变频串联谐振在变压器交流耐压试验中的应用

变频串联谐振在变压器交流耐压试验中的应用

步晓军

山东中联电气有限公司，山东省淄博市桓台县 256400

摘要：在电网系统运行中，变压器是十分关键的设备，外施交流耐压用于考核变压器主绝缘电气强度的水平，也是检查验证变压器设计、制造和安装质量的重要手段。实际应用中，常用的试验升压方式有两种：一是采用控制箱加升压变压器的接线方式直接升压；另一种是采用串联谐振的方式进行升压，满足大容量设备的需求。当变压器额定电压大于35kV且额定容量大于8000kVA时，需要升压试验变压器的额定电流大于100mA，满足这种要求的高电压试验变压器和调压器如今还不够普及；同时考虑到大容量的试验变压器笨重，抬搬不方便，现场实际操作会有困难。在工程现场采用变频串联谐振的方式对大容量高电压变压器进行交流耐压试验，通过串联谐振升压，利用并联补偿电容进行频率调节，以上问题可以得到有效解决。

关键词：变频串联谐振；变压器；交流耐压试验

引言

随着国家现代化建设进程的持续推进，需求量大、安全稳定性要求高己成为现代电力系统的重要特征，交流耐压试验是检验电气设备绝缘最有效的试验方法，所以在电气设备经过运输和设备安装以及常规试验合格后，应通过交流耐压试验验证其设备在制造及运输环节可能存在的绝缘缺陷。传统的工频试验变压器体积重、容量小、安全性差，己无法满足GIS、交流聚氯乙烯电缆等容量非常大的电器设备的要求。针对此，急需研制并推广新型用于耐压的试验设备。

1变频串联谐振技术原理及特点

1.1原理

为取得高电压，令R,L,C串联电路回路中的感抗与容抗相等，产生谐振。目前改变电感的方式产生谐振的调感设备较为笨重，而改变试验电源频率产生谐振的变频设备则轻便灵活。其试验原理如图1所示，F1为变频电源，可以为回路提供可以调节电源频率和幅值的电压。T1为励磁变，主要作用是升压。L为谐振电抗器(试验回路可使用1只或者多只，可组成串联或并联接线，组合方式根据实际情况)。回路总电容C，是指电容分压器的电容C2与试品的电容Cx之和。f8l开始试验时，由变频电源控制输出功率大小，一般为2%，然后开始调整频率，进入搜索回路谐振点模式，大部分设备都具有自动调频搜索功能。当谐振频率找准后，保持频率不变，调节变频电源的输出电压值，令试品电压匀速升高到试验耐压值(需要注意搜到假的谐振点或是谐振回路接触不良等情况)。谐振电抗器L一般串联连接使用，在进行大容量试品(如较长的高压电缆)试验时，根据计算的参数确定设备的连接方式，选取对试验回路连接并联电抗器，补偿电容电流。试验过程中利用TA监控试验回路的一次电流不大于回路的额定电流值，利用C2电容分压器测量试验回路的一次电压值。

图1变频耐压试验设备接线原理图

1.2特点

在变压器耐压试验过程中，电力变压器的实验电压通常为额定电压的两倍左右。同时，为了避免变压器铁芯磁通饱和问题的出现，实验过程中通常将电源频率设置为额定频率两倍以上(通常为100－400Hz)。近些年来，随着500kV电压等级大容量变压器的出现，感应耐压所需的试验设备容量增加很多，采用传统的三倍频装置逐渐无法满足设备耐压试验检测的实际需求。因此出现了用中频发电机组并配以补偿电抗器的方法来进行感应耐压试验。

2变频串联谐振在变压器交流耐压试验中的应用

一台由某市电力设备有限公司2017年出厂的型号为SZ11-80000/110的110kV、80MVA的大型电力变压器（简称“变压器1”），接线组别为YNyn10+d11，电压比为（110±8×1.25%）/10.5+6.6。根据五通标准《国家电网公司变电验收管理规定（试行）第1分册油浸式变压器（电抗器）验收细则》附录A.13：外施交流耐压试验电压值按出厂值80%进行。

2.1采用常规试验变压器法进行交流耐压试验

该电力局现有最大试验变压器额定容量2kVA，额定电压60kV，额定电流0.033A，若用常规试验变压器法进行交流耐压试验，试验数据如表3所示。

表1变压器采用常规试验方法估算数据

由表1可知，采用传统升压方式高压绕组试验电压和电流不满足要求、低压绕组和平衡绕组试验电流不满足要求，因此不能用现有的常规升压方式进行耐压试验。

2.2采用变频交流串联谐振的方法进行交流耐压试验

2.2.1变频交流串联谐振装置试验参数

（1）变频电源（HDSR-F，主机1台）：

输入电压：380V，三相，50Hz；输出电压：0～450V；输出容量：20.0kVA；频率调节范围：30～300Hz。

（2）励磁变（F-LB10B，1台）：

输入电压：0～450V；输出电压：0～2.5×4kV；额定容量：10.0kVA。

（3）试验电抗器（F-DK27/27.5，5只）：

额定电压：27kV，45～300Hz；额定电流：1.0A；额定负载：131nF；额定电感量：95.5H。

（4）分压器（F-CF250，1只）：

额定电压：300kVAC；有效精度：1.0级；额定电容：0.5nF。

（5）补偿电容（HDSR-f-Z140IV，1个）：

额定电压：140kV；额定电容量：3.2nF。

（6）高压引线、放电杆及附件：1套。

（7）5000V高压绝缘电阻仪：1只。

（8）绝缘垫：1只。

2.2.2试验参数计算

（1）耐压前后的绝缘电阻测量。

（2）高压绕组估算：

试品总容量：10720pF。

试验电压：

147kV×80%≈118kV（1min）（4）

试验频率：

试验电流：

i=2πfCU

=6.28×60.68×10.72×118×10^-6≈0.482A（6）

（3）低压绕组估算：

试品总容量：22180pF。

试验电压：

35kV×80%=28kV（1min）（7）

试验频率：

试验电流：

i=2πfCU

=6.28×45.30×22.18×28×10^-6≈0.177A（9）

（4）平衡绕组估算：

试品总容量：19120pF。

试验电压：

35kV×80%=28kV（1min）（10）

试验频率：

试验电流：

i=2πfCU

=6.28×48.25×19.12×28×10^-6≈0.162A（12）

本次耐压试验实测数据如表2所示。

表2变压器采用变频串联谐振方法实测数据

分析表2可知，本次交流耐压试验数据满足标准要求。通过变频串联谐振装置，设定相关参数，找到谐振频率，形成串联谐振回路，将电源输入的低电压转换为与之相对应的耐受电压值，分别对高压侧、低压侧和平衡绕组进行交流耐压试验，可达到考验被试变压器各绕组绝缘性能耐受高压的目的。

结语

综上所述，变压器交流耐压试验中变频串联谐振技术应用效果的影响因素较多，电力工作者应从变压器设备的实际特征出发，结合变频串联谐振的原理与应用特点，对各项试验影响要素进行合理的控制，全面提升试验的科学性与准确性，为电力系统变压设备的高效安全运行创造条件，促进电力行业的持续发展，为区域经济建设注入动力。

参考文献

［1］仇新艳，李付亮，彭春燕，周有庆，潘华．特高压变压器交流耐压及局部放电试验装置［J］．高压电器，2009，04:94～96，99．

［2］程绍伟，金大鑫，张楠．关于220kVHGIS交流耐压试验放电及故障分析［J］．高压电器，2013，02:120～123．

［3］杨波，何勇，席文飞，康琪．变频串联谐振耐压试验中假谐振现象分析［J］．中国电业(技术版)，2012，11:21～22．

［4］李中胜．串联谐振耐压试验中电抗器的组配验算［J］．湖南工业职业技术学院学报，2014，01:4～6．