串联谐振讲义概要课件

1、串 联 谐 振 讲 义检试工区王金峰第1页，共24页。一、前言： 目前,我工区对高压电气设备的交流耐压试验多采用单台高压试验变压器试验方法以及串级变压器试验方法。但这两种方法在试验中都存在这一些不足。单台高压试验变压器试验方法存在着试验设备体积大，重量大，难于搬运，试验电源容量不易满足等缺点。串级变压器试验方法，试验设备随体积小、重量轻、便于搬运，但又存在着容量不足，难以满足变压器、电缆、电动机等大电容电气设备试验需求的缺陷。都不能满足主变、电力电缆等大容量设备的现场试验需求。鉴于此，工区新引进了HDSR-F系列调频串联谐振试验设备。第2页，共24页。苏州华电HDSR-f系列调频式串联谐振高压

2、试验设备，可对不同电压等级、不同截面、不同长度电缆的交流耐压试验，亦可用来对GIS、开关、互感器、电机、发电机定子绕组等设备进行交流耐压试验。该设备具有重量轻、电源容量需求小（仅为采用试验变压器试验时所需电源容量的1/201/80）、电压波形好、操作简便、适宜现场使用等优点。整套设备包括的主要部件有：变频控制箱、谐振电抗器、励磁变压器及电容分压器等。第3页，共24页。二、工作原理串联谐振原理图： 第4页，共24页。上图可以把它简单的替换成1个RLC串联回路当RLC电路产生谐振时，XL=XC ，此时的谐振频率为f= 1 / 2(LC),在C上将产生很高的电压 UC=QUe式中Ue为电源输入电压，

3、Q是品质因数。即在被试品上获得的电压是电源输入电压的Q倍。XL=XCwL=1/wcw2=1/LC2 f= 1/LCf= 1 / 2(LC)第5页，共24页。串联谐振的优点： 1品质因素Q值愈高，所需电源容量愈小。 2谐振电抗器L与被试电缆Cx处于谐振状态，此电路形成一个良好的滤波电路，故输出电压UCX为良好的正弦波形。 3被试电缆击穿时，失去谐振条件，高压电压和低压电流自动减小，因此不会扩大被试品的故障点。第6页，共24页。三、设备熟悉串联谐振设备由5个部件组成，分别是电抗器、励磁变、变频控制箱、分压器、负载补偿电容器。1. 电抗器 高压端连接至被试品试验端及分压器高压端。低压端与励磁变压器输

4、出高端相连。当试验电压高于电抗器额定工作电压时，应采用多个电抗器串联使用，处于高电位的电抗器其底部应加专配绝缘底座！当试验电流大于电抗器额定工作电流时，应采用多个电抗器并联使用。第7页，共24页。1.1牢记铭牌标称F-DK52/26额定电压：26kv 额定电流：2.0A 工时制：满载连续工作60分钟额定电感量: 64.6H 工作频率：32300Hz 最大负载382nf 上述的铭牌标称即为此电抗器的极限值。超过极限将可能造成人身及设备事故。第8页，共24页。1.2使用注意事项a.电抗器放置必须与周围物件保持一定安全距离。b.电抗器放置过程中严禁放置在铁板上，因为放置在铁板上将产生涡流，影响谐振试

5、验。c.电抗器串联平铺放置式使用时，第1节电抗器可直接放置在地上（输入电压低通常才几千伏，并且随设备配置了可拖地的高压引线不存在高压危险），第2节电抗器必须在底部放置转配绝缘筒。因为此时在第2节电抗器的低压端将产生第1节电抗器高压端输出的电压，根据电抗器型号不同，变频电源输出电压不同产生的高压通常都在几万伏。第9页，共24页。1.变频输入插座采用两芯快速连接插头，与机箱变频输出端相连接。额定输入电压0450V。2. 次级绕组，红色接线柱A为输出，连接电抗器低压端；上红色接线柱所对应下黑色接线柱为一个绕组，红色接线柱为绕组头，黑色接线柱为绕组尾。输出端分三种连接方式：A）并联：额定输出电压01.

6、35kVB）混联（即次绕组2并2串）：额定输出电压02.70kV。C）串联：额定输出电压05.40kV3.电流取样输出插座用于测量高压电流4.接地接线柱E励磁变输出低端，用专配接地线组接大地。42.励磁变压器 第10页，共24页。 两台励磁变压器系相同型号，可以单独或并联使用。 若要将励磁变压器并联，各自的次级绕组仍应接法相同，有且仅有接地的那台励磁变压器可接电流取样线，其余励磁变压器尾部相连，如图所示。 励磁变压器电流取样时，多台励磁变压器务必放置于绝缘体上（如放在金属板上，会出现分流，读数偏小）注意：试验接线时，应严格区分副边绕组的输出端与接地端，请依据面板提示接线！第11页，共24页。3

7、. 变频控制箱1.多功能LCD显示器 2.指针电流表 3.指针电压表 4.过压整定拨盘开关 5.功能旋钮 6.调频旋钮 7. 调压旋钮 8 RS-232接口. 9.红色带灯按钮 10. 绿色带灯按钮 11. 电源开关 12.电源输入插座 13. 变频输出插座 14. 电流取样输入插座 15. 高压取样输入插座16. 接地端子第12页，共24页。4电容分压器高压端与被试品高压端（或电抗器高压端）相连。测量输出插座采用专配的测量电缆与控制箱电压测量输入端连接。接地端子采用专配接地线按接线图指示接地。分压器与控制箱为专配专用，不得与其它设备换用。第13页，共24页。5. 负载补偿电容器1高压端额定电

8、压较高，但对地端电容量较小。2接地端用专配接地线组接地。当被试品电容量较小（如试验电缆较短）时，在试品两端并联此负载补偿电容器，使谐振频率在允许的范围内。单独使用此补偿电容器即可使系统谐振升压，用于检验设备的完好与否或对试验人员进行操作培训。注：严禁超过额定电压使用!第14页，共24页。四、试验接线电抗器并联1.电抗器的连接方式：第15页，共24页。电抗器串联第16页，共24页。串联谐振设备主要运用于被试品主绝缘耐压。其中根据两种不同形式的试验，对电抗器的配置要求也不相同。对于频率没有特殊要求的试验如：电缆试验 、高压开关 、隔离刀闸、GIS组合电器等。配置步骤：a根据试验标准选择试验电压，并

9、根据试验电压考虑电抗器的组配。如：0.5公里规格为8.7/10kv 95 mm2电缆试验10KV电缆交流耐压试验电压为2.5U0=2.5*8.7=21.75kv F-DK18/2.8电抗器额定电压为18KV，单台不能满足21.75KV，就需要此型号两台电抗器串联使用。2*18KV=36kv21.75kvb.估算或者通过仪器测量被试品的电容量，根据电容量选择电抗器组配交联电缆等效电容量参考数据电抗器的组配变压器电容量参考数据第17页，共24页。例：0.5公里规格为8.7/10kv 95 mm2电缆 估算电容量0.5*0.24=0.12f 型号为 F-DK18/2.8电抗器最大负载为0.55f。

10、0.55f0.12f 所以单台电抗器就可满足要求。但是根据第1步电压要求,需要2台电抗器串联使用。那么两台电抗器串联后，最大负载量将减小1半即0.55/2=0.275f0.12f。c.频率核算根据公式f=2(LC) /1计算频率是否超出试验要求。例：根据上两步配置需要2个电抗器串联使用则L=2*45H=90H Cx=0.12f Cb=250Pf（分压器电容量与被试品相比极小时可忽略） f=48.45Hz45Hz结论：0.5公里规格为8.7/10kv 95 mm2电缆试验可以用2台型号为F-DK18/2.8的电抗器串联组合进行试验。第18页，共24页。对于频率有特殊要求的试验（工频耐压试验） 如

11、：发电机、变压器、高压电机等a. 根据测出的被试品电容量，通过求感公式L=1/(2f)2C计算所需电感量。例; 6kv发电机的对地电容量为0.2f，要求试验频率502Hz 则L=1/(2f)2C=50.71H b. 根据已知电抗器电感量组合。 例; 型号为F-DK18/2.8电抗器的额定电感量: 23H，用2台串联使用L=2*23=46H和50.71H比较接近。 c. 根据试验标准的试验电压选择电抗器组配 例：6kv的发电机试验电压为（1000+6000*2）*0.8=10400V=10.4kv 2台电抗器串联使用额定电压为2*18kv=36kv10.4kvd. 根据公式I=2fCUC计算谐振

12、电流,与现有电抗器额定电流比较，选择组配方法。 例：I=2fCUC =0.653A 型号为F-DK18/2.8电抗器的额定电流为2.8A0.653A 结论: 根据以上4个步骤,使用2台电抗器串联使用可以满足试验需要。第19页，共24页。2.励磁变压器接线方式的选择 励磁变压器接线方式的选择，主要根据被试品的试验电压UCX与试验电流ICX来选择选择。 UCX=Q*Ue Icx=wCUcx 当励磁变压器次绕组串联时输出电压为1.35kV，额定电流5.9A。次绕组并联时输出电压为5.4kV，额定电流为1.48A。 Q为谐振回路的品质因数，其计算过程比较复杂，其数值与电抗器的特性、体积、重量等因素都有

13、很大的关系。为了方便选择接线方式，厂家根据不同设备制定了以下接线方案。接线方案第20页，共24页。1地线组布线注意事项应用专配接地线将各需接地部件连接，使得其中仅一点接到接地母线。特别注意控制箱、励磁变、分压器的接地端至地线组的O点（图7）应尽可能的短，不要任意延长接地线的长度。为减小电抗器漏磁的干扰，应将接地线组与高压取样信号线（即分压器输出线）尽可能的并行放置，布线要集中不分散，且远离电抗器，绝对避免接地线组和高压取样信号线穿梭于电抗器间！2高压设备（谐振电抗器、分压器等）接线注意事项高压设备应尽量靠近被试品，并与周围其它物体保持应有的空间距离。励磁变压器在电抗器与控制箱之间。小容量试品试

14、验时，应尽可能使高压引线等固定，减小分布电容的变化，有利于试验电压的稳定。接线注意事项：第21页，共24页。五、试验操作5.1.试验准备1. 布置试验设备，检查设备的完好性，确认连接电缆无破损、断路和短路等现象。连接线路前检查应有明显的电源断开点。2. 联接各部件，各接地部件应一点接地。3. 检查控制箱面板上“电源”开关处于关断位置，连接电源线。5. 检查控制箱面板上“过压整定”拨码开关，按动拨盘，使显示的整定值为试验电压的1.05至1.1倍。第22页，共24页。5.2.试验基本操作可利用随机所配负载补偿电容进行模拟升压试验，如能找到谐振频率并升压至额定电压，则整套设备基本正常，试验的基本操作按以下步骤进行，显示屏幕上有实时的操作提示信息，详细的功能描述及操作说明参见第七章。5.2.1. 开机接通“电源”开关，此时绿灯亮，屏幕显示厂名及参数设置界面。5.2.2. 参数设置根据试验规程及要求设置各项参数，设置完毕双击【功能】钮进入试验界面。5.2.3. 试验自动试验：按红色“高压通”按钮，红灯亮绿灯灭，主回路接通，选择【开始】即自动开始调谐、升压、计时、降压、关闭主回路、绿灯亮红灯灭、屏幕切