摘要：自20世纪80年代以来，由于电力电子技术的快速发展，各种电力电子器件在电力系统里的应用越来越广泛。谐波引起的灾害也越来越严重，解决电力系统中的谐波问题刻不容缓。在21世纪，爆炸性电力电子设备的广泛使用导致电力系统里的谐波含量的空前增加，加剧了电力运行环境。随着微电子产业等高科技产业的发展，大型企业对电能质量会严格把关，条件越来越严格。严格的电能质量标准和越来越严重的电力系统谐波的污染，尤为突出。所以，使用各种检测技术和滤波技术来真正高效的治理电力系统中的谐波，是现在大型企业和供电公司的共同意识。而且，谐波谐振研究也是具有重要实际工程价值的研究课题之一。
关键词：串联谐振；电力高压试验；应用
1谐波谐振的产生
当在某个电路中，以和谐波频率相同的频率激励具有大体相等的含有容抗和感抗电路时，会发生谐波谐振。并联的电容器和串联的电抗器会引起谐波过电压、过电流，会导致器件产生大量热量，甚至烧毁设备。当电网的固有频率等于或接近电源频率时，通常会发生谐振。对于中压电网，这种线性谐振，更多地产生在作为传输过电压中或者消弧线圈补偿网络中。所谓的谐振是当包含电容器和电感器的电路处于特定频率时，使得电路具有纯电阻的特性，此时容抗和感抗相等。谐振会导致过电压或者过电流，所以电力系统必须要防止谐振。每个振荡电路都有自己的固有频率，振荡幅度电压或电流将达到最大值，此时系统将发生谐振。谐波谐振是由于电力系统中的电容和电感元件之间，存在着能量交换。由于电力系统中存在着大量的电感和电容，所以使得谐波谐振现象的分析变得非常复杂。结合模态分析方法，此方法被用于“解耦”这种能量存储元件之间的复杂相互作用。它提供了一种理解谐波谐振问题的新方法。根据电路中电气元件的不同连接方式，可将其分为串联谐振和并联谐振两种。串并联谐振特性为：串联谐振时呈低阻抗；并联谐振时，电路为高阻抗。
2串联谐波谐振的实际分析
如果电路发生了串联谐振，那么在电路中就有一个回路阻抗的数值很小，将一个很小的电压施加在此回路上，产生的电流也会很大。所以，串联谐振是否发生，不只是和节点、支路有关，也和回路有关。如果回路中产生串联谐振，哪怕在母线上加的谐波电压不大，也会有很大的谐波电流产生。串联三母线测试系统如图1所示，三条母线所对应的基波阻抗Z1、Z2、Z3的数值分别为0.04＋0.3i、0.08＋0.3i、0.2i，三条母线对应的基波电纳B1、B2、B3的数值分别为0.013i、0.013i、0.0５i，I1、I2、I3分别表示三个回路电流。
图1 串联三母线测试系统
利用频谱分析法对该系统进行分析，可以得出，谐波阻抗的数值很小，即谐波导纳的数值很大，在导纳频谱曲线中反映为一个尖峰，通过模态分析法对串联谐振进行分析可以得到曲线。此系统里有3个频率可能发生串联谐振，但并没有与之相关的尖峰，说明只用模态分析法不能消除串联谐波谐振带来的问题。利用回路模态分析法进行分析可以得到三个模态导纳的尖峰，和频率分析法想要得到的结果相同，表明以基本回路阻抗为基础的模态分析法可以消除串联谐振带来的问题。通过分析可以得出：（1）电路回路中串联谐振的产生与电路阻抗的关系很大，因此对谐波谐振进行分析时，所使用的节点阻抗矩阵不可以是简单的矩阵，并且要对回路阻抗矩阵进行分析来得到一些信息，包括串联谐振频率以及相关支路。（2）对测试系统的研究，证明了本文所提方法的正确性和适用性。结合模态分析法和频谱分析法，可以获得消除谐振问题的方案。
3串联谐振装置在电力高压试验中的应用
3.1串联谐振装置在电力高压试验中的应用原理
串联谐振装置的主要实验原理就是利用电路中串联的电感和电容实现整流和谐振的。我们知道，电感一般是串联在电路中，能够起到储存电能的作用。另一方面，电容是并联在电路之中，也能够起到缓和电路电流和电压的作用。将电路中的电感和电容联合起来使用，能够有效的提升电路中试验设备和串联谐振装置的谐振性，进而结果就是电路中会产生非常高的电压和电流，实现高压试验检测的目的。另外，在电感的感抗和试验设备自身的感抗相等的时候，电流中产生的磁力和电容中的能量便能够相互适应，起到补偿电路中的电能损失的作用，这样就可以提升电力高压实验的实验效率，实现更精确的绝缘检测。
3.2串联谐振装置在电力高压试验中的应用结构
随着社会科技水平的不断提高，数字化自动化的全面普及，串联谐振装置在电力高压实验中的主要结构设施有变频控制器、电容变压器、励磁变压器以及电抗器组成，为此变频串联谐振装置是运用相关串联谐振的原理对其进行相应的实验反应，通过频变器对相关的串联谐振装置进行电回路，进而运用电抗器对串联谐振装置进行分析频率。这也能从一定程度上反应出串联谐振装置在电力高压实验中拥有不可替代的重要性，通过大量的实验数据分析可以得出串联谐振装置主要适用于大容量以及10kV，35kV，110kV，220kV，500kV的电力电缆交流耐压实验，同时为了顺应市场上的相关实验需要串联谐振装置也可适用于大型变压器，接地电阻装置之中，为此串联谐振装置在电力高压实验中具有重要意义。
3.3具体应用
3.3.1电缆高压试验
为了确保电缆高压实验的安全性和科学性，在实验的过程中需要遵守以下标准：（1）由于在实验的过程中需要用到直流电场且电阻率会随着温度的变化而增强，因此直流电场强度的选择必须要以电阻率的分布情况为依据。此外，在电缆高压实验中，由于设备终端常会出现闪络现象，从而致使设备的绝缘新能遭到破坏，所以在实验过程中必须要杜绝终端闪络问题的出现。（2）在试验的过程中科学、准确地找出电力高压试验设备各自的绝缘弱点。（3）由于在电缆高压实验的过程中直流电压极其容易在高压电缆的内部形成集中的点和空间，从而导致电缆中附件的绝缘出现闪络现象，因此在实验的过程中要尽可能的避免电缆设备的局部电场变强以及设备绝缘弱点的暴露，从而引发绝缘击穿事故的发生。（4）在进行电缆高压试验时最后选用变频谐振实验设备，从而有效的降低电缆内的电压容量，让交流电压和工频电压成等效关系。
3.3.2交流耐压试验
串联谐振装置在交流耐压实验中应用的目的不仅是为了为发电机的安全可靠运行提供保证，更是为了让电力系统中的电流、电压处于稳定运行状态。因此，利用交流耐压试验可以对发电机定子绕组绝缘情况进行检测，并根据检测结果合理的给定让发电机稳定运行的行之有效的方案。但是，在交流耐压试验的过程中，由于传统的实验方式无法对发电机的电压以及电流进行合理的调节，从而造成交流耐压试验设备出现故障、短路现象，严重者还会导致实验设备的铁芯烧毁，从而给交流耐压试验带来了财产损失。所以，为有效解决实验设备铁芯烧毁的问题，将串联谐振装置应用于交流耐压试验中，直接在实验设备铁芯气隙的基础上进行电感变换，从而让电流电压进行谐振，并通过调节电流电压的波形来阻止实验设备铁芯被烧毁。
4结束语
串联谐振装置的优点就是其本身的体积小、容量大，能够保证电力高压试验的高效性和准确性。另一方面，在进行电力高压试验的时候，操作人员必须具备相当高的知识和素养，始终做到细致和认真，将安全问题放在第一位，才能避免电力安全事故的发生，保证高压试验的顺利进行，检测出电力设备的绝缘性。
参考文献
[1]赖荣先.变频串联谐振装置在交流耐压试验中的应用[D].华南理工大学,2011.
[2]孙林涛.串联谐振技术在电容式电压互感器校验中的应用研究[D].浙江大学,2012.
[3]唐宇.调频式串联谐振耐压试验系统研究与设计[D].西南交通大学,2016.
论文作者:张啸天
论文发表刊物:《电力设备》2019年第13期
论文发表时间:2019/11/12
标签：谐振论文; 谐波论文; 高压论文; 电路论文; 装置论文; 电力论文; 耐压论文; 《电力设备》2019年第13期论文;