谐振在高压试验中的应用探析

李功勋　包遵旺

摘 要：电力系统体制的改革让电力系统的管理水平提升成为了适应市场需求的必要条件，而谐振技术在高压实验当中的作用也可以保障电能计量的有效性。传统的工频高压试验装置已经无法满足现代社会的技术要求，如何将试验效率提升，符合现阶段生产状况的需求，需要在技术上进行进一步探究。

关键词：谐振；高压实验；应用探析

中图分类号：TM835.4 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）32-0098-02

引 言

根据串联谐振装置模块一对不同电压等级与不同电容量的电容式电压进行设计，并从中获取装置的性能。本文将分析不同谐振的特征，并最终确定谐振装置，以配置方式的差异来进行比较，制定合理的电气参数。

1 谐振高压实验技术的应用现状

传统的技术方案下，试验电源和试验设备的容量需要满足电容量需求，且通常需要电抗器并联补偿和过流保护装置。如果出现试验品击穿问题，必然导致回路电容量的变化，高压试验设备很能出现损坏，且试验电源也并不能合理匹配电容量的要求。

电路的谐振现象即正弦稳态电路的特殊现象，当电路出现谐振，支路电压与电流会大于端口处的电压和电流，而谐振升压也是以此为基础，利用电路谐振时的电压差异来实现的。此时，电感与电容的电压与输入电压之间存在Q倍比例关系，Q值越大，说明电感电压与电容电压数值越大，产生设备损坏可能性也更高。谐振试验回路的出现可以通过较小的电源容量对较高电压的试验品进行试验，当回路出现串联谐振，回路电流等于励磁电压与回路电阻的比值，也说明试验对于电源容量的要求并不高[1]。另外，谐振状态的回路具有滤波功能，能够输出正常的正弦波形电压，如果试验品被击穿，其损坏程度也会因为电流减少和电压下降而保障试验安全程度。

因此，串联谐振技术在高压试验中的具体应用模式研究具有显著的现实意义，并以此为基础提出一种高效率的高压试验装置，为电力生产提供良好的技术保障。

2 谐振在高压试验中的应用装置设置

高压试验中，电路的串联谐振可以通过固定电路参数来实现电源频率的变化，即保障试验回路的容抗与感抗相同。因此，从应用模式上来看，即改变下同电容量，让回路处于谐振状态。

2.1 变频谐振装置

变频谐振装置的特征在于改变了试验电源输出频率，让回路中电抗器与串联支路发振，让试验品承受高压。例如图1所示的试验系统。

此装置的优势在于可以保障电源容量的稳定性，整个系统的规模较小，几乎可以在任何场合下使用。采用电力电子设备控制可以保障电源频率在合理的范围内进行调整，试验品容量范围得到了保障。需要注意的是，如果试验品被击穿或产生短路，谐振条件会立即被破坏，此时电压降低，电流减少，不会大幅影响试验系统。虽然采用的是固定电感，但试验品容量范围却有所保障，可以满足各种电容量设备的耐压要求，不过由于体积因素，通常适用于大型电容量试验品的试验过程，如电缆耐压试验。

2.2 调容式工频串联谐振

该试验模式的特点在于调节调谐电容器，让试验回路在50Hz的工频条件下发生谐振。试验装置的质量较轻，便于在现场进行设备的管理。相比于前文的变频谐振，该技术的输出容量较大，在50Hz工频电压的条件下使用谐振电容器进行电压测量，这说明系统不需要使用其它分压器装置。结合串联谐振的技术原理，如果试验品出现被击穿的情况，那么谐振条件会立即破坏，电压降低，同样保障了试验的安全性[2]。

但这一技术同样具有局限性。由于调谐电感的电感量与电容量固定，为了保障容抗数值与感抗数值的稳定性，只能够通过组合方式进行转变，且谐振频率固定为50Hz，采用單相供电的模式下对输入电流值的要求较高。而调压器容量不大，对于试验品容量的范围较低，如果是长距离高压电缆等设备的试验，其结果可能存在一定的误差。而本实验装置产生的是200kV以下的试验电压，通常用于110kV电压设备的情况较多，例如变电站设备的交流耐压试验。

2.3 调感式工频串联谐振

调感式工频串联谐振是调节试验品串联电抗器来实现谐振功能。该装置耐受电压范围水平较高，试验电压范围较广，220kV以下电压等级的设备试验均可以采用这一系统，在两节电抗器串联时可以承受480kV的电压。而调感式工频串联谐振的频率与调容式试验装置相同，保持在50Hz，可以改变与试验品串联电抗器电感量来实现谐振的目的。该系统的最大缺陷在于设备规模较大，且调压器容量具有一定的限制，具体适用范围应结合实际需求决定，一般情况下用于220kV开关、GIS高电压等级试验品的试验过程中。

3 高压试验电源实现方式

3.1 试验变压器

在一般的升压装置当中，工频高压是采用高压试验变压器来实现的，但由于试验电源与设备容量需要满足电容量需求，试验设备规模一般较大，如果对于大型电容量试验品，采用该模式的效率相对较低。例如在室内变电站的试验，甚至需要塔吊设备来进行辅助。

3.2 调感式串联谐振

调感式串联谐振是最符合目前试验装置的需求，它可以在较低的电压水平下就可以实现对大容量设备的升压工作，所需的电源容量要求也较低，电源只需要提供有功消耗部分即可。相比而言，不仅能减少系统质量与体积，还可以快速定位绝缘弱点，即便试验品被击穿，失去谐振条件，也能立即熄灭电弧，降低高电压，不会出现恢复过电压情况。

例如某220kV电容式电压互感器的实验过程中，分别施加额定电压的80%、100%与110%，每个测量点误差测量一次，在满载状态下测量不同电压百分数的误差，记录频率数值结果后，可以获取检定时的一些重要参数，包括变压器最大输入电压、输入电流、调压器最大输入电压、输入电流和系统频率、补偿电抗和系统Q值等。

4 结 语

本文首先对串联谐振的应用情况进行了分析，之后探究了谐振在高压试验中的具体应用模式与高压试验电源实现方式，结合监测案例实现了工频谐振系统的合理配置，结果表明，串联谐振方法可以大幅提升工作效率，保障系统安全性，相比于传统的升压试验变压器升压，在试验设备上也具有更好的性能，可以起到降低劳动强度的效果，因而能在今后的相关工作中推广使用，为电力系统提供技术支持。

参考文献

[1]马 青，徐建平，赵李江.工频不完全谐振在高压试验中的应用[J].浙江电力，2010，29（5）：22～24.

[2]马晓薇，樊培培.谐振在高压试验中的应用分析[J].山东工业技术，2018（1）：183.

收稿日期：2018-9-20