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摘要：在电力系统交接预防性试验中，交流耐压试验是鉴定电力设备绝缘强度的最严格、最有效和最直接的试验方法之一，也是确保设备绝缘水平、避免发生绝缘事故的重要手段。本文探讨了变频串联谐振在变压器交流耐压试验中应用的基本原理与主要特征，同时结合试验实例进行了分析，旨在提供一定的参考与借鉴。
关键词：变频串联谐振；变压器；交流耐压试验；应用
1、前言
交流耐压试验虽对发现绝缘缺陷有效，但受试验条件限制。交流耐压试验虽对发现绝缘缺陷有效，但受试验条件限制。35kV及8000kVA以上变压器耐压试验因电容电流较大，要求高电压试验变压器的额定电流为100m以上，目前这样的高电压试验变压器及调压器尚不够普遍，且试验变压器容量大、试验设备笨重，不便搬运，给现场试验带来了难度。鉴此，本文采用变频串联谐振法实现利用电压及容量小得多的设备产生所需的试验电压，满足了试验要求。
2、对高压电气设备进行交流耐压试验的必要性
(1)直流耐压试验不能反映设备实际工况下的电场分布，难以正确发现高压电气设备的内部缺陷。
直流电压下，电气元件上的电压按电阻分布，交流电压下电气设备上的电压则是按介电常数分布，它反映实际运行的情况。例如:对于交联电缆、全膜或纸膜电容器，其固体介质的电阻率可高达1～100EΩ*m，当其电容元件绝缘薄膜绝缘不良时，其电阻率可大幅下降，只有原电阻率的几分之一。做直流耐压时。电阻率高、绝缘良好的电容元件可承受的电压较不良电容元件反而高出几倍，使绝缘不良的电容元件反而更容易通过试验，但在运行电压下，其绝缘缺陷便会暴露出来，诱发故障。
(2)直流电压可使高压电气设备内部的局部放电大为减弱，不利于绝缘缺陷的检出。高压电气设备内部的某些绝缘弱点或极板边缘电场集中的部位均可能产生局部放电，持续的局部放电对绝缘是有害的。
因高压电气绝缘的多样性，在导体和绝缘介质之间往往存在多种绝缘介质，而各种介质的场强分布不同，加压时，场强较高的介质会先发生局部放电，但是同样的复合材料，在直流电压作用下，局部放电会大大减弱。气隙发生局部放电后产生的正、负离子形成反向电场强度E'，使气隙中的合成场强下降，使局部放电削弱甚至熄灭。而交流电压则不然，只要外加试验电压高于局部放电起始电压，每半周内至少会发生两次局部放电，因此交流耐压试验检出的绝缘缺陷远比直流耐压敏感。
(3)工频交流耐压试验反映(符合)实际运行电压波形，与运行中出现的工频暂态电压升高的情况较为符合，不存在等价性问题。但工频耐压，试验设备的容量不易解决:工频耐压试验由于其设备庞大笨重，现场运输困难，一般仅能在现场做110kV电压等级的GIS和SF断路器，且试验过程中若被试品发生闪络或击穿，短路电流极易烧伤被试品。
综上所述，施加交流耐压才能真实地考核高压电气设备的制造质量，才能有效地检出因各种因素造成的绝缘缺陷，但工频耐压存在一些缺陷。
3、变频串联谐振在变压器交流耐压试验的主要内容
3.1变频串联谐振在变压器交流耐压试验原理
变压器交流耐压试验是检测设备绝缘性能与脆弱部位的重要方法，同时也是检测电力设备主绝缘电气强度基本试验形式。在试验检测过程中，对于部分容量大、电压等级高的变压器试验，设备试验过程中存在较为明显的电压高、阻抗大、容升严重等系列技术问题，需要采取一定的补偿措施。变频谐振串联谐振是补偿电容器的连接，将试验电路频率控制在工频范围，进而达到谐振状态。谐振状态下的电路无功容量Ｑ值较高，试验过程中回路对于电源容量的要求大大降低，同时也实现了频率可调，有效拓展了交流耐压试验的应用范围。
3.2变频串联谐振在变压器交流耐压试验的主要特点
在变压器耐压试验过程中，电力变压器的实验电压通常为额定电压的两倍左右。同时，为了避免变压器铁心磁通饱和问题的出现，实验过程中通常将电源频率设置为额定频率两倍以上（通常为１００-４００Ｈｚ）。近些年来，随着５００ｋＶ电压等级大容量变压器的出现，感应耐压所需的试验设备容量增加很多，采用传统的三倍频装置逐渐无法满足设备耐压试验检测的实际需求。因此出现了用中频发电机组并配以补偿电抗器的方法来进行感应耐压试验。
4、变频串联谐振在变压器交流耐压试验中的应用研究
某电力局在对现有电力设备的检测过程中，针对对变压器进行交流耐压试验。交流耐压试验变压器型号为ＳＳＺ９-５００００／１１０，额定参数为１１０ｋＶ，５０ＭＶＡ。结合该变压器的设备特征与参数指标进行试验结果估算，常规实验方法下的试验结果见下表１。
根据表２中的试验结果数据可知，本次交流耐压试验数据满足标准要求。试验过程中，使用励磁变压器提高变频电源输出电压水平，在到达回路激发电压水平条件下，通过变频电源输出频率的控制，使本试验电路形成了高压电抗器电感与电容之间的串联谐振，在此条件下，调整后的变频电源输出频率与谐振频率相等，电容电压则为谐振电压。
根据串联谐振的基本原理可知，本次试验通过谐电路振形成的高电压和大电流为回路功能，外部电源能耗水平较低，谐振电源功率仅为传统方法的１／Ｑ。受此影响，设备电源对于容量的需求大大降低，试验设备体量能够得到有效控制。在试验过程中，交流耐压试验条件下的变压其设备部分绝缘弱点出现击穿情况后，试验电路谐振作用消失，回路电流为传统试验电流的１／Ｑ。可见，采用变频串联谐振回路进行变压器交流耐压试验，能够帮助试验人员更为而有效的发现变压器设备的绝缘弱点，能够有效避免短路电流烧伤故障点的问题，杜绝了设备击穿条件下的高压电弧与恢复过电压，回路参数按接近工频匹配，能够有效降低设备试验过程中高次谐波的影响。
5、耐压试验击穿电流分析
利用常规试验方法进行耐压试验时，假如试验变压器容量刚好等于实际所需试验容量，由于试验变压器的约为Uk%10%，当被试品击穿后，其短路电流Ik将上升10倍以上。实际试验中，试验变压器容量一般大于试验容量，故。(其中Uk:试验变压器短路电压百分数%)而利用调频式串谐电路进行耐压试验，当被试品击穿时，破坏了谐振条件，即ωL=ωC，回路立即处于脱谐状态，此时回路电流瞬时降至试验电流的1/Q倍以下，其比常规试验时的电流大大减小，调谐试验的击穿电流比常规耐压试验击穿后的短路电流小两个数量级以上，对被试品来说，将不会造成进一步损伤。
6、结语
综上所述，变压器交流耐压试验中变频串联谐振技术应用效果的影响因素较多，电力工作者应从变压器设备的实际特征出发，结合变频串联谐振的原理与应用特点，对各项试验影响要素进行合理的控制，全面提升试验的科学性与准确性，为电力系统变压设备的高效安全运行创造条件，促进电力行业的持续发展，为区域经济建设注入动力。
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论文作者:孟祥海
论文发表刊物:《电力设备》2017年第35期
论文发表时间:2018/5/10
标签：耐压论文; 谐振论文; 电压论文; 变压器论文; 电流论文; 设备论文; 回路论文; 《电力设备》2017年第35期论文;