串联谐振电路

串联谐振

按照电气设备交接试验要求,变压器、GIS系统、SF6断路器、电流互感器、电力电缆、套管等容性设备交接时需进行交流耐压试验。采用传统的工频电压试验法进行容性设备交流耐压试验时,升压试验变压器笨重、庞大，且现场大电流试验电源不易取得。与传统试验方法相比较，变频串联谐振具有输入电源容量小、设备重量轻，品质因数高，并具有自动调谐、多重保护、组合方式灵活等优点。由于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，试验电源只需提供系统有功的消耗，因此其所需电源功率只有试验容量的1/Q。而且，由于串联谐振试验不需要大功率调压装置和工频试验变压器，谐振激磁电源只需试验容量的1/Q，使得串联谐振系统重量和体积大大减少。另外，谐振电源是谐振式滤波电路，其能改善输出电压波形，从而防止谐波峰值对试品的误击穿。而在串联谐振状态下，当试品绝缘弱点被击穿时，电路立即脱谐，回路电流迅速下降为正常试验电流的1/Q，故其还可防止大的短路电流对故障点的烧伤。

高压电气实验主要是针对电力系统中绝缘系统设备的安全进行检验，同时，在日常运行过程中也要定期对电气设备进行试验。交流耐压实验是高压电气实验中较为常见的实验方法，但这种实验对电源和设备的要求较高，串联谐振设备在其中的应用则大大降低了交流耐压试验的难度，使试验能够顺利进行，所以，有必要对串联谐振在高压试验中的应用进行分析、研究。

串联谐振概述

在高压实验中，串联谐振的应用是利用RLC串联谐振电路产生谐振，使电流和电源电压相位相同，产生无功电压相同、相位相反的效果，这样整个电路就会呈现阻性。其中，谐振电流的大小取决于电阻的大小，而其谐振频率则是由电路参数L和C来调节的，通过调节这两个参数来实现串联谐振。由此可以看出，要想在高压实验中应用串联谐振技术，首先应该具备的谐振设备包括两个部分，即电抗器和电容器。其中，电抗器产生电感L，而电容器产生电容C，通过调节L和C的数值使得外加电源信号频率与电路的固定频率一致，这时，电路就会产生谐振。出现谐振时，电容和电感上所获得的电压值是最大的，这样就可以利用最大电压值对电力设备的试验品进行试验，以达到试验的目的。具体来说，整个串联谐振设备主要包括变频调压电源、励磁变压器、高压电抗器和高压分压器等。其中，变频调压电源主要是在实验中提供可调节频率和幅值的电压，具有过压保护、放电保护和过流保护等多种保护功能。励磁变压器则能够将变频电源中的输出电压升高到试验要求的电压，以使变频电压符合谐振要求。高压分压器是用来测量试验电压、保护信号的；而高雅电抗器则是谐振回路中不可缺少的部件，是产生谐振的重要工具。当系统频率和电源频率一致时，就会发生串联谐振。

变频串联谐振与交流工频耐压试验装置比较，其具有电源容量小、试验设备重量轻、输出电压波形好等优点，并可有效的防止谐波峰值对试品的误击穿、且可避免大的短路电流烧伤故障点。变频串联谐振原理、工程应用分析及现场试验表明，变频串联谐振在电力工程试验中具有突出的技术优势和良好的应用前景。串联电抗器顾名思义就是指串联在电路中电抗器(电感)，无功补偿和谐波治理行业内的串联电抗器主要是指和电容器串联的电抗器，电抗器和电容器串联后构成谐振回路，起到消谐或滤波的作用，而电抗器在谐振回路中起的作用如下：

1.1 降低电容器组的涌流倍数和涌流频率。降低电容器组的涌流倍数和涌流频率，以保护电容器和便于选择配套设备。加装串联电抗器后可以把合闸涌流抑制在1+电抗率倒数的平方根倍以下。国标GB50227-2008要求应将涌流限制在电容器额定电流的20倍以下(通常为10倍左右)，为了不发生谐波放大（谐波牵引），要求串联电抗器的伏安特性尽量为线性。网络谐波较小时，采用限制涌流的电抗器；电抗率在0.1%－1%左右即可将涌流限制在额定电流的10倍以下，以减少电抗器的有功损耗，而且电抗器的体积小、占地面积小、便于安装在电容器柜内。采用这种电抗器是即经济，又节能。

1.2 与电容器组构成全谐振回路，滤除特征次谐波。串联滤波电抗器感抗与电容器容抗全调谐后，组成特征次谐波的交流滤波器，滤去某次特征次谐波，从而降低母线上该次谐波的电压畸变，减少线路上特征次谐波电流，提高网络同母线供电的电能质量。

1.3 与电容器组构成偏谐振回路，抑制特征次谐波。

先决条件是需要清楚电网的谐波情况，查清周围电力用户有无大型整流设备、电弧炉、轧钢机等能产生谐波的负荷，有无性能不良好的高压变压器及高压电机，尽可能实测一下电网谐波的实际值，再根据实际谐波成分来配置合适的电抗器。

1.4 提高短路阻抗，减小短路容量，降低短路电流。无功补偿支路前置了串联电抗器，当出现电容器故障时，例如电容器极板击穿或对地击穿，系统通过系统阻抗和串联电抗器阻抗提供短路电流，由于串联电抗器阻抗远大于系统阻抗，所以有效降低了电容器短路故障时的短路容量，保证了配电断路器断开短路电流可能，提高了系统的安全、稳定性能。

1.5 减少电容器组向故障电容器组的放电电流，保护电力电容器。当投运的无功补偿电容器组为多个支路时，其中一组电容器出现故障时其它在运行的电容器组会通过故障电容器放电，串联电抗器可以有效减少这种放电涌流，保证保护装置切断故障电容器组的可能性。

1.6 减少电容器组的投切涌流，降低涌流暂态过程的幅值，有利于接触器灭弧。接触器投切电容器的过程中都会产生涌流，串联电抗器可以有效抑制操作电流的暂态过程，有利于接触器触头的断开，避免弧光重燃，引起操作过电压。降低过电压的幅值，保护电容器，避免过电压击穿或绝缘老化。

1.7 减小操作电容器组引起的过电压幅值，避免电网过电压保护。接触器投切电容器的过程中都会产生操作过电压，串联电抗器可以有效抑制接触器触头重击穿现象出现，降低操作过电压的幅值，保护电容器，避免过电压击穿或加速绝缘老化。随着电力电子技术的广泛应用与发展，供电系统中增加了大量的非线性负载，如低压小容量家用电器和高压大容量的工业用交、直流变换装置，特别是静止变流器的采用，由于它是以开关方式工作的，会引起电网电流、电压波形发生畸变，从而引起电网的谐波“污染”。产生电网谐波“污染”的另一个重要原因是电网接有冲击性、波动性负荷，如电弧炉、大型轧钢机、电力机车等，它们在运行中不仅会产生大量的高次谐波，而且会使电压波动、闪变、三相不平衡日趋严重。这不仅会导致供用电设备本身的安全性降低，而且会严重削弱和干扰电网的经济运行，形成了对电网的“公害”。

电能质量的综合治理应遵循谁污染谁治理，多层治理、分级协调的原则。在地区的配电和变电系统中，选择主要电能质量污染源和对电能质量敏感的负荷中心

设立电能质量控制枢纽点，在这些点进行在线电能质量监测、采取相应的电能质量改善措施显得格外重要。