即脱离谐振状态，简单来说即是电容量发生了异常变化，难以满足谐振条件，此时回路中的电流会快速下降，并回到正常实验电流的1/Q，而采用传统的实验变压器方式或者采用并联谐振方式进行相应交流耐压实验，击穿电流会更高，一般会直接上升至几十倍，因此两者进行相比，短路电流与击穿电流相差数百倍，因此串联谐振能够及时找出绝缘弱点，又避免了强度较大的短路电流对故障点烧伤问题，优势较为明显。

（五）不会有任何恢复过电压出现

当被试品发生击穿闪络时，由于失去了谐振条件，那么高电压也会立即消失，此时产生的电弧会立即熄灭，触发串联谐振装置的保护回路动作，及时切断输出，有效防止相关电气设备出现烧伤问题，提升实验安全。

三、串联谐振在高压电气设备实验的实践应用

（一）电力电缆交流耐压试验

目前从国内电力电缆使用现状来看，原本的充油油纸绝缘的电力电缆已逐渐被淘汰，并逐渐被XLPE交联聚乙烯绝缘电力电缆所代替，而对于传统的直流耐压方法来说，其在交联电缆的试验中存在这很多问题，尤其是近几年，从很多国际的研究机构的研究结果来看，全都表明直流耐压试验对交联电缆造成一定的危害；我国的一些研究机构也提出，交联聚乙烯电缆在直流耐压试验中在于空间电荷效应的影响下，实际电场强度要远远比电缆绝缘的工作电场强度要高出很多，最高可达到11倍，虽然电场强度还没有达到击穿电缆的条件，通过直流耐压试验的电缆的绝缘性也已遭到严重损伤，在这种形式之下，人们逐渐开始重视使用非直流的方法对交联电缆进行耐压试验，并且在GB50150—2006标准中，其也对交联电缆的交流耐压试验进行了明确的规定，规定中表明在进行交联电缆的交流耐压试验时应优先采用10至300Hz交流电压，并且对于18至30kV以上电压等级的交联电缆必须经过交流耐压试验检验，实验实践一般为1h，试验电压值通常要小于相对额定电压，基于交联电缆是大电容量试品的特点，因此选择串联谐振试验方法不仅操作简单，并且对电压输出波形进行了有效的改善，所以串联谐振在交联电缆交流耐压试验得到广泛的应用。

（二）发电机交流耐压试验的应用

在传统的交流耐压试验下，由于发电机质量与体积较大，本身对实验操作就会带来一定不变，在加上这些大容量设备进行正常运行时，一旦发电机的定子绕组绝缘出现故障，例如被高强度电流击穿，那么就会很容易出现电流短路故障，从而严重后果损坏铁芯损坏。针对这一问题，可以在进行发电机交流耐压试验中应用串联谐振装置，可以有效将上述问题解决，该装置可以有效借助于铁芯气隙改变电感，从而满足工作谐振条件，进而有效避免了发电机中铁芯损坏问题。

（三）气体绝缘开关设备中的应用

对于气体绝缘开关设备来说，在完成设备组装之后，需要进行单元式调整试验，但由于之前在进行设备运输的过程中，难免会出现磕碰或震动，从而导致了气体开关设备组件出现了松动或位移问题，对于设备的安全性能造成一定影响，甚至会造成一定的经济损失。基于此，为保证设备安全性良好，就要在现场对设备进行耐压试验，针对气体绝缘的开关设备在现场进行耐压试验时，通常会采用交流耐压试验法，在该种试验方法下，能够对气体绝缘开关设备中快速进行相应检验，并检查电场结构是否存在异常。通常情况下在气体绝缘开关设备中均采用串联谐振试验装置进行现场交流耐压试验，电压波形趋近于正弦，并且两个半波可以完全相同。

总结：

综上所述，电气高压设备试验是检验电气设备绝缘性能的重要手段，通过在高压电气设备中应该串联谐振装置，可以有效保障高压设备安全性能。基于此，需要我们认识到串联谐振装置原理，并了解谐振装置自身在高压设备实验中的优势，最后通过对串联谐振在高压电气设备实验的实践应用加以总结，对于试验的可行性提升具有一定程度的帮助。

参考文献：

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