變頻諧振試驗裝置是利用無功補償原理,在完成發電機、電纜以及GIS組合電器的耐壓試驗是只需要較小容量和較低電壓的試驗電源就可以成功完成.同時,該試驗裝置還可用于變壓器、電流、電壓互感器等的現場試驗.這種試驗方法安全可靠,并能有效地檢出有絕緣缺陷的電氣設備.
1 變頻諧振試驗的原理
變頻諧振試驗的原理是利用組合設備的等效電容和已知電感量的高壓電抗器構成串聯回路,通過變頻電源調節試驗電源頻率使電路達到串聯諧振.這時,電容器和電抗器的無功功率平衡.
2 變頻諧振系統的組件
2.1 控制系統
控制系統是變頻諧振系統的心臟模塊,它包含了所有的電子及控制模塊.所有的模塊放在一個控制柜中,操作屏在控制柜的上方,操作人員可以控制所有的功能、讀取最新的測量值(電壓、頻率、電流等)、觀察系統的運行狀態.三相橋式連接變頻器的作用是將三相主電源電壓轉換成為可調幅方波電壓,通過主回路開關取得三相線電壓傳送到6脈沖轉換器整流,然后提供給電容組.方波輸出電壓由轉換橋以需要的輸出頻率產生,輸出電壓的有效值通過調整脈沖寬度實現無級可調.所有的控制信號由微處理器產生,系統產生一個預設頻率,或者自動將輸出頻率調整到諧振頻率.高壓系統根據操作人員的設置自動進行調諧,控制升壓、耐壓時間和關機.還可以通過設備的RS232接口與外部計算機聯接,從而控制整個系統進行自動測量.
2.2 勵磁變壓器
勵磁變壓器的作用是將控制單元的輸出變成諧振回路的輸入.其一次線圈和控制單元相連,二次線圈則取決于高壓回路的品質因數的期望值.勵磁變壓器可以做在電抗器的內部,或者做成獨立單元.
2.3 高壓電抗器
在諧振頻率下,電抗器與負載將勵磁方波電壓變成理想正弦波.高壓電抗器的參數選擇必須充分考慮到試品功率和頻率范圍.
2.4 多級組合型電抗器
單級電抗器組合后可以滿足回路的最優配置,保證輸出電壓和頻率范圍,每級電抗器的電壓等級可以單獨確定.這種電抗器的優點是組合方便、便于運輸,缺點是運行工況時間短.箱式電抗器是專門為電纜現場試驗設計的,為油浸式,自然冷卻電抗器.可以采用電容式瓷套管輸出,也可以采用電纜終端式回充SF6輸出.輸出的標準電纜成為系統的基本負載,與待測電纜的終端頭相連.
2.5 電壓測量系統、耦合電容器和基本負載
電壓測量系統包括一個分壓器和一個峰值電壓表,電壓表安裝在控制柜中,電壓值在操作屏上顯示.分壓器也可以當作耦合電容器和基本負載使用.在多級組合電抗器中,分壓器是獨立單元,而在SF6絕緣和箱型電抗系統中,分壓器已經安裝到電抗器中.
2.6 試驗參數
試驗參數主要包括:①試品的等效電容C:這個參數主要依靠經驗的積累,或通過生產廠家獲得;②試驗用電抗器的電感量L:原則是選擇使諧振頻率在30～300Hz;③回路的諧振頻率f:根據f=1/(2πlc)計算;④試驗電流I:根據I=ωCU計算;⑤試驗電壓U:電壓值的大小根據試驗規程具體確定.
3 變頻諧振系統的應用和優點
3.1 應用
變頻諧振系統應用,具體情況如下:①新安變、龍古變、官田變GIS的耐壓試驗;②110kV新安變、七里變、豐城變、洛舍變、西山變、高林變、前村變、塘南變等多座變電所主變的耐壓試驗;③織里變2公里長的10kV電纜耐壓試驗;④塘橋變、長超變35kV電容器電纜耐壓試驗;⑤橫街變主變電纜共計12根一次完成;⑥青山變35kV壓變耐壓.
3.2 優點
大量的現場試驗證明,變頻串聯諧振成套試驗裝置能夠很好地滿足現場試驗高壓系統的要求,具有如下優點:
(1)試驗電源容量較小,減輕了由于電源容量的不足對現場試驗的制約;
(2)試驗接線方便,操作簡單,大大縮短了試驗時間;
(3)試驗裝置體積小,電抗器采用多級或疊積式結構,便于運輸和現場安裝;
(4)安全可靠性高,變頻裝置采用的IGBT及驅動回路輸出波形失真度小,頻率輸出穩定性好;
(5)具有良好的IGBT、過電流、過電壓以及放電保護功能,能夠保護設備及人身安全.如在耐壓過程中發生擊穿時,由于電路失去諧振條件,電源輸出電流自動減小,試品兩端的電壓驟然下降,不會產生過電壓,放電能量小,因此對試驗裝置和試品不會造成較大危害;
(6)試驗的等效性較好,采用接近工頻(30～300Hz)的交流電壓作為試驗電源,無論是在等效性和一致性上都與50Hz/60Hz的工頻電源非常接近,從而保證了試驗結果的真實性和可靠性.實踐證明,使用變頻串聯諧振系統不僅節約了大量人力和物力,還減少了試驗時間及系統停電時間,提高了供電可靠性,取得了較好的經濟效益和社會效益.
