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串联谐振的操作步骤

发布日期：2021-03-09　点击：1122次

变频串联谐振由变频电源、激磁变压器、电抗器、电容分压器和补偿电容器（选配）组成。被试品的电容与电抗器构成串联谐振连接方式；分压器并联在被试品上，用于测量被试品上的谐振电压，并作过压保护信号；调频功率输出经激励变压器耦合给串联谐振回路，提供串联谐振的激励功率。变频串联谐振试验装置是运用串联谐振原理，利用励磁变压器激发串联谐振回路，调节变频控制器的输出频率，使回路电感L和试品C串联谐振，谐振电压即为加到试品上电压。变频谐振试验装置广泛用于电力、冶金、石油、化工等行业，适用于大容量，高电压的电容性试品的交接和预防性试验。

1、接线：

先将变频源主机接上电源，变频源主机的输出接在激励变压器的“输入”端子上，接地端接地。然后将激励变压器的抽头连接方式改为相应的连接方式，高压尾端口和接地端短接，激励变输出端口通过高压输出用专用的高压硅胶线接在电抗器的尾端，高压输出端接在电容分压器的高压端，下端用信号线接在变频源分压器信号端口上。从电抗器或者分压器的高压端接一根线到被试品（线需悬空），这样接线就完成了。

2、试验开始：

打开变频源电源开关，仪器进入开机画面，点击“参数设置”进入参数设置界面，按要求设置试验电压与试验时间，其中，过压保护、过流保护、闪络保护是根据试验电压仪器自动设置的，这样参数就设置好了。

在使用时，一定要对它的线路有所检查，因为自己在长时间没有使用串联谐振之后，很有可能它的线路就会出现一些松散，它的零部件也会出现一些松散，在没有检查的前提下就直接对着设备的电阻电压进行检测时，很有可能会导致整个检测出现问题，根本无法得到非常准确的数据，无法解决自己设备所面临的问题。因此当大家在使用串联谐振时一定要考虑到这一方面，能够对它的线路进行检查之后，自然能够保证在整个使用过程中有着更高的检测效果，不会因为某些事情没有考虑到而让自己承受损失。

当然在选择使用串联谐振的时候也需要定期维护，而且在检测过程中不要随便操作，因为串联谐振可以自动输入数据，也可以手动输入数据，如果自己选择了某一种输入方式之后，就不要随便更改它的输入方式，不然也会直接影响到整个数据测量的结果，甚至说会导致整个测量的数据不准确，那么给自己又能够带来什么价值呢？只会让自己在整个检测的时候受到更多的外在因素影响，根本没有任何的检测效果。目前国内熔炼行业一直在追求可靠、节能、速度快的中频熔炼炉。串联谐振的设计可以很容易地实现了冶炼系统多电源供电，最常见和最典型的双电源供电系统。该串联谐振双输出电源柜，两炉体构成一二个电炉熔炼系统，输出功率可连续任意分布在炉体上的两个和两个之间，可以一炉的动力传输，一个隔热，一个熔化。无需使用外部开关装置来选择炉体。我们的串联谐振设计，确保该设备是连续和稳定运行，并具有广泛的负载匹配。电源柜整流部分采用全开放式设计，功率因数高，谐波小。12脉冲和24脉冲脉冲设计，进一步减少谐波，特殊整流触发板设计，以确保线路之间的相平衡电流，同时实施软启动电源，以防止冲击，并迅速切断电源故障的事件。所有的数字信号传输都是通过光纤实现的，抗干扰能力强，系统更稳定。

串联谐振双输出中频电源所有设备都安装在一个封闭的柜内。国内品牌使用铜和铜电源柜、铜进行喷砂、钝化、生产规范。电源柜组件的合理布置，便于维护，走线，接线规范。维修人员可以方便地访问所有的维修点。整流器与逆变器之间设有隔离开关。在逆变器故障一侧的情况下，隔离故障，继续使用另一边的电源继续工作。配备冶炼经理的电源柜。冶炼管理器、可编程控制器和人机界面，形成一个方便的操作功能包括：自动烘箱、冷启动、故障诊断、故障信息显示和存储、操作信息、系统状态显示。

在前门的上部设有一个封闭的隔离控制室，主控板、反馈板、控制电源等，并能方便地观察主控板的信号。隔离控制室不需要额外的冷却。

电力电子装置的主电源是水冷式的，并且在柜内操作过程中的温升不会影响隔离控制室。同时，在电子控制电路板中的所有电子元件的选择是根据高的温度水平。

具有全功能的空气开关保护系统。断路器的快速动作的功能（空气开关）安装在正电源，它是由一个电动操作机构，压力损失起着24v联锁线圈的保护作用，并具有过流保护、过电流时，它的跳闸保护，切断供电电源柜电源。桥式整流器将交流电转换成直流电，为逆变器提供一个稳定的直流平台。两套串联谐振逆变桥，输出功率可以在两个串联谐振逆变桥之间任意分布。两套串联谐振电容补偿装置满足双输出，可在同一时间进行双炉。该电容器安装在一个全封闭电容柜内，由高强度冷轧钢板制成。

同时，还配备了差动电流模式和DC注入式漏电测试报警电路、指示灯、漏电电流表和检测控制电路等。在正常操作中，它是连续检测到的。当下列条件发生时关闭电源：

1、炉衬钻铁；

2、炉体湿度过大；

3、电源内部绝缘不好；

4、一切会引起漏电的事件都会被及时检测并停止设备运行，具有很高的安全性。串联谐振可以代替工频耐压。在做工频耐压75KV时电晕声和臭氧味很重，可能是由于试验变压器套管对空气放电引起的。串联谐振声音很小且无臭氧味，是由于串联谐振的电压分布式从下到上整个电抗器的高度来分布的。所以爬电距离不一样，所以就没有臭氧味。

产品概述:

变电站电器设备交流耐压调频串联谐振装置主要针对220KV及以下变电站一次电气设备交流耐压试验设计制造。可按规程要求满足变压器、GIS系统、SF6开关、电缆、套管等容性设备交流耐压试验。既可满足高电压、小电流的设备试验条件要求，又可满足低电压、大电流的设备试验条件要求，具有较宽的适用范围，是地、市、县级高压试验部门及电力承装、修试工程单位理想的耐压设备。

设备组成：

1、变频控制电源

2、激励变压器

3、电抗器

4、电容分压器

5、高压电容

6、接入直流数字微安表，可以完成设备的直流耐压试验。由于系统谐振后具有很好的滤波特性，因此其产生的直流电压优于普通试验变压器整流出来的直流电压。

产品特点：

1、操作简单。手动试验（手动寻找谐振点和手动升压）、自动调谐（自动寻找谐振点）和自动试验（自动寻找谐振点和自动升压）三种模式适应不同试验要求；

2、局部放电量小，Q值高，调频范围宽；

3、试品闪烙后无暂态过电压；

4、本装置设计独特。高压组合电器试验电压高，但试验电流小，而高压电缆的试验电压相对高压组合电器来说要低，但试验电流大大增加，故此类调频谐振装置把电抗器分为n节，使之串联可输出高电压/小电流，并联可输出较低电压/大电流；

5、完全可以期待常规试验变压器来完成变电站内的交流耐压试验，试验所需电源容量小，为试验容量的1/20～1/30倍可解决变压器用变电源容量小于试验容量问题；

6、试验范围大，可对CT，PT，开头，断路器，绝缘子，母线变压器中性点等进行交流耐振试验；

7、重量轻，单件重≤40kg，方便搬动，极便于现成试验；

8、装置可对现场XLPE交联聚乙烯电缆220KV电压等级1200mm2的长度达10公里进行试验；

9、大屏幕显示试验数据、状态和实时操作步骤提示；

10、采用我公司专有的16位精细调频和调压软件专业技术、11KHZ载波频率、SPWM和进口原装IPM整体模块。配合适当电抗器，就可以满足国家和地方电力部门规定的频率范围，整机领先于国内外同类产品；

11、软件精细调频、调压；

用户选型需提供的被试品参数:

1、被试品对象及最高试验电压；

2、变压器的电压等级及变压器的容量、空载损耗、绕组对地电容量等；

3、GIS系统的电压等级、端口总数；

4、SF6开关的电压等级；

5、电缆的单根长度和截面，试验时间，最高试验电压等；

6、套管的电压等级；

7、其他电力电器的类似相关参数；

串联谐振装置广泛应用于变压器、电容器等大容量试验对象的现场交流耐压试验。针对实际应用中常见的问题，分析了串联谐振耐压试验中影响因数质量q的几个因素。

1、测试对象的容量：

q值是评价串联谐振电路最重要的参数。它与高压电容的工频f和电感L成正比，与阻抗R成反比，R表示整个电路的有功损耗。在实际的工频串联谐振测试电路中，根据公式wl=l/wc可以得出电容电抗决定电感电抗的结论。

然而，Q=wL/R。如果测试对象是GIS或由独立元件组成的设备，则可以分段进行耐压测试，提高容抗，获得更高的q值。采用变频谐振装置，试验对象的容量较大，谐振频率较低。在大多数情况下，这对测试对象是有帮助的。

2、电路损耗的等效电阻：

无论何种工频或变频谐振装置，若测试对象容量固定或高压电抗器电感固定，当电路达到串联谐振时，wl=l/wc，则有：式中：Uout为输出电压；Uexc是根据上述公式输入的励磁电压，提高q值的唯一方法是降低电路损耗电阻R。实际测试电路由串联测试装置、高压引线和测试对象三部分组成。该电路主要由高压电抗器和串联装置中的测试对象构成。

3、串联谐振装置损耗

高压电抗器主要决定串联谐振器件的有源损耗。高压电抗器电感大，电流小。因此，线圈的直流电阻可以达到ka。它与电抗器的铁损耗构成了电路损耗电阻r的重要组成部分。为了便于进一步分析，我们引入了这一观点——将整个电路的q值分解为电路的各个部分。设电路q值为Qs，串联谐振器q值为QR，测试对象q值为Qi。

4、结论：

(1)串联谐振试验中，影响q值的因素很多，包括被测对象的容量、电路损耗电阻、天气等；

(2)Qs是一个复杂的参数，一般由QL和QR决定，然而，在现场试验中，其他因素也会影响Qs，包括高压电极和高压引线。特别是高压引线的电晕损耗控制比较困难。随着电压的升高，高压部分电晕损耗逐渐增大，导致Qs值明显降低。最后，输出电压不能饱和，不再增加；

(3)降低高压部分电晕损失的有效方法是在高压电极上增加电晕环，提高高压引线的初始电晕场强。实验室可采用长径精加工铝管，现场试验高压引线应采用长径弹性引线。不建议使用裸铜线；

(4)当输出电压接近标称值时，应注意电抗器的电压分布。

谐波谐振的危害：

串联、并联电路谐振频率与系统电阻无关，当系统谐波源频率天时就会发生串联或并联谐振。若很小，可以激发二次或三次谐波的高次谐波谐振过电压若、很大，则能激发分频谐波的谐振过电压，这两种谐振过电压都表现为三相对地电压的同时升高，而线电压正常。试验研究表明，基波谐振和高次谐波谐振过电压一般不超过倍额定电压，对于分频谐波谐振，由于受到电压互感器铁芯严重饱和的限制，过电压一般不超过倍额定电压，但励磁电流急剧增加，瞬时可高达额定励磁电流的几十倍以上，引起高压保险丝的频繁熔断。

①串联或并联谐振会产生高于电源数倍的电压，施加在回路中的电容器、互感器、断路器等设备上，引起高压电气设备绝缘损坏。在熔断器未及时熔断的情况下会引起电压互感器喷油、绕组烧毁甚至爆炸。

②谐振引起的过电压，还可以导致氧化锌避雷器的损坏。无间隙氧化锌避雷器的过电压耐受能力有限，如果选用氧化锌避雷器的直流电压偏低，在过电压的作用下连续动作，最终会发生热崩溃而损坏。

③在电压互感器熔断器不能及时熔断的情况下，引起电压互感器二次电压升高，对二次继电保护设备和计量仪表的绝缘造成损坏或引起继电保护设备的误动。

④基波谐振时，出现虚幻接地现象，易引起值班人员的误判断，表现为两相电压升高，一相电压降低，线电压正常，其现象与单相接地相同。

⑤谐振时电压互感器铁芯的饱和会使变比误差增大，影响计量、测量精度。

⑥谐波谐振引起电网的谐波损耗增大。

谐波谐振的预防和应对措施：

①少谐波源的产生

在选用铁芯设备时尽量选用励磁特性好、伏安特性高、铁芯不易饱和的电磁式电压互感器、变压器、电抗器。在选用电磁电压互感器时应注意同时提高三相电压互感器的励磁特性和伏安特性曲线的线性度，尽量选用同型号、同批次生产的单相电压互感器，也可以采用电容式电压互感器代替电磁式电压互感器。

断路器三相不同时合闸，由于合闸瞬间三相电压的不同，会引起的三相负载的不对称，使电源的中性点产生位移，中性点对地电压与电源电压叠加会使三相对地电压同时升高或两相、单相对地电压升高，使回路中的电磁式电压互感器或电抗器线圈很快饱和，激磁电流的波形发生畸变，产生高次谐波。

②限制谐波源注入电网的谐波电流在谐波源处装设交流滤波器是防止谐波源向系统注入谐波电流的有效而通用的措施。

交流滤波器分为调谐滤波器分为单调滤波器和双调滤波器和高通滤波器，对产生较低次数如、次谐波含量较大的大容量的谐波源，可对每次谐波各装一个单调滤波器，将谐波分别滤除对次数较高的各次谐波如次及以上各次，可通过安装一个高通滤波器将其谐波部滤除。将有源电力滤波器装设在谐波源处，用于抑制谐波源产生的绝大部分的谐波电流注入系统。

③采取有效措施使系统的参数处于谐振范围之外改变参数，避开谐振区域控制投入电压互感器的台数。改变投入补偿电容器的组数，在保证系统功率因数要求的前提下，通过改变系统的容性参数，以避开谐振区域。中性点不接地系统经消弧线圈接地。少油断路器端口均压电容与母线电压互感器发生串联谐振时，在断路器遮断容量允许的条件下，取消断路器端口均压电容器。投入空载线路，改变系统的感性或容性参数。

④从倒闸操作程序上防止谐振的发生在母线充电倒闸操作过程中，若电源断路器由冷备用转为热备用时，发生电压互感器铁磁饱和引起的母线谐波谐振，则应立即将断路器转入运行，通过接入空载变压器或空载线路改变电感、电容参数，来避开谐振区域以消除谐振，或先断开母

电压互感器刀闸，再将电源断路器由冷备用转为热备用，等母线充电后再将电压互感器投入在母线停电倒闸操作过程中，若电源断路器由运行转为热备用时母线产生谐振，则应立即将其返回运行状态，将母线电压互感器刀闸断开后，再操作电源断路器使母线停电。

⑤增加回路损耗

在电压互感器的高压绕组中性点串接阻尼电阻。或非线性电阻消谐器如型消谐器后接地，通过电阻的阻尼作用抑制流过绕组的谐波电流，避免铁芯饱和产生的谐波引起谐振。在电压互感器的二次侧零序电压线圈开口三角形绕组中接入低值消谐电阻一。,或采用分频继电器，当发生谐振时自动将非线性电阻接入电压互感器开口三角形回路中。

采用零序电压互感器。将三台电压互感器一次侧接成星形，中性点通过一台零序电压互感器接地，主电压互感器二次辅助线圈接成闭口三角形以防止谐振。

并联电容器谐振特性分析：

并联电容器是目前国内采用的无功补偿设施，它是为了减少线路上因大量无功传输而引起的电能损失，解决地区无功电源容量不足，提高功率因数，保证电力系统安全经济运行的重要措施。但是，随着电力系统的发展和电力电子技术的广泛应用，用电负荷的结构发生了重大的变化，大量的非线性负荷特别是电弧炉、电气化铁路、晶闸管调压及变频调整装置的运行，由于其非线性、冲击性以及不平衡性的用电特性，向电力系统注入大量谐波电流，电网的电压波形发生畸变，严重地影响了电能质量。

当一个谐波源在谐波频率下，激励一个感抗与容抗大小近似相等的电路，则该电路就会发生谐波谐振。电容器的谐波容抗和系统谐波感抗的配合，将造成注入谐波的并联谐振或串联谐振及谐波的成倍放大，使并联电容补偿装置中的电容器和串联电抗器产生谐波过电流、过电压和过负荷，致使电容器异常发热，并使电容器的局部放电性能下降，加速绝缘介质的老化，经过一段时间的积累，促使电容器和串联电抗器的损坏。同时使系统谐波水平升高，影响电网的安全经济运行。故需要弄清并联电容器谐波谐振的原理，找到切实解决这一问题的方法。