變頻串聯(lián)諧振技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)
變頻諧振試驗(yàn)裝置是利用無功補(bǔ)償原理,在完成發(fā)電機(jī)、電纜以及GIS組合電器的耐壓試驗(yàn)是只需要較小容量和較低電壓的試驗(yàn)電源就可以成功完成.同時,該試驗(yàn)裝置還可用于變壓器、電流、電壓互感器等的現(xiàn)場試驗(yàn).這種試驗(yàn)方法安全可靠,并能有效地檢出有絕緣缺陷的電氣設(shè)備.
1 變頻諧振試驗(yàn)的原理
變頻諧振試驗(yàn)的原理是利用組合設(shè)備的等效電容和已知電感量的高壓電抗器構(gòu)成串聯(lián)回路,通過變頻電源調(diào)節(jié)試驗(yàn)電源頻率使電路達(dá)到串聯(lián)諧振.這時,電容器和電抗器的無功功率平衡.
2 變頻諧振系統(tǒng)的組件
2.1 控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)是變頻諧振系統(tǒng)的心臟模塊,它包含了所有的電子及控制模塊.所有的模塊放在一個控制柜中,操作屏在控制柜的上方,操作人員可以控制所有的功能、讀取最新的測量值(電壓、頻率、電流等)、觀察系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài).三相橋式連接變頻器的作用是將三相主電源電壓轉(zhuǎn)換成為可調(diào)幅方波電壓,通過主回路開關(guān)取得三相線電壓傳送到6脈沖轉(zhuǎn)換器整流,然后提供給電容組.方波輸出電壓由轉(zhuǎn)換橋以需要的輸出頻率產(chǎn)生,輸出電壓的有效值通過調(diào)整脈沖寬度實(shí)現(xiàn)無級可調(diào).所有的控制信號由微處理器產(chǎn)生,系統(tǒng)產(chǎn)生一個預(yù)設(shè)頻率,或者自動將輸出頻率調(diào)整到諧振頻率.高壓系統(tǒng)根據(jù)操作人員的設(shè)置自動進(jìn)行調(diào)諧,控制升壓、耐壓時間和關(guān)機(jī).還可以通過設(shè)備的RS232接口與外部計(jì)算機(jī)聯(lián)接,從而控制整個系統(tǒng)進(jìn)行自動測量.
2.2 勵磁變壓器
勵磁變壓器的作用是將控制單元的輸出變成諧振回路的輸入.其一次線圈和控制單元相連,二次線圈則取決于高壓回路的品質(zhì)因數(shù)的期望值.勵磁變壓器可以做在電抗器的內(nèi)部,或者做成獨(dú)立單元.
2.3 高壓電抗器
在諧振頻率下,電抗器與負(fù)載將勵磁方波電壓變成理想正弦波.高壓電抗器的參數(shù)選擇必須充分考慮到試品功率和頻率范圍.
2.4 多級組合型電抗器
單級電抗器組合后可以滿足回路的最優(yōu)配置,保證輸出電壓和頻率范圍,每級電抗器的電壓等級可以單獨(dú)確定.這種電抗器的優(yōu)點(diǎn)是組合方便、便于運(yùn)輸,缺點(diǎn)是運(yùn)行工況時間短.箱式電抗器是專門為電纜現(xiàn)場試驗(yàn)設(shè)計(jì)的,為油浸式,自然冷卻電抗器.可以采用電容式瓷套管輸出,也可以采用電纜終端式回充SF6輸出.輸出的標(biāo)準(zhǔn)電纜成為系統(tǒng)的基本負(fù)載,與待測電纜的終端頭相連.
2.5 電壓測量系統(tǒng)、耦合電容器和基本負(fù)載
電壓測量系統(tǒng)包括一個分壓器和一個峰值電壓表,電壓表安裝在控制柜中,電壓值在操作屏上顯示.分壓器也可以當(dāng)作耦合電容器和基本負(fù)載使用.在多級組合電抗器中,分壓器是獨(dú)立單元,而在SF6絕緣和箱型電抗系統(tǒng)中,分壓器已經(jīng)安裝到電抗器中.
2.6 試驗(yàn)參數(shù)
試驗(yàn)參數(shù)主要包括:①試品的等效電容C:這個參數(shù)主要依靠經(jīng)驗(yàn)的積累,或通過生產(chǎn)廠家獲得;②試驗(yàn)用電抗器的電感量L:原則是選擇使諧振頻率在30～300Hz;③回路的諧振頻率f:根據(jù)f=1/(2πlc)計(jì)算;④試驗(yàn)電流I:根據(jù)I=ωCU計(jì)算;⑤試驗(yàn)電壓U:電壓值的大小根據(jù)試驗(yàn)規(guī)程具體確定.
3 變頻諧振系統(tǒng)的應(yīng)用和優(yōu)點(diǎn)
3.1 應(yīng)用
變頻諧振系統(tǒng)應(yīng)用,具體情況如下:①新安變、龍古變、官田變GIS的耐壓試驗(yàn);②110kV新安變、七里變、豐城變、洛舍變、西山變、高林變、前村變、塘南變等多座變電所主變的耐壓試驗(yàn);③織里變2公里長的10kV電纜耐壓試驗(yàn);④塘橋變、長超變35kV電容器電纜耐壓試驗(yàn);⑤橫街變主變電纜共計(jì)12根一次完成;⑥青山變35kV壓變耐壓.
3.2 優(yōu)點(diǎn)
大量的現(xiàn)場試驗(yàn)證明,變頻串聯(lián)諧振成套試驗(yàn)裝置能夠很好地滿足現(xiàn)場試驗(yàn)高壓系統(tǒng)的要求,具有如下優(yōu)點(diǎn):
(1)試驗(yàn)電源容量較小,減輕了由于電源容量的不足對現(xiàn)場試驗(yàn)的制約;
(2)試驗(yàn)接線方便,操作簡單,大大縮短了試驗(yàn)時間;
(3)試驗(yàn)裝置體積小,電抗器采用多級或疊積式結(jié)構(gòu),便于運(yùn)輸和現(xiàn)場安裝;
(4)安全可靠性高,變頻裝置采用的IGBT及驅(qū)動回路輸出波形失真度小,頻率輸出穩(wěn)定性好;
(5)具有良好的IGBT、過電流、過電壓以及放電保護(hù)功能,能夠保護(hù)設(shè)備及人身安全.如在耐壓過程中發(fā)生擊穿時,由于電路失去諧振條件,電源輸出電流自動減小,試品兩端的電壓驟然下降,不會產(chǎn)生過電壓,放電能量小,因此對試驗(yàn)裝置和試品不會造成較大危害;
(6)試驗(yàn)的等效性較好,采用接近工頻(30～300Hz)的交流電壓作為試驗(yàn)電源,無論是在等效性和一致性上都與50Hz/60Hz的工頻電源非常接近,從而保證了試驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性和可靠性.實(shí)踐證明,使用變頻串聯(lián)諧振系統(tǒng)不僅節(jié)約了大量人力和物力,還減少了試驗(yàn)時間及系統(tǒng)停電時間,提高了供電可靠性,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益.
