变频串联谐振常见问题有哪些？四方国瑞电力告诉你

发布日期：2020-05-09　点击：1280次

湖北四方国瑞是一家专业研发生产串联谐振的厂家，本公司生产的串联谐振在行业内都广受好评，以打造最具权威的“串联谐振“高压设备供应商而努力。

什么是串联谐振

  在电阻、电感及电容所组成的串联电路内，当容抗XC 与感抗XL 相等时，即XC＝XL，电路中的电压U 与电流I 的相位相同，电路呈现纯电阻性，这种现象叫串联谐振。当电路发生串联谐振时，电路的阻抗Z=√R2+XC-XL2=R，电路中总阻抗最小，电流将达到最大值。 

  发生谐振时，由 于感抗和容抗相等，所 以电感和电容两端的电压有效值相等，即：UL=UC。又由于其相位相反，因此这两个电压是相互抵消的。在电容或电感的电压有效值为：UL=UC＝XLI0=ω0LIO=ω0LU/R。式中ω0L/R 称为谐振电路的品质因数，它代表电压比。即UC/U 或UL/U。 

  品质因数是衡量谐振电路特性的一个重要参数。如电路中电抗越大，电阻越小，则品质因数越高。因此电容或电感上的电压值将比外加电压大的多。一般电感、电容谐振电路的品质因数可达几十甚至几百。所以串联谐振又叫电压谐振。在电力系统中，串联谐振将会产生高出电网额定电压数倍的过电压，对电力设备的安全造成很大危害。

  串联谐振的优点

  1、所需电源容量大大减小。串联谐振电源是利用谐振电抗器和被试品电容谐振产生高电压和大电流的，在整个系统中，电源只需要提供系统中有功消耗的部分，因此，试验所需的电源功率只有试验容量的1/Q。

  2、设备的重量和体积大大减少。串联谐振电源中，不但省去了笨重的大功率调压装置和普通的大功率工频试验变压器，而且，谐振激磁电源只需试验容量的1/Q，使得系统重量和体积大大减少，一般为普通试验装置的1/10-1/30。

  3、改善输出电压的波形。谐振电源是谐振式滤波电路，能改善输出电压的波形畸变，获得很好的正弦波形，有效的防止了谐波峰值对试品的误击穿。

  4、防止大的短路电流烧伤故障点。在串联谐振状态，当试品的绝缘弱点被击穿时，电路立即脱谐，回路电流迅速下降为正常试验电流的1/Q。而并联谐振或者试验变压器方式做耐压试验时，击穿电流立即上升几十倍，两者相比，短路电流与击穿电流相差数百倍。所以，串联谐振能有效的找到绝缘弱点，又不存在大的短路电流烧伤故障点的忧患。

  5、不会出现任何恢复过电压。试品发生击穿时，因失去谐振条件，高电压也立即消失，电弧即刻熄灭，且恢复电压的再建立过程很长，很容易在再次达到闪络电压前断开电源，这种电压的恢复过程是一种能量积累的间歇振荡过程，其过程长，而且，不会出现任何恢复过电压。

  调频谐振装置主要功能及其技术特点：

  1、装置具有过压、过流、零位启动、系统失谐（闪络）等保护功能，过压过流保护值可以根据用户需要整定，试品闪络时闪络保护动作并能记下闪络电压值，以供试验分析。

  2、整个装置单件重量很轻，便于现场使用。

  3、装置具有三种工作模式，方便用户根据现场情况灵活选择，提高试验速度。工作模式为：全自动模式、手动模式、自动调谐手动升压模式。

  4、能存储和异地打印数据，存入的数据编号是数字，方便的帮助用户识别和查找。

  5、装置自动扫频时频率起点可以在规定范围内任意设定，扫频方向可以向上、向下选择，同时液晶大屏幕显示扫描曲线，方便使用者直观了解是否找到谐振点。

  6、采用了DSP平台技术，可以方便的根据用户需要增减功能和升级，也使得人机交换界面更为人性化。

  串联谐振与并联谐振的区别

  1. 从负载谐振方式划分，可以为并联逆变器和串联逆变器两大类型，下面列出串联逆变器和并联逆变器的主要技术特点及其比较： 

串联逆变器和并联逆变器的差别，源于它们所用的振荡电路不同，前者是用L、R和C串联，后者是L、R和C并联。 

  （1）串联逆变器的负载电路对电源呈现低阻抗，要求由电压源供电。因此，经整流和滤波的直流电源末端，必须并接大的滤波电容器。当逆变失败时，浪涌电流大，保护困难。 

并联逆变器的负载电路对电源呈现高阻抗，要求由电流源供电，需在直流电源末端串接大电抗器。但在逆变失败时，由于电流受大电抗限制，冲击不大，较易保护。

  （2）串联逆变器的输入电压恒定，输出电压为矩形波，输出电流近似正弦波，换流是在晶闸管上电流过零以后进行，因而电流总是超前电压一φ角。并联逆变器的输入电流恒定，输出电压近似正弦波，输出电流为矩形波，换流是在谐振电容器上电压过零以前进行，负载电流也总是越前于电压一φ角。这就是说，两者都是工作在容性负载状态。 

  （3）串联逆变器是恒压源供电，为避免逆变器的上、下桥臂晶闸管同时导通，造成电源短路，换流时，必须保证先关断，后开通。即应有一段时间(t )使所有晶闸管（其它电力电子器件）都处于关断状态。此时的杂散电感，即从直流端到器件的引线电感上产生的感生电势，可能使器件损坏，因而需要选择合适的器件的浪涌电压吸收电路。此外，在晶闸管关断期间，为确保负载电流连续，使晶闸管免受换流电容器上高电压的影响，必须在晶闸管两端反并联快速二极管。

变频串联谐振装置（BPXZ-HT系列）是华天电力运用串联谐振原理，利用励磁变压器激发LC串联谐振回路，通过调节变频控制器，使回路里的电感L（电抗器）和电容C（试品）串联谐振，产生的谐振电压即为加到试品上的电压。串联谐振常常运用于电力，冶金等行业的大容量，高电压的试品的耐压试验。

  华意电力生产销售变频串联谐振装置已经多年，偶尔也会有客户打电话要求我们提供售后服务，但是真正出现仪器故障的很少，大部分是由于装置不合理连接导致无法升压或者升压达不到要求。由于变频串联谐振装置是运用串联谐振原理，而大部分的人不太了解此原理，所以下面我们就运用技术原理来分析这些可能出现的问题，以便于给出正确的解决方案，也可以让更多的人了解串联谐振，让华天电力生产的变频串联谐振装置更好的服务客户。

    串联谐振需要满足频率，电容，电抗三个条件，当这三个因素达到一定的要求时才可能发生谐振，从而在试品（电容C）上产生谐振电压。由于在变频串联谐振装置出现前，耐压试验更多的是采用试验变压器或者直流高压发生器，而这两种设备都是采用直接输出电压的模式，并不需要发生谐振，只要试验变压器输出的电压达到要求电压，相对来说比较简单，但是由于试验变压器受限于技术和容量的原因，无法对大容量高电压的试品进行耐压，而且大容量的试验变压器的体积  客户在试验时，我们必须保证试品（电容C）和我们组合的电抗器（电感L），能在频率（30-300HZ）的范围内产生谐振。我公司生产的变频串联谐振装置都是根据客户的需求进行定制的，一般客户提出要求的试品其电抗器的组合方式和激励变压器的输出电压的选择在说明书上都有配置方案，如果是对定制内的试品进行试验可以直接参考方案进行试验。如果是非方案内的试品，则需要进行一些简单的计算。

首先我们需要计算出试验需要的电流：

I=2πfCU  （C为试品的电容，U为试验电压）

  然后根据试验电压U和试验电流I对电抗器进行组合。电抗器的组合的原则是串联电流不变，电压相加；并联电压不变，电流相加。（电抗器都是一样的，其铭牌标注有额定电压和额定电流等）我们可以对电抗器进行串联，并联或者串并联混合组合，使此时的额定电压和额定电流都能满足试验电压U和试验电流I的要求。再根据组合的电抗器计算出组合后的电感L，然后使用一下公式进行计算：

f=1/2π

  如果f在30-300Hz的范围内，则我们可以初步认为仪器可以谐振，而试验也很大可能可以完成。（计算都是理论值，其还受品质因素等影响）

  以上为如何防止因为串联谐振装置与试品组合不匹配照成的无法升压问题的简单计算和解决方案，我们只有在计算后，使计算的理论值都符合要求才能保证我们的试验成功。

  当然并不是所有的无法升压都是由于匹配组合问题造成的，有可能还有装置和试品本身的问题。所以当我们计算出满足谐振的试验要求，而仪器又无法进行升压时，我们就需要确定是不是串联谐振装置或者试品的问题。此时我们可以使用串联谐振装置进行自升压试验，我公司生产的串联谐振装置，在不带试品（电容C）的情况下，利用补偿电容（可能含有）或者电容分压器结合电抗器也可以进行自升压操作，此操作主要是检验串联谐振装置每个部分是否可以正常工作，如果在正确组合和接线的情况下，串联谐振装置仍然无法自升压，则说明装置产生故障，需要返厂进行维修。如果串联谐振装置可以正常工作，则可以初步判断设备没有故障，客户就需要检测试品是否存在接线或者本身有问题。

  由于变频串联谐振装置是最近才出现的耐压装置，其使用原理也是不太常见，而且串联谐振由变频源，电抗器，分压器，激励变压器，补偿电容等组成，相对比较复杂，可能出现的问题的原因也比较多，我们这里也无法一一列举，以上给出的方案只是针对比较常见问题，如果还无法解决，可以拨打售后电话，寻求湖北四方国瑞的专业技术指导。

  华意电力是一家专业研发生产串联谐振的厂家，本公司生产的串联谐振在行业内都广受好评，以打造最具权威的“串联谐振“高压设备供应商而努力。

  现场耐压试验取高电压最直接的方法是使用试验变压器将电压升到耐压试验所需要的电压值，但该方法存在很多局限性。被试验设备电压等级越高，试验变压器的变比就越大，由于试验电压比被试设备运行电压高很多，对变压器的绝缘水平要求较高，且带负载能力受到二次绕组的容量和现场试验电源的很大限制；因此，只有较低电压等级和较小电容值的被试设备才使用试验变压器产生高压进行耐压试验。对于较高电压等级和较大电容值的被试设备，现场常用串联谐振方法产生高电压进行耐压试验；对于较低电压等级和大电容值的被试设备，现场常用并联谐振方法产生高电压进行耐压试验。并联谐振方法主要用于电力电缆的交流耐压，它较好地满足了被试设备较大电力的要求，但产生的电压并不高，本文对这种方法不进行讨论。串联谐振产生高电压方法的应用较为广泛，但现场使用这种方法进行耐压试验时也遇到不少问题。本文主要就变频串联谐振耐压试验的原理及应用进行分析与研究。

一、对高压电气设备进行交流耐压试验的必要性

  (1)直流耐压试验不能反映设备实际工况下的电场分布，难以正确发现高压电气设备的内部缺陷。直流电压下，电气元件上的电压按电阻分布，交流电压下电气设备上的电压则是按介电常数分布，它反映实际运行的情况。例如: 对于交联电缆、全膜或纸膜电容器，其固体介质的电阻率可高达1-100EΩ*m ，当其电容元件绝缘薄膜绝缘不良时，其电阻率可大幅下降，只有原电阻率的几分之一。做直流耐压时。电阻率高、绝缘良好的电容元件可承受的电压较不良电容元件反而高出几倍，使绝缘不良的电容元件反而更容易通过试验，但在运行电压下，其绝缘缺陷便会暴露出来，诱发故障。(2)直流电压可使高压电气设备内部的局部放电大为减弱，不利于绝缘缺陷的检出。高压电气设备内部的某些绝缘弱点或极板边缘电场集中的部位均可能产生局部放电，持续的局部放电对绝缘是有害的。因高压电气绝缘的多样性，在导体和绝缘介质之间往往存在多种绝缘介质，而各种介质的场强分布不同，加压时，场强较高的介质会先发生局部放电，但是同样的复合材料，在直流电压作用下，局部放电会大大减弱。气隙发生局部放电后产生的正、负离子形成反向电场强度E'，使气隙中的合成场强下降，使局部放电削弱甚至熄灭。而交流电压则不然，只要外加试验电压高于局部放电起始电压，每半周内至少会发生两次局部放电，因此交流耐压试验检出的绝缘缺陷远比直流耐压敏感。(3)工频交流耐压试验反映(符合)实际运行电压波形，与运行中出现的工频暂态电压升高的情况较为符合，不存在等价性问题。但工频耐压，试验设备的容量不易解决:工频耐压试验由于其设备庞大笨重，现场运输困难，一般仅能在现场做110kv电压等级的G IS和SF 6 断路器，且试验过程中若被试品发生闪络或击穿，短路电流极易烧伤被试品。综上所述，施加交流耐压才能真实地考核高压电气设备的制造质量，才能有效地检出因各种因素造成的绝缘缺陷，但工频耐压存在一些缺陷。

二、变频串联谐振耐压试验的原理和应用

  (1)根据串联谐振的原理(见图1) 当L、C、R 串联回路中的感抗与试品容抗相等时，感抗中的磁场能量与试品电容中的电场能量相互补偿，试品所需的无功功率全部由电抗器供给，电源只提供回路的有功功率，此时电路的功率因数cosψ=1.0，即电源电压与谐振回路电流同相位，电感上的电压降与电容上的电压降相等，相位相反。

  (2)变频串联谐振装置是运用串联谐振的原理，利用励磁变压器激发串联谐振回路，通过调节变频电源的输出频率，使得回路中的电抗器的电感L和试品电容器的电容C发生谐振，最后通过调整励磁的输出电压，使谐振电压达到所要求的试验电压。变频串联谐振试验装置广泛应用于电缆、大型电力变压器、气体绝缘组合电器(G IS)、电力电容器等高电压、大容量的电力设备的交流耐压、感应耐压等试验项目中。其试验原理如图2所示：

  原理总结:串谐装置可提供被试设备高于高于电源电压Q 倍的试验电压。由于电源容量减小且电感、电容可做成分段式，使试验设备轻巧，运输方便，为大容量、长距离现场试验成为可能并提供极大方便，同时利用试验频率允许在一定可调范围内(30一300H z)和试验电抗器固定可调(单一电抗器是不可调的，但是通过串并联，总电感可调)的原理，使得系统的柔性大大增加。

  调谐式串谐具有体积小、重量轻，消耗的电源能量小，试验电压获得容易，操作方便，省时省工，同时串谐试验将避免被试设备击穿时产生过大的短路电流，而使设备进一步受损。但是，在试验过程中一定要做好一次引线及导电部分的屏蔽，尽量降低线路电晕损耗引起的等效电阻，提高设备品质因数Q，才能保证耐压试验顺利进行。

  华意电力生产的变频串联谐振成套装置主要是针对500KV及以下CT.GIS，220KV电缆。GIS的交流耐压试验设计制造。电抗器采用多节分体设计，既可满足高电压，小电流的设备试验要求，又能满足220KV电缆这样的交流耐压试验要求，具有较宽的适用范围，所以成为高压试验部门及电力安装、工程单位理想的耐压设备。

  变频串联谐振成套装置产品特点

1. 大屏幕显示试验数据、试验状态，并有实时操作步骤提示功能

2. 能灵活整定实验电压、调频范围、加压时间

3. 试验结果能计算出被试品电容

4. 体积小、重量轻、操作方便

5. 分辨率高、频率分辨率为0.001HZ

6. 安全可靠高、系统具有过电流、过电压及放电保护功能，可有效保护人身及设备安全试验结果可打印可升级造作软件

  变频串联谐振成套装置工作原理

  高压电抗器③可并、可串接使用，以保证回路在适当的频率下谐振。通过变频控制器①提供电源，试验电压由励磁变压器②经过初步升压后，使高电压加在高压电抗器③和试品⑥上，通过改变变频控器的输出频率，使回路处于串联谐振状态；调节变频电源的输出电压幅度值，使试品上的高压达到合适的电压值。回路的谐振频率取决于与被试品串联的电抗器的电感L和试品的电容C，谐振频率f=1/（2π  ）。

  例：10kV，630平方毫米交联电缆6km，试验频率30~300HZ,电容量≤3.06μF，试验电压22kV。频率取35Hz

  试验电流 I=2πfCU试 =2π×35×3.06×10-6×22×103=14.7A

  对应电抗器电感量 L=1/ω2C=7H

  设计六台电抗器，使用电抗器六节并联，则是单台电抗器为67.5kVA/27kV/2.5A/42H

  变频串联谐振成套装置电抗器使用关系表

设备组合 试品		电抗器 67.5kVA/27kV六节	激励变压器 输出端选择
10kV /630mm2交联电缆	长度6km	使用电抗器六节并联	1kV

总结：10kV，630平方毫米交联电缆6km的选型结果是XZB-405kVA/108kV调频式串联谐振试验装置。

四方国瑞电力生产的变频串联谐振成套装置采用16位精细变频、10KHZ载波频率、SPWM和进口原装IPM整体模块设计、制造的变频串并联谐振成套试验装置，完全符合国家有关高压实验的规程和要求。