谐振在高压试验中的应用

王朝刚，郑会平

（1.国网河南省电力公司检修公司，河南 郑州 450006；2.国网河南省电力公司郑州供电公司，河南 郑州 450006）

0 引 言

检测电气设备的绝缘强度时可以运用交流耐压的方式进行，这决定着电气设备的投入使用情况。随着电力系统压力的增加，运用交流耐压试验十分必要，可以提高电力系统运行过程中的安全性。它的现场试验难度较大，交流耐压试验可以通过谐振法进行。

1 谐振装置的优点和注意事项

1.1 谐振装置的优点

高压试验中，谐振成套试验装置可以满足其现场试验高压系统的要求，因为其试验电源容量小，大大减小了对现场试验的制约。此外，它的试验接线方便，通过简单的操作大大缩短了试验时间，且运输和现场安装也非常方便。电抗器是多级或叠积式结构，试验装置体积小，安全性和可靠性较高，频率输出稳定性好。因为变频装置运用IGBT和驱动回路，使得输出的波形失真度小。谐振可以提高设备和人身的安全性，具有IGBT、过电流、过电压和放电保护的作用。如果耐压过程中发生击穿现象，电源的输出电流会自动减小。因为其电路失去了谐振条件，降低了试品两端的电压，放电能量小，没有过电压的产生，降低了对试验装置和试品带来的影响。高压试验中的等效性较好，试验电源的交流电压工频为30～300 Hz，与50 Hz/60 Hz工频电源的等效性和一致性接近，试验结果更加真实可靠[1]。谐振系统可以大大缩短试验时间和系统停电时间，在节约人力物力的同时，提升供电可靠性，具有更好的经济效益和社会效益。

1.2 谐振装置使用的要点

通常由专业人员操作谐振装置产品。这一高压试验设备需要反复操作训练，所以使用前需详细阅读设备使用说明书。操作人员需要在2人以上，并确保试验的正确安全，遵循有关高压试验的安全作业标准和规程。同时，要接对各连接线，特别是接地线，防止试验装置受到损坏。在进行设备试验使用时，设置安全距离，试验场地的安全区域才可以划分。这样其他人在靠近时也不会受到不必要的伤害，也有利于高电压或超高电压输出更加可靠接地。高压试验的谐振装置试验系统产生高电压利用的是谐振电抗器与被试品电容串联谐振[2]。如果发现试验设备产生的电压难以满足高电压要求，根据现场破坏串联谐振的条件，试验人员要查看回路的接通等情况。在串联谐振装置试验系统中，电压和电流都有其要求。容量相同的普通试验变压器不能作为选取的替代品，要与电压和电流的适合情况相结合。在谐振设备保养维护时，要使用湿布和中性的清洁剂清洁，不能使用溶剂和研磨剂。

2 谐振在高压试验中的应用

2.1 耐压试验中的应用

高压试验中电路的高压由串联谐振电路产生，在耐压试验中得到了广泛应用。装置试验时要运用电压谐振，因为变电站中的断路器、间隔设备以及隔离开关等装置具有容性装置的特点。励磁变可以为高压耐压试验汇总的无功补偿提供有功，再通过电抗器实现，这样试验才可以顺利进行[3]。因为谐振电路的运行过程中无功消耗不会出现，此时电路中输出电流与电压发生改变，需改变励磁变压器的变比，保证可以满足电路的要求。

2.2 低压绕组耐压试验中的应用

500 kV单相无励磁调压变压器的额定容量为120/167/250 MVA，所以在500 kV的变电站中使用这一变压器。在高压试验过程中，励磁变压器、变频谐振电源和高压电抗器是主要的使用设备。在设备出厂试验中，要保证试验电压与实验的具体要求相吻合，所以可以设定电压为60 kV。主变压器的试验报告中，有电路中的低压绕组对高压绕组、中压绕组和地电容量。串联电抗器在低压绕组的耐压试验中要使用单节的，参数为400 H。计算时可以发现，电抗器的电流值为1.1 A，谐振频率为43.2 Hz。中性点耐压试验中，串联电抗器一节为400 H，此时谐振频率为57.9 Hz，电流为0.8 A。在耐压试验的电源中，运用频率为50～110 Hz的变频电源，试验时间1 min左右，通过在端头上短接线圈进行非测试线圈的接地测试。此时，低压绕的中性点谐振频率为59.9 Hz，组谐振频率为44.1 Hz。试验中发现，可能是因为用于测量的分压器电容与回路杂散有不同的参数，所以计算得出的频率比试验频率大。

2.3 局部放电试验中的应用

在变压器放电试验中，电流谐振电路为试验电路。因为局部放电试验可以无损探伤其绝缘特性，是一种常用的绝缘性试验。这样可以在试验中快速发现绝缘部分的薄弱环节，是绝缘性检验的有效方法。变压器容量计算过程包括低压侧对地电容、高压侧对地电容。此时，得出的低压侧对地电容值为331 nF，高压侧对地电容值为25 nF。试验过程中需要使用4个1串，并联补偿电抗器共2串，支路电感量为4.8 H，高压侧等效容性的无功消耗为2 548 kVA，计算得出电源谐振频率为128 Hz。要保证无功补偿≥Qc，这样试验中无功补偿与无功消耗的平衡状态才可以满足。通过理论计算后，425 kVA为电抗器的无功补偿，800 kVA是并联补偿电抗器的额定功率，3 200 kVA为电抗器的最大无功[4]。此时，电抗器A的补偿电流与实际状态相吻合，为22 A。实际试验过程中的频率与理论值还存在差异，其是140 Hz，差异值为12 Hz，电感补偿为1 840 kVA，此时电抗器补偿量补偿效率为2 486 kVA，在74%左右。回路的补偿量与谐振现象一致，有所欠缺，所以电压和电流的角度为负数。将其继续加压到最高电压后，耗时45 s，电压可以在短时间耐压过程中迅速降低，所以判定电抗器正常运行存在问题。

3 谐振在高压试验中的应用效果

3.1 气体绝缘设备的应用效果

完成工厂的整体组装后，气体绝缘设备分单元调整试验合格后，在现场安装时主要采用分单元运输的方式。运输过程中，撞击、振动等因素会影响气体绝缘设备的安全安装运行，使得气体绝缘设备的组装元件或紧固件出现松动、移位或磨损等情况。例如，安装过程中出现一些明显的缺陷，如刮损电极的表层、安装错位等。这都是因为密封、联结等工艺处理不当所致。此外，安装现场空气中的悬浮尘埃物、导电微粒杂质等微小物质可能会进入气体绝缘设备，使得现场耐压试验的气体绝缘设备管理出现问题。试验设备和其他条件也有所限制，与没有进行耐压试验的绝缘设备事故相比，事故发生率极高。因此，气体绝缘设备要安全稳定运行，需在现场进行耐压试验，有效降低试验设备发生事故。现场中只能做交流耐压试验，但是通常气体绝缘设备的现场耐压试验方法有3种——交流电压、振荡操作冲击电压和振荡雷电冲击电压，其中最常见的是交流耐压试验[5]。

3.2 电缆试用中的应用效果

我国国家电网公司要求直流耐压试验由电缆交接用交流耐压试验代替。在谐振试验系统中进行绝缘电缆高压试验时，要明确温度对电阻率的影响，根据电阻率来分布直流电场强度。电缆绝缘可能会受到终端头外部闪络产生的行波损坏，这样可以提高电缆运行的安全性。如果电压很高，相间的绝缘缺陷也难以通过直流耐压试验检测出来。电缆内部自身集起空间的电荷容易被直流电压集中起来，此时沿着绝缘闪络电缆附件产生过电压，局部电场形成的绝缘弱点增强，如果被击穿将会导致电缆损坏或发生事故。

3.3 发电机交流耐压试验的应用效果

在进行发电机的工频耐压时，如果试验设备运用的设备是普通常规大容量，机器本身比较笨重。试验发电机定子绕组绝缘击穿时，易增加故障点的短路电流，出现烧损铁芯的现象。因此，在发电机试验设备中要运用谐振装置，可以满足发电机交流耐压试验电压频率和工频耐压电容电流量的要求，改变电感要通过调节铁芯气隙进行，以保证工频谐振的应用效果。

4 结 论

将谐振技术运用于高压试验，不仅对减小试验需要的电源容量有很大作用，也可以有效减小高压试验的质量，因为谐振设备质量小、电源容量小、安全可靠且装卸方便。因此，必须要认识到谐振装置运用的价值，加强其在高压试验中的运用，有效提高高压试验效率。