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在電阻、電感及電容所組成的串聯(lián)電路內(nèi)，當(dāng)容抗XC與感抗XL相等時，即XC=XL，電路中的電壓U與電流I的相位相同，電路呈現(xiàn)純電阻性，這種現(xiàn)象叫串聯(lián)諧振。當(dāng)電路發(fā)生串聯(lián)諧振時電路的阻抗Z=√R^2 +(XC-XL)^2=R，電路中總阻抗最小，電流將達到最大值。
高壓大電容量設(shè)備進行交流耐壓試驗時,試驗變壓器容量要求非常大,試驗設(shè)備笨重,而應(yīng)用串聯(lián)諧振原理可以利用電壓及容量小得多的設(shè)備產(chǎn)生所需的試驗電壓,滿足試驗要求。下面給大家介紹一下串聯(lián)諧振試驗裝置在各個領(lǐng)域的應(yīng)用。
1.在電纜試驗中的應(yīng)用
城鄉(xiāng)電網(wǎng)中電纜的大量使用,其故障時有發(fā)生。為保證交聯(lián)電纜的安全運行,國家電網(wǎng)公司對電纜交接和預(yù)防性試驗做出了新的規(guī)定,用交流耐壓試驗替代原來的直流耐壓試驗,以避免直流試驗的累積效應(yīng)對電纜造成損傷。
國際大電網(wǎng)會議(CIGRE)21.09工作組的建議導(dǎo)則提出高壓擠包絕緣電纜的現(xiàn)場試驗采用DAXZ串聯(lián)諧振試驗系統(tǒng),頻率范圍為30～300Hz。并在1997年發(fā)表的題為“高壓橡塑電纜系統(tǒng)敷設(shè)后的試驗"的總結(jié)報告中明確指出以下3條。
①由于直流電場強度按電阻率分布,而電阻率受溫度等影響較大,同時耐壓試驗過程中,終端頭的外部閃絡(luò)引起的行波可能造成絕緣損壞。
②直流耐壓試驗在很高電壓下,難以檢出相間的絕緣缺陷。
③直流電壓本身容易在電纜內(nèi)部集起空間電荷,引起電纜附件沿絕緣閃絡(luò),因波過程還會產(chǎn)生過電壓,這些現(xiàn)象迭加在一起,使局部電場增強,容易形成絕緣弱點,在試驗過程中可能導(dǎo)致絕緣擊穿,并可能在運行中引起事故。
很多電纜在交接試驗中按GB50150-2006標準進行直流耐壓試驗順利進行,但投運不久就發(fā)生絕緣擊穿事故,正常運行的電纜被直流耐壓試驗損壞的情況也時有發(fā)生。交流耐壓試驗因其電場分布符合運行實際情況,故對電纜的試驗最為有效。
通常交流電力電纜的電容量較大,試驗電流也很大,調(diào)感式設(shè)備的體積將非常巨大并且電感調(diào)節(jié)也很困難,而調(diào)頻式裝置則靈活性更強,更易于實現(xiàn)。因此,電纜現(xiàn)場交流耐壓試驗多利用變頻諧振試驗設(shè)備?？筛鶕?jù)客戶需求制造10KV、35KV、110KV、220KV、500KV電壓等級的串聯(lián)諧振試驗裝置。
2.在GIS設(shè)備中的應(yīng)用
氣體絕緣開關(guān)設(shè)備在工廠整體組裝完成以后或分單元進行調(diào)整試驗,試驗合格后以分單元運輸?shù)姆绞竭\往現(xiàn)場安裝。運輸過程中的振動、撞擊等可能導(dǎo)致GIS元件或組裝件內(nèi)堅固件松動或移位;安裝過程中,在聯(lián)結(jié)、密封等工藝處理方面可能失誤,導(dǎo)致電極表面刮傷或安裝錯位引起電極表面缺陷;安裝現(xiàn)場可能從空氣中進入懸浮塵埃。導(dǎo)電微粒雜質(zhì)等,這些在安裝現(xiàn)場通過常規(guī)試驗將難以檢查出來,對GIS的安全運行將是極大的威脅。
由于試驗設(shè)備和條件所限,早期的GIS產(chǎn)品多數(shù)未進行嚴格的現(xiàn)場耐壓試驗。事故統(tǒng)計表明沒有進行現(xiàn)場耐壓試驗的GIS大都發(fā)生了事故。因此,GIS必須進行現(xiàn)場耐壓試驗。
GIS的現(xiàn)場耐壓主要包括交流電壓、振蕩操作沖擊電壓和振蕩雷電沖擊電壓等3種試驗方法。其中交流耐壓試驗是GIS現(xiàn)場耐壓試驗最常見的方法,它能夠有效地檢查異常的電場結(jié)構(gòu)(如電極損壞)。
目前,由于試驗設(shè)備和條件所限,現(xiàn)場一般只做交流耐壓試驗。IEC517和GB7674認定對SF6氣體絕緣試驗電壓頻率在10～300Hz范圍內(nèi)與工頻電壓試驗基本等效。國內(nèi)外大多采用調(diào)頻式串聯(lián)諧振耐壓試驗裝置進行GIS現(xiàn)場交流耐壓試驗。
3.在發(fā)電機(電動機)交流耐壓試驗中的應(yīng)用
發(fā)電機定子繞組對地或相間電容量大,如300MW水輪發(fā)電機定子繞組對地電容量高達1.7～2.5μF,工頻耐壓時電容電流達到25～35A,試驗設(shè)備容量數(shù)千kVA,采用常規(guī)試驗設(shè)備時,設(shè)備笨重。更為嚴重的是用常規(guī)大容量試驗設(shè)備時,發(fā)電機定子繞組絕緣被擊穿時的故障點短路電流大,會燒損鐵芯,將造成很大的經(jīng)濟損失。根據(jù)國家標準GB/T16927.2-1997《高電壓試驗技術(shù)》第一部分6.2.1.1電壓波形的規(guī)定“試驗電壓一般應(yīng)是頻率為45～65Hz的交流電壓,通常稱為工頻試驗電壓。
