工频不完全谐振在高压试验中的应用

马 青，徐建平，赵李江

（1.浙江省火电建设公司，杭州 310016；2.浙江省电力公司，杭州 310007）

火电厂厂房内的中压电气设备主要包括6 kV等级的交流感应电动机、真空断路器、电流互感器、电压互感器、干式变压器、电力电缆、母线等；20～35 kV等级的断路器、电流互感器、电压互感器、绝缘子、油浸式变压器、干式变压器和封闭母线等。这些设备不但电压等级不一，容量也各不相同。根据电气装置安装工程电气设备交接试验标准，这些中压设备都应进行工频交流耐压试验。如果只用试验变压器，需要多台且很大的容量才能满足要求。

为减少试验设备，提高工作效率，提出了工频不完全谐振的试验方法，即利用并联谐振和串联谐振的原理，提高试验电压，减少试验电流。

1 几种工频不完全谐振

1.1 工频并联补偿

工频并联补偿是在试验变压器的额定电压能满足试验电压的要求，但电流达不到被试品所需试验电流的情况下，采用并联谐振对电流加以补偿，解决容量不足的问题，原理接线如图1所示。

图1 工频并联补偿原理图

由于现场设备试验电压各不相同，如果用这种方法进行现场试验，需要配置5～6台不同容量和不同电压等级的变压器，以满足现场的要求，并且每台变压器基本只能对一类或者两类现场设备进行交流耐压试验。

1.2 工频串联补偿

串联补偿主要用于试验变压器的额定电压不能满足所需试验电压，但电流容量能满足被试品试验电流的情况下，试验接线如图2所示。

图2 工频串联补偿原理图

被试品CX上的电压取决于试验回路中电流的大小，其值可高于试验变压器输出电压许多倍。但试验电流受到试验变压器一次额定电流范围的限制，对于现场电容量很小或很大的设备，很难通过这种方法进行交流耐压试验。

1.3 工频串并联补偿

串并联混合补偿是在试验变压器的额定电压和额定电流都不能满足试验要求时，同时运用串、并联谐振线路，通称串并联补偿法，其原理如图3所示。

图3 串并联混合补偿原理图

使L2对CX欠补偿，即并联后仍呈容性负荷，再与L1形成串联谐振，这样能同时满足试验电压和电流的要求。对不同试验电压或者不同容量的被试品，常采用图3接线。虽然被试电气设备的电压和电容量各不相同，但只要合理配置电抗器和电容器以及试验变压器，采用这种试验方式就可以完成所有电气设备的交流耐压试验。

2 实际应用和分析

2.1 电气设备的试验参数

以100 MW的火电机组为例，将中压电气设备的试验参数列入表1。

表1 被试验中压电气设备试验参数

根据表1并结合以往的试验方法，通常需要配置5台不同类型的试验变压器和若干电抗器（6个左右），由于工频并联补偿时变压器利用效率较低，而工频串并联补偿灵活高效，所以提出用两台试验变压器加若干电抗器和一个电容器串并联混合补偿，完成全厂的工频交流耐压试验。

对于表1中的低试验电压设备和小容量低试验电压设备，只需要进行简单的交流耐压试验。

2.2 大容量低试验电压设备

大容量低试验电压设备主要是指6 kV电力电缆和较长母线。以6 kV电力电缆交流耐压试验作为实例结合工频串并联补偿法进行分析。

根据交联聚乙烯电缆每千米的电容量和发电厂实际电缆长度计算，电缆电容量一般在0.42 μF以下，即一般电容电流小于2.0 A。根据图3的串并联补偿原理图，并结合6 kV电动机交流耐压试验和其他低压电气设备的交流耐压试验要求，选择1台10 kV，600 mA的变压器作为试验变压器。根据试验变压器容量并考虑余量，选择在试验电压为15 kV时补偿0.5 A左右的电抗器，经计算可以得出电抗器电感量大约为95 H。由于一般设备电容电流小于2.0 A，故需要3个95 H电抗器用于并联补偿。为了方便电抗器的配备和通用性原则，提出再增加1～3个95H电抗器用于串联谐振。

表2是部分电缆的计算和实际试验数据，其中电抗器3个（95 H，27 kV），变压器1台10 kV，6 kVA，基本完成了15 kV的试验电压，电容电流在1.5 A以下的电力电缆交流耐压试验工作。

表2 部分电力电缆交流耐压计算和实测参数

与并联补偿相比，增加了前期准备工作（对现场设备电容值的测量），提高了技术难度，但减少了1台试验变压器，提高了设备有效利用率和工作效率。

2.3 小容量高试验电压设备

小容量高试验电压设备主要有高压开关、电流互感器、电压互感器、绝缘子、干式变压器等。由于这些设备基本无对地电容（或者很小），如果需要利用串联谐振，只要增加1个电容器就能满足需求。利用100 kV试验电压，可以得出需要的电容器电容值大于18 nF，而由于变压器最大电流为600 mA，因此又要求电容器电容值要小于19 nF。因此选取18 nF，100 kV的补偿电容器。

2.4 大容量高试验电压设备

大容量高试验电压设备主要是高压厂用变压器和封闭母线。以某台100 MW机组高压厂变为例：高压厂变高压侧电容值17.98 nF，试验电压68 kV，电容电流0.384 A。如果利用串联谐振，只需6个95 H的电抗器加上1台10 kV、6 kVA的试验变压器即可完成试验。电厂封闭母线长度差异不大，一般在额定试验电压时电容电流不大于0.2 A，因此可用18 nF、100 kV的电容器增大电容值，完成试验。

2.5 试验中应注意的问题

工频不完全谐振 （工频并联补偿、工频串联补偿、工频串并联补偿）在现场应用中，还应注意以下几点：

（1）试验电压必须直接在被试品两端测量。（2）电抗器应满足电流和绝缘强度的要求。

（3）并联补偿要求过流速断保护可靠动作。

（4）串并联补偿除了电流保护和电压保护外，还必须保持回路中并联补偿后的容性状态，以保证串联补偿的效果。

（5）本文中补偿用电抗器直流电阻为750 Ω左右，而电感量为95 H，在工频状态下阻抗远大于直流电阻，所以忽略不计，实际中如果参数有变化必须要重新考虑。

3 结论

工频不完全谐振已普遍应用于电力设备交流耐压试验，但以往主要是用工频并联补偿，无法同时满足试验电流和电压的要求，需要多个试验变压器和电抗器组合，不仅浪费较大，而且设备利用和工作效率低下。如果能灵活运用工频不完全谐振，不但可以减少试验变压器数量，也可以利用其灵活性有效增加设备利用率，减少设备的现场搬运工作量，提高工作效率。

[1]GB 50150-2006电气装置安装工程电气设备交接试验标准[S].北京：中国计划出版社，2006.

[2]四川电力试验研究所.高压电气设备试验方法[M].北京：中国电力电力出版社，2001.