串联谐振耐压试验

  变频串联谐振试验运用串联谐振原理, 采用调频调压方式。当交流电压的 频率改变时，电路中的感抗、容抗随之而变，电路中的电流也随之而变， 通过调节电源的频率使感抗等于容抗，电路发生串联谐振，回路中的无 功几乎为零，此时电流最大，且与输入电压同相位，使电感或电容两端 获得一个高于励磁电压Q倍的电压。变频串联谐振电路由于频率调节比 较精细，回路谐振时幅频特性曲线较陡，电路的品质因数Q值一般在 50～150。变频串联谐振试验电路的品质因数计算见式（式-6）。

  （2）根据试验电压和Q值选择励磁变低压侧和高压侧抽头， 以满足试验要求，励磁变输出电压可用高压绝缘导线与串联 电抗连接。

  （3）采用正弦波变频电源时，由于采用晶体管模拟电路， 输出与负载很好的匹配才能获得最大输出。接线时，反复调 整励磁变低压侧和高压侧抽头，使变频电源输出电压最高为 止，变频电源输出电压最好不低于晶体管电路工作电压的一 半。

  本模块包含串联谐振试验的基本概念、目的 及意义、测试方法、基本测试回路接线和方 法。通过串联谐振试验整个理论内容的介绍， 掌握串联谐振试验基本概念、试验接线）

  变频式串联谐振交流试验装置的特点是：调谐电抗器的重量小，结构简 单，更适合大容量设备现场试验。变频式串联谐振原理接线 变频式串联谐振原理接线 FC-变频电源；T-励磁变压器；L-电感；Cx-被试品；U-励磁电压；R-回路

  线，并检查接线和分压器档位是不是正确。 （3）检查试验电源的容量应符合试验要求，先合上试

  验电源开关，再合上控制回路电源，检查和传动调压器电机 升、降压和可变电感机械系统是不是正常，然后将电感量指示 器调至中间位置。

  式中 C max ——最大可试电容，μF； fmin ——最低试验频率，Hz; L ——电抗器电感值，H。

  谐振电抗器的额定电压应满足试验电压的要求，其额定容量应 满足试验容量的要求。

  注意：试验结束后应将两节可调电感的铁芯间隙调至最小位置，便 于以后试验的拼装，同时避免运输时拉动铁芯。

  1．试验接线 变频式串联谐振试验接线 变频式串联谐振试验接线 FC- 变频电源；T-励磁变压器；L-谐振电抗器；CX-被试品； C1、C2-电容分压器高、低压臂

  3．变频电源 变频电源是在一些范围可连续调整频率的电源，变频电源分 正弦波调频电源和方波变频电源。变频电源输出功率应满足 试验要求，一般大于或等于励磁变压器的输出容量。谐振装 置工作制应满足试验方式的要求（谐振装置工作制是指设计 谐振装置的满负荷允许上班时间和50%负荷的允许工作时 间）。

  （1）适合使用的范围广，体积小、重量轻，试验容量大、试验电压高。 （2）安全可靠性高，操作简洁方便，试验的等效性好。 （3）串联谐振装置对高次谐波分量回路阻抗很大，所以试品上的电压 波形好；同时若在耐压试验过程中发生闪络、击穿，因失去了谐振条件， 高电压立即消失，从而使电弧立即熄灭。 （4） 恢复电压建立过程较长，很容易在再次达到闪络电压之前控制电 源跳闸．避免重复击穿，恢复电压并不产生任何过冲所引起的过电压。

  式中 I I ——励磁变压器或变频电源的输入电流，A； P ——励磁变压器或变频电源的容量，W； U I ——励磁变压器或变频电源的输入电压，V。

  式中 Q——回路品质因数。 工频串联谐振回路品质因数一般可达40～80，计算 见（式-4）。

  工频串联谐振试验系统在实际应用中是通过调整串 联电抗器的铁芯间隙来改变电抗的，所以在调整电 压的时候，由于机械结构的惯性，电压有时较难控 制，因此工频串联谐振耐压装置现场试验时．应合 理选择品质因数。试验电压较高时，通过电容和电 感的合理匹配，如并联电抗或加补偿电容，使回路 等效电阻尽量小，提高回路品质因数，以减小现场 试验时需要的电源容量；试验电压较低时．为了准 确平稳控制试验电压，品质因数可选择较低水平， 能满足试验要求就可以。 谐振时串联电抗器的电感计算见式（式-5）。

  T-励磁变压器；L-可变电感；Cx-被试品；U-励磁电压；R-回路等效电 阻；UO-谐振时被试品两端的电压

  大容量、高电压被试品的交流耐压试验运用串联谐振的原理， 利用励磁变压器激发串联谐振回路，通过调节电感或改变电 源的输出频率，使回路中的感抗和容抗相等，回路呈谐振状 态，回路中无功趋于零，此时回路电流最大，见式（式-1）。 （式-1）

  式中 Im ——谐振时回路最大电流，A； R——为回路的等效电阻（一般主要为电抗器的内阻），Ω；

  1)按试验容量估算，试验容量等于电感或电容两端的试验电 压乘以流过它们电流，可按（式 -12）计算。

  1、试验接线 调感式串联谐振试验接线 调感式串联谐振试验接线 Tபைடு நூலகம்-调压器；T2-励磁变压器； L-可变电感； CX-被试品； C1、C2-电容分压器高、低压臂电容；U-励磁电压； PV-电压表； UO-谐振时电感或电容两端的电压

  6．电容分压器 电容分压器直接测量高压侧电压并提供保护信号， 谐振系统计算各参数时应考虑电容分压器的电容量。

  7．电容补偿器 电容补偿器用于补偿试验回路电感，使试验回路满 足谐振条件和试验要求，电容补偿器标称电压应满 足试验要求。

  （1）电源线的选择和连接。电源线截面一定要满足规定的要求， 连接牢固并尽量短。

  （4）检查调压器零位，合上主回路开关。 （5） 适当调节调压器输出电压，使高压回路电压达到试验电压的 3～5%。仔细调节电感至谐振点，使试品两端电压最高。按要求均匀调 节电压至试验电压，升压过程中应密切监视高压回路，监听被试品有何 异响，到达试验时间后，迅速将电压降到零，切断主回路和控制回路开 关，拉开试验电源开关，对被试品放电，试验结束。

  式中 UL——谐振时电感两端电压，V； UC——谐振时电容两端电压，V。

  式中 f0——谐振频率，Hz; L——电抗器电感量，H； C——被试品和分压器电容，μF。

  电路谐振后电感或电容两端的电压U0等于Q倍的励磁电压U，见式（式 -3）。

  电路谐振后电感或电容两端的电压U0等于Q倍的励 磁电压U，见式（式-3）。

  ⑵电感和电容中的电流计算：串联谐振电路中流过 电感的电流等于流过电容的电流，电流可按（式-8） 计算。

  高电压、大容量设备做交流耐压试验所需 的试验设备容量慢慢的变大，常规工频耐压方 法往往不能满足现场试验的要求，所以现场 试验广泛采用串联谐振试验方法。

  由于串联谐振试验装置具有试验设备体积 小、试验电源电压低、功率小（仅需提供试 验回路中的有功功率）、试验电压波形好的 特点，因此串联谐振试验大范围的应用于现场橡 塑电缆、气体绝缘组合电器(GIS)、大型发电 机组、大型电力变压器、耦合电容器等高电 压、大容量电力设备的交流耐压、感应耐压、 局部放电等试验。

  U——励磁变压器高压侧的输出电压，V； XL——回路中感抗，Ω； XC——回路中容抗，Ω。

  调感式串联谐振原理接线所示。调感式串联 谐振装置采用铁芯气隙可调节的高压串联电抗器， 由于被试品的电容量是一定的，通过调节电感使回 路发生工频串联谐振。谐振时，回路呈纯阻性，回 路电流等于励磁电压U除以回路的等效电阻R，此时 回路电流最大。