谐振原理在交流耐压试验上的灵活运用

王洪明华电国际邹县发电厂

谐振原理在交流耐压试验上的灵活运用

王洪明
华电国际邹县发电厂

谐振分为串联谐振与并联谐振两种，学会灵活运用两种谐振原理，对于交流耐压试验会产生很大的方便。

谐振；变频；品质因数；补偿

1 概述

1.1 谐振的分类

谐振按照类型分为串联谐振与并联谐振两种基本类型。

1.1.1 串联谐振

串联谐振也叫电压谐振，此时，I=U/R，UL=UC=XLI=wL/R,式中wL/R为谐振电路的品质因数Q，它代表电压比。由上式可知，电抗越大，电阻越小，则品质因数越高。电容或电感上的电压值比外加电压大得多，有时可以达到几十甚至上百倍，所以串联谐振又叫电压谐振。

1.1.2 并联谐振

并联谐振也叫电流谐振，在RLC并联谐振电路内，Y=G+j(ωC-)，谐振时，ω0=此时，电路总电流I=U/R，为理想补偿状态。在一般情况下，电路不一定能完全达到理想的电流谐振，我们只要求其电路总电流在试验仪器允许的电流范围内即可。我们根据电路确定电流公式为（忽略电路中的电阻）

1.2 交流耐压试验原理

交流耐压试验是一项检验试验对象耐受过电压能力的破坏性试验，其目的是为发现试品绝缘缺陷。试验电压越高，其发现绝缘缺陷的可能性越高，当电压达到试品最大耐受电压值时，继续升压，试品将被击穿。本论文只讨论两种耐压方式：工频耐压与变频耐压。

2 实际试验中的问题及分析

对于试品来说，相同耐受电压下，其对地电容值越大，由I= WC*U可知，其电容电流越大，对试验变压器容量要求越大。当试品对地电容值较高，在《规程》规定电压下其电容电流超过现有试验变的最大电流时，试验将无法进行。如何在不降低耐受电压的情况下将电容电流减小，以小容量试验变或者其他小容量仪器完成大电容设备的交流耐压试验，成了我们亟需解决的一项难题。

串联谐振法：我们首先考虑串联谐振，由上述原理可知，Uc= Q*U。在串联谐振中，当被试大电容设备耐受电压Uc不变时，Q越大，则电源电压越小。很小的电源电压就可以在被试品上产生所需的电压值，而回路电流由电阻来决定，与电容量无关，因此，这就为解决上述问题提供了一条可以解决的途径。

并联谐振法：接下来考虑并联谐振。当负载为容性，若要在电路中实现电流谐振，需在电路中并入电抗，当并入电抗满足ω0=1/LC时，电流为零，此为最佳谐振状态。在这种情况下，试验变给电路加压过程中，总电路电流保持零的状态，而试品分支电路中电压电流值状态基本不受影响。也可以解决上述问题。

3 解决方案

3.1 串联谐振法解决方案

由于所需设备较为沉重，串联谐振法可用来解决大型设备比如：发电机、封闭母线等大型设备的交流耐压。

3.1.1 我们首先要做的就是如何使整个耐压电路处于串联谐振状态，即：w=1/

w=2πf，一般取f=50HZ，当设备电容值C一定时，在串联回路中串入L=的电感即可达到谐振。而在实际应用中，不可能恰好找到满足与谐振的电抗器，因此，我们考虑变频谐振法。频率在45-55HZ范围内变化，通过增减电容补偿与电感补偿来实现整个电路的谐振，

3.1.2 我们可以取邹县发电厂四期#8发电机交流耐压试验为例进行分析。

（二）补偿电容的选择。

（三）励磁变的选择。

由于四台电抗器串并，需两台励磁变配合使用。（连接方式采用混连，额定输出0-2.72kV供52kV以下使用）。

（四）频率的确定

我们得出L=38.2H，C=263.3nF，则f=50.2HZ。

3.2 并联谐振法解决方案

并联谐振法一般用来解决高压电机、电缆交流耐压试验。

3.2.1 在容性负载电路中并入电抗器，当并联电路达到谐振时（理想状态），电路电流为零。由于变频谐振控制箱与励磁变较为沉重，用来做变频耐压试验不方便，我们就要考虑用小型变压器配套电抗器进行大容量设备试验。邹县电厂上千台高压电机、电缆，若全部满足工频谐振，就要保证电抗值可调。班组仅有两种型号电抗器，无法满足要求。在这种情况下，就要考虑非谐振状态：保证补偿电抗在谐振电抗点周围，提供与总电流方向相反的补偿电流，以达到减小电路总电流的目的。

4 结束语

串并联谐振是电气工作的一门基础。在日常工作中拓展思路，灵活使用串并联谐振，并配合多种小型试验仪器，在工作中可以将一项大型工作简化，缩短不必要的工作时间，从而起到化繁就简，变难为易的作用。

[1]陈天祥等.电气试验（第二版）.中国电力出版社

[2]李景禄等.高压电气设备试验与状态诊断.中国水利水电出版社

（一）电抗器的数量选择。

#8发电机所需交流耐压值为40.5kV，现有单台额定电压为23kV，电感38.2H的电抗器一套，我们要选择两台串联分压。单台电抗器额定电流为2A，在串联谐振电路中，电容电流与电抗电流相等，因此可大体估算流过电抗器电流为I=2πfCUc=3.347A，因此，需要两台电抗器并联。最终确定需四台电抗器：两串两并。总电抗值为38.2H。

王洪明（1984-），男，山东滕州人，本科，工程师，从事电气试验工作。