變頻串聯(lián)諧振應(yīng)用分析
一、變頻串聯(lián)諧振原理分析
在電阻、電感及電容所組成的串聯(lián)電路中，當(dāng)容抗與感抗相等時(shí)，電路中的電壓與電流相位相同，電路呈現(xiàn)純電阻性，此即為串聯(lián)諧振。當(dāng)電路發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)，電路的阻抗z=r，此時(shí)回路總阻抗值小，回路電流大值。圖1（a）所示為電感和電容元件串聯(lián)組成的一端口網(wǎng)絡(luò)，其等效阻抗，當(dāng)發(fā)生諧振時(shí)，其端口電壓與電流同相位，即，由此可推得諧振角頻率和諧振頻率分別為，。定義諧振時(shí)的感抗或容抗 為特性阻抗ρ，則特性阻抗ρ與電阻r的比值即為品質(zhì)因數(shù)q。
電路諧振時(shí)阻抗值小，當(dāng)端口電壓一定時(shí)，電路電流將達(dá)到大值，如圖1（b）所示，且該值的大小僅與電阻的阻值有關(guān)而與電感和電容無(wú)關(guān)。諧振時(shí)電感電壓與電容電壓數(shù)值相等、相位相反，為總電壓的q倍[4]，即。rlc串聯(lián)電路的電流是電源頻率的函數(shù)，即在電路的電感l(wèi)、電容c和電源電壓us不變的情況下，不同的r值得到不同的q值，圖2（a）所示為不同q值時(shí)的電流幅頻特性曲線(xiàn)。
為了研究電路參數(shù)對(duì)諧振特性的影響，通常采用通用諧振曲線(xiàn)，圖2（b）所示為串聯(lián)諧振電路的通用諧振曲線(xiàn)。通用諧振曲線(xiàn)的形狀只與q值有關(guān)，且曲線(xiàn)形狀越尖銳，電路的選頻性能越好。幅值大于峰值的0.707倍所對(duì)應(yīng)的頻率范圍為通帶寬，理論推導(dǎo)可得，由該式可知通帶寬與品質(zhì)因數(shù)成反比。
二、變頻串聯(lián)諧振應(yīng)用分析
變頻串聯(lián)諧振其諧振頻率，其中l(wèi)為電抗器的電感值，如有幾個(gè)電抗器串并聯(lián)使用應(yīng)考慮互感的影響；c為被試品及分壓電容器的和，現(xiàn)場(chǎng)可以用電橋或介損儀進(jìn)行實(shí)際測(cè)量獲得。高壓電流i=2πfcu，由被試品的電氣參數(shù)和出廠(chǎng)耐壓試驗(yàn)值，可確定現(xiàn)場(chǎng)的耐壓試驗(yàn)電壓u；有功功率p=1.2（p0+pk），其中p0為勵(lì)磁變空載損耗，pk為電抗器額定有功損耗。
變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)過(guò)程中，勵(lì)磁變的容量應(yīng)大于有功功率p，并在勵(lì)磁變低輸出電壓滿(mǎn)足試驗(yàn)要求的前提下盡量降低勵(lì)磁變的變比，從而相應(yīng)減小勵(lì)磁變?cè)叺妮斎腚娏?。試?yàn)電源容量s=p+p1，其中p1為變頻電源本身的損耗，由電源端輸入電壓為380v可得電源電流i1=。試驗(yàn)中電抗器的額定電壓和電流也應(yīng)大于試驗(yàn)電壓和高壓電流，當(dāng)電抗器采取串并聯(lián)以滿(mǎn)足試驗(yàn)要求時(shí)，必須計(jì)算每個(gè)電抗器上所承受的電壓和電流不超限值。
在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，通常采用16mm2以上的裸銅線(xiàn)接地，裸銅線(xiàn)其寄生電感在μh數(shù)量級(jí)，約0.1-1μh/m，直流電阻約0.1mω，如果接地線(xiàn)有彎曲環(huán)繞現(xiàn)象，電感量可增加到10-1000μh/m。試品絕緣通常在交流電壓的正峰值或負(fù)峰值被擊穿，試品被擊穿瞬間試品上的電壓，擊穿后試品上的電壓跌落到零的時(shí)間一般在0.1-10μs之間，具體情況與擊穿點(diǎn)的實(shí)際情況有關(guān)。從放電能量上看，即使放電時(shí)，試品的小電容量只有0.002μf，實(shí)際試驗(yàn)時(shí)試品電容量遠(yuǎn)大于該值。如以放電時(shí)頻率為100khz、地線(xiàn)寄生電感為1μh、放電電流為1000a計(jì)算，地線(xiàn)的寄生感抗xl==0.628ω，地線(xiàn)可能產(chǎn)生的過(guò)電壓ud=if xl=1000×0.628=628v。如果地線(xiàn)連接不規(guī)范，寄生電感就會(huì)增大很多，產(chǎn)生的過(guò)電壓可能更大，可危及變頻電源及人身安全。所以高壓試驗(yàn)系統(tǒng)必須一點(diǎn)可靠接地，分壓器的接地點(diǎn)與大地的連接線(xiàn)應(yīng)盡量短，接地線(xiàn)應(yīng)粗、直、短，從而保證試驗(yàn)安全。
三、變頻串聯(lián)諧振應(yīng)用范例
以某變電站220kv gis導(dǎo)體對(duì)外殼耐壓試驗(yàn)為例，產(chǎn)品出廠(chǎng)試驗(yàn)電壓導(dǎo)體對(duì)地為460kv，現(xiàn)場(chǎng)交接試驗(yàn)電壓值為出廠(chǎng)試驗(yàn)的80%，即368kv。試驗(yàn)設(shè)備采用變頻式串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)裝置，試驗(yàn)按電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程進(jìn)行[1，5]。試驗(yàn)時(shí)gis設(shè)備所有氣室均充額定壓力sf6氣體且微水測(cè)量合格，架空線(xiàn)、電力變壓器、避雷器和保護(hù)間隙與gis隔離開(kāi)。導(dǎo)體對(duì)外殼耐壓加壓試驗(yàn)時(shí)，220kv gis試驗(yàn)電壓由#1主變220kv側(cè)套管處施加，每次一相，其他兩相與接地的外殼短接。
為進(jìn)行g(shù)is導(dǎo)體對(duì)外殼交流耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)前先用介損儀在該變#1主變220kv側(cè)測(cè)得各相對(duì)地電容，并根據(jù)被試設(shè)備電容量估算所需電感以及試驗(yàn)電流及容量，各相對(duì)地電容量如表1所示。根據(jù)理論計(jì)算進(jìn)行準(zhǔn)備試驗(yàn)工作，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)際諧振頻率為73.8hz，試驗(yàn)過(guò)程中未發(fā)生設(shè)備部件的閃絡(luò)、放電，且試驗(yàn)前后試品絕緣無(wú)明顯變化，設(shè)備順利通過(guò)交流耐壓試驗(yàn).