摘要：谐振是在电力系统应用中普遍存在的现象，尤其是在高压试验中应用较为广泛。为掌握高压试验中利用谐振的方法，明确试验中无功补偿情况，分析从谐振的基本原理入手，对高压试验中利用谐振进行高压耐压试验的原理进行了总结，通过与现场高压试验结果进行印证，理论计算的谐振频率点误差在10%以内，无功补偿量均满足现场试验需求，对今后的开关交流耐压试验和变压器局部放电试验等高压试验给出了理论依据。
关键词：串联谐振；并联谐振；高压试验；应用
引言
高压试验的原则是，试验必须模拟运行场强状态，交流电压与运行状态相比拟，可以正确找出故障，而直流电压不能与运行状态相比拟。交流耐压试验是鉴定电气设备绝缘强度最直接的方法，它对判断电气设备能否投入运行具有决定性的意义。为了提高系统运行的安全，交流耐压在试验中的应用越来越多，也被用户所重视。但电气设备由于电压高、容量大（交联电缆、GIS），做交流耐压，必然要增大试验设备容量及重量和体积，这就给现场试验带来困难，因此，提出应用谐振法来进行试验。
1谐振的基本电路
谐振电路是当电感L和电容C同时存在于电路中时特有的一种现象。谐振电路中根据电感和电容的串并联关系，可以分为两类基本的谐振电路，即串联谐振和并联谐振，其他谐振电路都是在此基础上进行不同组合而衍生出有多个谐振频率的谐振电路。高压试验中多使用充油电抗器作为谐振电感元件，电抗器除了有固定的电感值L。本身还带有一定数值的电阻Ｒ即自阻，一般情况下，电抗器自阻与其工频感抗相比都非常小，必要时可以忽略不计，而现场试验应用中被测试品在交流作用下多显现为容性设备，构成了谐振回路中的负载电容C，利用电源的调频或调幅特性使电路发生谐振，达到取得试验大电压或点电流的要求。根据回路集中参数的分布特性可知谐振回路的阻抗特性。阻抗的频率特性如图1所示，电路在某个频率点f0时电路阻抗的模|Z|达到极值，电路发生谐振现象。
此时谐振点频率、回路容性电流I、试品消耗的无功Qc计算为：
（1）
谐振电路的特征阻抗ρ为：
（2）
图1谐振电路的阻抗特性
电路的谐振阻抗大小与电源无关，只与电路的集中参数L和C有关系。而谐振电路中品质因数定义为：
（3）
因此可以得到串联谐振中试品两端的耐受电压UC和并联谐振电路中试品的耐受电流IC可以表示为：UC=QU，IC=QI。一般情况下Q值可以达到10～150之间，所以可在试品两端得到远高于电源电压几十倍的试验电压或试验电流，因此串联谐振也称之为电压谐振，而并联谐振称之为电流谐振。无论是电压谐振还是电流谐振，都要满足ωL=1/ωC，高压试验中往往改变电容C、电感L或电源频率f实现谐振。实际中被试品一般表现为容性，电容大小固定，可以通过串并联电容改变电容的大小或是使用可调电感调节电感量寻找谐振点，但较高电压等级的电容器和电感器的体积非常巨大，极不利于现场试验，因此实际高压试验中最多的是使用变频谐振法。
2谐振在高压试验中的应用
2.1耐压试验和电压谐振
在现阶段的电力系统高压试验中，如果要产生大于电源电压几十倍甚至是几百倍电压的方法主要就是采用具有较大品质因数的串联谐振电路，从而产生较高的过电压进行耐压试验。变电站内部的间隔设备、断路器、隔离开关等设备主要为容性设备，完全可以采用电压谐振进行加压试验，见图2。
图2电压谐振耐压试验接线
如图2所示，在对容性设备Cx进行高压耐压试验时，完全可以采用大容量的励磁变为试验电路提供有功，然后用电抗器进行补偿无功，就可完成试验。这是由于谐振电路不具有无功消耗，所以将励磁变压器的变比进行改变就能够对试验电路的输出电压和电流进行调整，满足试验需求。
2.2低压绕组及中性点耐压试验
以750变电站例，其750KV单相自祸无励磁调压电力变压器的额定容量为500/500/150MVA。试验用设备有变频谐振电源、励磁变压器、高压电抗器、高压交直流测量系统以及绝缘电阻测试仪。试验以《750KV超高压电力设备交接试验标准》的要求为准，出厂试验电压为120KV。主变压器的出厂试验报告显示，低压绕组对高、中压绕组及地的电容量C1约为35030pF，高、中压绕组对低压绕组及地电容量C2约为18490pF。低压绕组耐压试验使用1节串联电抗器，L=400H。通过计算可知谐振频率为43.22Hz，回路电流为1.13A。中性点耐压试验采用的也是1节串联电抗器，L=400H。通过计算可知谐振频率为57.9Hz，回路电流为0.808A。耐压试验时间为1分钟，试验变频电源为50-110Hz，测试线圈的端头均为短接，飞测试线圈接地。试验结果显示，低压绕组的谐振频率为44.12Hz，中性点谐振频率为59.88Hz，可以看出试验频率比计算值要小，这可能是由于测量用的分压器电容以及回路杂散参数造成的。
2.3局部放电试验及电流谐振
变压器局部放电试验的电路为电流谐振电路。该试验是一种无损探伤绝缘特性试验，通过试验能够找出绝缘的薄弱环节，是绝缘试验最常见也最有效的方法。试验时高压绕组的绝缘水平位预加电压为720KV，折算至低压侧预加电压为130KV。在进行变压器容量计算时，需要把高压侧对地电容折算到低压侧，并将低压侧的对地电容计算在内。通过计算得出，低压对地电容量为25.033nF，低压侧对地总电容量为331nF。试验中的补偿电抗器采用4个1串共2串并联，电抗器支路总电感量为4.8H，通过计算得出，电源谐振频率为128Hz；高压侧入口等效容性无功消耗为2548KVar。试验过程中，为了保障无功消耗和补偿达到平衡，电抗器补偿的武功量应≧Qc，所以通过计算本次试验的的电抗器无功补偿量应该为425KVar和850KVar。试验中并联补偿电抗器的额定功率都是800KVar，所有电抗器能够提供最大无功量3200KVar。其中A电抗器的补偿量稍高，实际测的补偿电流为22A，与实际情况相吻合。试验所得频率为140Hz，比计算相差12H在，电感的实际补偿量为1840KVar。电抗器的补偿效率大约为74%，其现在补偿量大约为2486KVar，小于2548KVar的高压侧入口等效容性无功消耗。这也说明回路的补偿量欠缺，电压电流为负角度关系，然而已经非常接近贿赂谐振状态。高压试验中最高电压加压时间为45秒，经过短暂的耐压后，电压立即降低，以确保电抗器能够安全运行。建议在试验中的试验频率尽量与计算频率相近，且要稍小，但由于很多因素，如环境等导致计算出现较大误差，所以必须要保障计算值的偏离不能太大，应该保持在15以内。
结束语
（1）谐振法是解决大容量试品（电缆、GIS）交流耐压的最好方法；（2）谐振法试验不仅可以减少电源容量，且可使设备体积小，重量轻；（3）变频谐振系统最适合于现场试验。
参考文献：
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论文作者:田芳,赵宝昌,李海璇
论文发表刊物:《电力设备》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/14
标签：谐振论文; 耐压论文; 电压论文; 电路论文; 高压论文; 电流论文; 频率论文; 《电力设备》2018年第3期论文;