高压试验中谐振的研究应用

1 谐振试验的原理

如果电感（L）以及电容（C）同时在电路中存在的时，就会产生一种特有的现象，就是谐振电路。谐振电路以电感和电容的串联和并联关系分为串联谐振和并联谐振俩种基本电路，在此基础上能够衍生出多种频率的谐振电路。

在高压试验中，谐振电感元件基本上都是采用充油电抗器，电抗器有其固定的电感值，同时还带有一定的电阻，但通常情况下这种自带的电阻与其工频感抗相比很小，几乎可以忽略不计。在现场试验中，测试对象由于交流作用大多都显示为容性设备，从而构成谐振回路中的负载电容，所以利用电源的调频或调幅特性使电路发生谐振，从而达到大电压或电流试验的需求。

谐振回路的阻抗特性从回路集中参数的分布情况能够得知（见图 1），当电路的某个频率点的阻抗模达到一定程度时，就会产生谐振现象。其谐振点频率、回路容 性 电 流 以 及 试 品 消 耗 的 无 功 计 算 方 式 为 :

谐振电路的特征阻抗为：

图 1 谐振电路的阻抗特性

谐振阻抗的大小不受电源的影响，而是与电路集中参 数 有 关 系。 谐 振 电 路 中 品 质 因 数 定 义:

所以能够得到串联谐振试验品的耐受电压以及并联谐振电路试验品的耐受电流。从实际情况来看，试验品俩端的电压或者电流要元元高于电源电压，甚至可以达到几十倍，所以通常会用电压谐振和电流谐振来称呼串联谐振和并联谐振。然而无论是哪种谐振，都要满足wL=1/wC，在高压试验中，如果要实现谐振，通常是通过改变电感、电容或者电源频率来进行。 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

750 变电站为例，其 750KV 单相自祸无励磁调压电力变压器的额定容量为 500/ 500/150 MVA。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C1 约为 35 030 pF，高、中压绕组对低压绕组及地电容量 C2 约为 18 490 pF 。低压绕组耐压试验使用 1 节串联电抗器，L= 400 H。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=400 H。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 44.12 Hz，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。 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 2548 KVar。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。