串联谐振耐压试验技术分析浅谈

鄢庆锰

摘要：高电压、大容量设备进行交流耐压试验所需的试验设备容量越来越大，现场试验如果还使用常规实验进行很难达到效果，因此使用谐振耐压的串联装置可以很好地解决这一问题。该装置具备设备体积小、试验电源电压低、功率小、能够得到很好的波形电压的特点，在橡塑电缆、气体绝缘等高电压、大容量电力设备的交流耐压试验中得到广泛的应用。在长期自身现场实践基础上，我们结合基建工程串联谐振耐压试验现场见证情况的经验，对试验中注意事项、关键点控制等方面的内容进行总结，为今后同类型试验工作的顺利开展提供借鉴。

关键词：吕联；谐振；耐压试验

1串联谐振耐压试验的原理

大容量、高电压被试品的交流耐压试验运用串联谐振的特性，将谐振电路通过励磁变压器激发出来，我们可以将电源的频率改变，从而使回路中的容抗等于感抗，使回路产生谐振，回路中无功趋于零，此时回路电流最大，即

XC——回路中容抗，Ω；

XL——回路感抗，Ω；

U——高压侧励磁变压器输出电压，V；

Im——谐振最大电流，A；

R——回路等效电阻（主要是对电抗器而言），Ω。

目前，最常见的是装置形式是变频式装置，该装置主要通过串联谐振，进行调压调频。电路中的容抗、感抗通过改变电压的频率得以实现，在这时电流也会随之产生改变，通过对电源频率进行调节，使得电路串连谐振，回路中没有无功，这时候出现的电流是最大的，而且同相位输入电压，这时候一个高出励磁电压q倍的电压就出现在电容或者电感两端。

在谐振回路中，它的品质因数Q值往往可以达到50～150，其计算式为式中UL——谐振时电感两端电压，V；

UC——谐振时电容两端电压，V。

2串联谐振耐压试验的步骤

想要对GIS进行耐压试验，就得先保证电流互感器可以实现可靠接地并且能够二次短路，并且能够在主回路完成电阻试验，并保持正常的气室压力，实验之前进行微水测量并保证合格，实验时要保证各相的外壳和导体都都被加压。在具体实验过程中还必须保证在进行实验的母线不能够接有避雷器、互感器和高压线路，实验顺序也一定要严格按照以下顺序进行：

（1）对线路通电开始加压。发现有互感器、避雷器和高压线接在线路上要及时进行甩掉。

（2）净化老练。主要是为了对GIS内的电极毛刺、导电和非导电微粒进行清除。

（3）耐压试验。这个实验主要是为了验证绝缘性能如何，需要持续进行1分钟。

3串联谐振品质因数Q的分析与控制

从试验原理可知，试验成功与否最关键的一个原因就是对Q因数的控制是否到位。在实验一些电压超过110kv的设备包括XLPE和GIS等设备时，这一类设备往往都是大体积、长引线、带电部位多暴露在空气中，在实验中除了对电阻损耗、试品的相关损耗考虑外，还应该考虑电晕损耗以及电缆极化、铁芯损耗、励磁变等众多因素。在这当中，试验品率直接影响着铁芯损耗，而且会伴随着频率的变化呈现非线性变化。对于试验中的电缆出现的极化损耗以及引线上发生的电晕损耗都会随着试验品率呈现出一种非线性变化，这种变化近似于一种平方关系。

为了使分析模型看起来更加简单，我们主要使用引线的电晕损耗、电抗器的电阻损耗和试品电导损耗为依据进行分析回路里产生的有功损耗。

试压电压直接影响着电导损耗，而且和电压的平方成比例关系，根据固有公式P=U2/R可知，线路的电导损耗在电压和电缆一定时，其值也是一定的。

对于电抗器而言电流能够影响到其直阻损耗，它们的关系表示如下：

在式子中，电感量是用L表示，直阻是用RL表示，直阻损耗是用PL表示，试压电压是用U表示，电缆容量是用C表示，回路电流是用I表示。

就电缆而言，设定电缆电容与实际电压为固定字号，对于某些情况，如果将并联互感器的反应器忽略不计，而相同的等效电容器中电抗器功率的损耗是必然的，这种情况是独立存在的。RL/L依然是反应器性能评价的重要指标。

综上所述，就某一特定试品来讲，将PC与PL设置成固定值，只有通过对电晕损失回路的相关测试才能实现实时掌控。受测试频率逐渐上升的影响，质量的实时掌控随之呈线性上升趋势，电晕损耗相应的也随之上升。

根据空气起晕场强的经验公式起始放电电压，其中，m为导线光洁系数、为相对空气密度，半径借助r来表示，实际镜像距离借助d为来表示。

以下为降低电晕所制定的方案：

（1）减少测试连接，增加测试引线半径，借助特定的防电晕线尽量采用扩径金属软管、对暴露在空气中的带电部位进行处理；

（2）在实际操作过程中适当使电源与地点的实际距离变大；

（3）就实验测试环境而言，如果是晴天，电压会在一定程度上受干燥的天气的影响。

4 GIS串联谐振耐压试验异常情况处理以及原因分析

4.1找不到谐振频率

就现场测试而言，通常会呈现出谐振频率不存在的现象，谐振电路尚未形成是其主要原因，从而不能满足共振的要求。

在对某变电站220kV GIS进行耐压试验时以放电的形式呈现。谐振频率会出现在放电之前，对于放电之后便不存在谐振频率。就样品绝缘性而言，如果实际测试结果与标准的测试结果存在一定的差距，即判定为不合格，经过实际探究可知地理信息系统的盆式绝缘子内部设置有通道空间，实时操作过程中电流会随之通过，从而导致样品与地面进行实际接触尚未形成谐振电路。

4.2试验电压不能升到所需要数值

就共振频率而言，测试电压仍然没有达到所预期的数值。在220kV发电所交流耐压测试流程中，得知对于存在谐振频率的情况，测试电压均不能实现所预期的数值，即184 kV振幅高压，140kV是实际操作过程中的高压数值。根据实际探究调查可知，就本次测试而言，励磁变压器并不是最佳选择。

4.3放电情况下故障点的查找

就220kV发电所而言，220kV GIS交流装置在实际耐压操作流程中，均会呈现出GIS设备击穿现象。在对220kV GIS B相的开关单元、管母整体对地交流耐压460kV过程中，耐压进行至7秒时发生内部击穿，后经检查退出Ⅲ段母线及#3主变、Ⅰ、Ⅱ回开关间隔，只带Ⅰ、Ⅱ段母线及#2主变开关间隔整体对地；#2主变开关母联开关断口交流耐压460kV一分钟通过。再次对Ⅲ段母线及#3主变、华竹Ⅰ、Ⅱ回开关间隔整体进行耐压，电压升至210kV时发生击穿。经检查，为华竹Ⅰ回开关间隔4QS33闸与2756甲刀闸之间的绝缘盆对地放电。

5串联谐振耐压试验小结

串联谐振耐压试验属大型试验，现场影响因素较多，因此成功率会受到影响。必须重视串联谐振品质因数Q的控制，对高压引线尽量采用扩径金属软管，并在干燥的天气情况下进行。出现找不到谐振频率、试验电压不能升到所需要数值的情况时，应从检查谐振回路各元件着手，先查回路内原因，再查周围环境原因。出现放电情况时，应逐段隔离，分段试验，直至找到故障点为止。此外必须重视现场安装质量的控制，防止粉尘颗粒等异物进入。探究分析并汇总现场测验中存在的诸多问题，这将对今后相关问题的探究调研提供理论依据，从而在实际操作过程中可以及时发现问题，并制定与之相对应的解决方案。