谐振装置范文

谐振装置范文（精选6篇）

谐振装置 第1篇

1 消弧线圈的补偿方式

中性点经消弧线圈接地系统正常运行时的简化接线图如图1所示。中性点经消弧线圈接地后,消弧线圈中的感性无功电流分量补偿对地电容电流,有功电流分量补偿对地泄露电导分量,因此可以减少接地残流。当残流足够小时,可以使电弧自动熄灭[5]。

根据消弧线圈的补偿电流和接地电容电流之间的大小对比,可以有以下三种补偿方式[6]:

(1)当1/ωL=ω(Ca+Cb+Cc)时,消弧线圈运行在全补偿状态,此时接地点的电流近似为零,从接地电弧自动熄灭角度看,这种补偿方式是最好的,但存在严重的缺点。因为全补偿时,电网处于串联谐振状态,当线路三相对地电容不完全相等时,中性点对地之间就会有一定的位移电压,此电压将会引起谐振过电压,危及电网安全。

(2)1/ωL<ω(Ca+Cb+Cc)时,消弧线圈运行在欠补偿状态,此时补偿后的接地点电流仍是容性的。采用这种方式在系统运行方式变化(如某个元件切除或某条线路退出运行)时,ω(Ca+Cb+Cc)将减少,会出现全补偿时串联谐振的状态。

(3)1/ωL>ω(Ca+Cb+Cc)时,消弧线圈运行在过补偿状态,此时补偿后的接地点电流是感性的。这种方式可以避免谐振过电压,可满足将来电网发展的需要。

因此目前普遍采用过补偿方式,在单相接地故障点处流过一个感性电流,可避免发生谐振过电压。应注意消弧线圈的容量要选择适当,以免故障点处流过的电感电流太大,使电弧不能可靠地自动熄灭。

2 35 k V系统电压异常过程

某110 k V变电站35 k V系统有两段母线,其35 k V系统接线图如图2所示,其中Ⅰ段母线有6条线路,Ⅱ段母线有1条线路。正常情况下,35 k V系统由2号主变供电,母联300开关合上。该站35 k V系统有两套消弧装置,分别安装在两台主变的35 k V侧中性点。一般1号消弧装置没有运行,2号消弧装置投入运行。

2015年10月9日,因设备检修需要,35 k V系统改由1号主变供电,2号消弧装置退出运行,投入1号消弧装置。变电站运行人员发现1号消弧装置投入运行后,35 k V电压异常,A、B、C三相电压分别为23.48、19.78、21.43 k V。经电网调度中心同意,35 k V电网恢复由2号主变供电,1号消弧装置退出运行,2号消弧装置投入运行。运行方式调整后,35 k V系统电压恢复正常,A、B、C三相电压分别为21.78、22.21、21.56 k V。初步判断1号主变35 k V侧消弧线圈造成系统电压异常。

3 电压异常的检查试验与分析

10月10日,检修试验人员到现场进行检查试验,查找35 k V系统电压异常的原因。技术人员到现场检查后,发现35 k V系统的两套消弧装置,其中1号消弧装置为早期产品,是预调式消弧装置,2号消弧装置制造日期为2005年,是自动跟踪补偿消弧装置。预调式消弧装置是将消弧线圈电抗预先调在接近电网对地容抗的位置,发生接地时,消弧线圈的电感电流立即补偿电容电流,使接地残流减小[5,7]。自动跟踪补偿消弧装置由消弧线圈、接地变压器、消弧线圈补偿控制器组成。消弧线圈跟踪补偿控制器的工作原理是根据检测到的小电流接地系统中性点位移电压的大小,自动调整残流控制值,保证电力系统在满足位移电压的同时,运行在残留最小的状态[8,9,10]。

检修试验人员对1号消弧装置进行诊断性试验,包括消弧线圈的直流电阻、电感、介损、电容量、绝缘电阻等,测试结果正常,与之前历次试验的结果一致。其中消弧线圈的电感及感抗测试数值如表1所示。

检修试验人员对该站35 k V系统电容电流进行测试。试验采用的电容电流测试方法为注入法,即从被测的35 k V母线的母线电压互感器PT开口三角绕组注入一个小电流的变频测量信号,试验仪器对注入的测量信号进行计算分析,从而得出被测系统的电容电流[11,12]。该测试方法为不停电测试,不影响电网的供电可靠性。因为Ⅰ、Ⅱ段母线并列运行,试验人员从Ⅰ段母线PT的开口三角绕组测试,Ⅱ段母线PT退出运行。同时,为了保证测试结果的准确性,测试期间,1、2号消弧装置都退出运行。测试结果如表2所示。

从1号消弧装置测试的电感值计算感抗为ωL=1.877×314=589.7Ω,35 k V系统的容抗为1/(ωC)=1/(314×5.41×10-6)=588.6Ω,从计算结果看,当1号消弧装置投入运行时,1号消弧装置提供的电感电流和系统的电容电流相等,即1/(ωL)=ωC,消弧线圈运行在全补偿状态。此时35 k V系统处于串联谐振状态,当线路三相对地电容不完全相等时,中性点对地之间就会有较大的位移电压,造成三相电压不平衡。此电压有可能引起谐振过电压,危及电网安全。因为1号消弧装置为预调式装置,无法根据系统实际电容电流自动切换消弧线圈挡位,因此当1号消弧装置投入运行时,系统处于串联谐振状态,造成三相电压不平衡。当1号消弧装置退出运行,2号消弧装置投入运行时,因为2号消弧装置是自动跟踪补偿消弧装置,可以根据系统电容电流切换档位,提供合适的电感电流,自动调整残流控制值,因此可以保证系统在满足位移电压的同时,运行在残留最小的状态,避免出现谐振状态。

查找该站35 k V系统电容电流测试数值,发现上次测试时间为2014年3月17日,测试的电容电流为30.13 A(具体测试数值见表2),本次测试电容电流数值较上次测试数值大了7 A左右。查看运行监控系统以及询问运行人员,发现因为当地目前为制茶旺季,因为用电需要,从35 k VⅠ段母线临时接一条电缆给1台配电变压器供电。该电缆型号为YJV-22/35-3×185,导体截面积为185 mm2,长度约2 km。根据表3参数计算该电缆的电容电流约为6.7 A。因此判断本次35 k V系统增加的电容电流是由该条临时增加的电缆造成的。

4 结语

通过以上检查试验,技术人员认为本次35 k V系统电压异常是由于消弧装置和系统电容刚好处在谐振点,消弧线圈运行在全补偿状态,中性点对地之间产生较大的位移电压,造成三相电压不平衡。结合本次事故,提出以下建议:

(1)预调式消弧装置是根据系统电容电流测试或者估算的数值,将消弧线圈电抗预先调在过补偿的位置,发生接地时,消弧线圈的电感电流立即补偿电容电流,使接地残流减小。虽然结构简单,成本较低,但是无法根据系统实际的电容电流大小,自动调整残流控制值,因此无法保证电网运行在最佳状态。因此建议将预调式消弧装置更换为自动跟踪补偿消弧装置。

(2)应根据相关规程定期对10~35 k V系统进行电容电流测试,以保证技术人员能够及时掌握10~35 k V电容电流的变化情况,了解所安装消弧装置的容量能否满足要求。当系统运行方式改变,特别是有新的线路要投入运行时,技术人员要估算所投入线路的电容量及电容电流大小,看看是否会超过消弧装置的补偿范围,以保证消弧装置能够正常运行。

参考文献

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[2]刘连凯.中性点不接地系统故障分析[J].电工技术,2013(7):66-67.

[3]金祖山,胡文堂,张一军,等.500 k V变电所:#2主变35 k V母线电压异常分析[J].高电压技术,2007,33(5):194-195.

[4]毛卫华.弧光接地过电压的危害及消弧措施[J].电气应用,2008,27(10):49-51.

[5]胡航帆.预调式消弧装置存在的问题及对策[J].黑龙江电力,2011,33(5):378-380.

[6]王维超,张明,胡堃.电力系统运行方式[M].北京:中国电力出版社,2009.

[7]孙岩洲,邱毓昌.不同结构形式消弧装置容量的比较[J].华东电力,2002(6):10-11.

[8]陈忠仁,吴维宁,陈家宏,等.自动补偿消弧装置并联运行方式[J].高电压技术,2005,31(3):41-43.

[9]王宇新,石启新.一种新型接地消谐消弧装置的性能分析[J].江苏电机工程,2006,25(5):59-61.

[10]李勇.自动跟踪补偿消弧装置在电力系统的应用[J].华东电力,2007(4):60-61.

[11]李中树,杜正旺.消弧线圈补偿的小电流接地系统电容电流测试[J].高电压技术,2000,26(5):76-77.

谐振装置 第2篇

1 串联谐振装置的基本概述

1.1 串联谐振装置的组成与原理设计

串联谐振装置主要组成部分有:变频控制器、励磁变压器、电抗器、电容分压器。

串联谐振装置运用串联谐振原理, 利用电抗器的电感和试品电容实现串联谐振, 在被试品上获得所需的高电压大电流, 将谐振的电压加到高压试验设备上。

串联谐振装置具有独特的设计:采用了调节电源频率的方式, 使串联谐振实验装备与被试品电容谐振产生交流试验电压。此调频谐振装置能把电抗器采用多只分开设计, 分为n节, 既可满足高电压, 小电流的电器设备试验要求, 又能满足像10kv电缆这样的较低电压等级的交流耐压试验要求, 是高压试验的理想的耐压装备。

1.2 串联谐振装置在电力系统运用的优点

1.2.1 串联谐振装置与普通的大功率调压装置或大功率工频试验变压器相比, 其试验设备重量更轻、体积更小, 更有利于现场试验。

在电力系统试验中, 串联谐振电源只需要提供有功能消耗的部分, 而试验所需的电源功率只有试验电压和容量的1/Q, 使得系统重量减轻和体积减小, 一般为普通实验装置的1/10-1/30。

1.2.2 谐振电源是谐振式电流滤波电路, 能改善输出的电压波形。

串联谐振装置设备试验能改善输出电压的波形畸变, 获得很好的正弦波形, 有效的防止谐振电波尖峰对被试品的伤害和误击穿。

1.2.3 在串联谐振装置状态, 能有效的找到绝缘弱点, 能防止大的短路电流烧伤故障点。

当被试品的绝缘弱点被击穿时, 电路会立即失谐, 试品承受的电流迅速下降为试验电流的1/Q, 击穿点的电流也迅速下降, 大大降低了试品的损害程度, 防止大的短路电流烧伤故障点的忧患。避免了采用普通变压器设备做耐压试验时试品被击穿后的电流立即上升几十倍造成的试品损坏。

1.3 串联谐振装置的注意事项和准则

1.3.1 谐振装置产品大多是高压试验设备, 必须由专业人员进行操作, 高压试验。

使用前应认真仔细阅读设备使用说明书, 并进行反复操作训练。

1.3.2 操作人员安排不应少于2人, 并严格遵守本单位有关高压试验的安全作业标准和规程, 以确保试验的正确安全。

1.3.3 各连接线要接对, 尤其是接地线一定不能接错, 否则会损坏试验装置。

1.3.4 使用设备试验时, 要注意安全距离, 对试验场地要划分安全区域, 防止其他人靠近避免不必要的伤害。

在输出高电压或超高电压时, 必须要可靠并接地。

1.3.5 串联谐振装置试验系统是利用谐振电抗器与被试品电容串联谐振产生高电压的。

若试验设备不能够产生所需高电压时, 试验人员应该分析是现场什么破坏了串联谐振条件, 并查看回路是否接通等。

1.3.6 串联谐振装置试验系统对电压和电流有特定的要求, 因此在选取替代品时不能采用只是容量相同的普通试验变压器, 一定要考虑电压和电流是否适合。

1.3.7 保养维护设备时不能使用溶剂和研磨剂, 可使用湿布和中性的清洁剂清洁。

2 串联谐振装置的应用效果

2.1 在气体绝缘设备的应用效果

在工厂的整体组装完成以后或分单元进行调整试验合格气体绝缘设备, 继续以分单元运输的方式运至现场进行安装。气体绝缘设备的安全安装运行是一个极大的威胁:在运输的过程中, 可能会因为撞击、振动等因素出现气体绝缘设备的组装元件或紧固件的松动、移位、磨损等现象;在安装的过程中, 可能会由于密封、联结等工艺处理不当导致一些明显的缺陷, 如电极的表层刮损、安装错位等;在安装的现场中, 可能会由于空气中的悬浮尘埃物、导电微粒杂质等微小物质的进入导致气体绝缘设备难以正常运作。

以往在试验设备和其他条件的限制下, 气体绝缘设备都没有经过严格正规的现场耐压试验, 由所引起的事故统计数据发现没有进行耐压试验的绝缘设备事故的发生率极高。为降低试验设备发生的事故率, 确保气体绝缘设备安全稳定的运行, 气体绝缘设备必须进行现场耐压试验。

气体绝缘设备的现场耐压试验方法主要有3种:一是交流电压, 二是振荡操作冲击电压, 三是振荡雷电冲击电压。其中最常见的方法是交流耐压试验, 而目前由于条件限制现场一般只做交流耐压试验。现在, 国内外大多采用调频式串联谐振耐压试验装置进行GIS现场交流耐压试验。

2.2 在电缆试用中的应用效果

由于电网中电缆的大量使用, 不可避免, 会时常发生一些故障或事故, 导致不安全的隐患。为了保证电缆的安全运行, 国家电网公司对电缆的交接做出了新的规定, 用交流耐压试验代替直流耐压试验, 避免直流试验的累积效应损伤电缆。国际大电网会议工作组的建议导则提出进行绝缘电缆的高压试验时运用谐振试验系统, 并在总结报告中明确指出了三点:第一, 电阻率受温度的影响比较大, 而直流电场的强度是按电阻率分布的, 终端头外部闪络产生的行波可能会损坏电缆绝缘;第二, 在很高电压下, 直流耐压试验是难以检测出相间的绝缘缺陷;第三, 在电缆内部, 直流电压极容易自身集起空间的电荷, 导致电缆附件沿着绝缘闪络, 其过程中还会产生过电压, 增强局部电场形成绝缘弱点, 在试验过程中绝缘可能会被击穿而导致电缆损坏或事故发生。

通常交流电缆的试验电流大、电容量也大, 而调频式串联谐振装置灵活性强, 易于现场操作, 故电缆交流耐压试验多利用变频串联谐振试验设备, 使交流耐压试验符合电缆的运行实际情况。

2.3 在发电机 (电动机) 交流耐压试验的应用效果

发电机的工频耐压时电容电流量、定子绕组对地电容量等相间电容量大, 若采用普通常规的大容量试验设备, 设备本身比较笨重, 在试验中发电机定子绕组的绝缘被击穿时故障点短路电流大, 会导致铁芯烧损, 进而造成很大的经济损失。

为满足发电机交流耐压试验电压频率符合工频耐压电容电流量的要求, 减少经济上的损失, 发电机的试验设备采用串联谐振装置来调节铁芯气隙以改变电感, 从而达到工频谐振的目的。

3 结束语

与传统的实验变压器相比, 串联谐振装置试验设备的重量轻、体积小和所需要的电源容量低, 在高压试验过程中大大减轻了现场试验的工作量;同时, 串联谐振装置具有独特的设计, 组合方式灵活, 对试品的破坏小, 是电力设备耐压试验工作时采取的一种可靠的方法, 目前对变频串联谐振装置使用的越来越广泛。

参考文献

[1]陈辉文.串联谐振装置在高压试验中的应用[J].大科技, 2011 (18) .[1]陈辉文.串联谐振装置在高压试验中的应用[J].大科技, 2011 (18) .

[2]李宇峰.高压试验中串联谐振实验装置的原理分析和应用[J].科技创业家, 2012 (18) .[2]李宇峰.高压试验中串联谐振实验装置的原理分析和应用[J].科技创业家, 2012 (18) .

谐振装置 第3篇

1.1设计任务与要求

设计并制作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置。如图1所示。

1.2方案的选择

1.2.1总体方案

磁耦合谐振式电能传输, 基于电磁共振耦合原理, 利用非辐射磁场实现电力高效传输, 该方式以谐振“磁耦合”形式将电能进行传输。

1.2.2主芯片

选用NE555集成电路作为信号发生产生正弦波, 可以组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路, 作用是交流信号源、频率变换、、电源变换、脉冲调制等。

1.2.3放大电路

电压控制元件之一场效应管, 其放大特性好于三极管, 与双极型晶体管相比具有输入阻抗高, 输入功耗小, 温度和信号放大稳定性好, 信号失真小的特点。

1.2.4初、次级补偿拓扑下的系统模型

初级零相角谐振频率等于次级谐振频率时输出功率最大。根据补偿电容值选取补偿电路, 并联-并联补偿在电感值增大时, 对系统也不会造成损失和效率的降低。

2无线电能传输系统原理分析与参数计算

2.1磁耦合谐振式无线电能传输原理

2.1.1无线电能传输原理

电磁感应原理充分应用于无线供电系统。。电磁感应就是利用变压器原理通过初、次级线圈的感应来实现电能的传输。当发送线圈中连同交变电流时, 该电流将在周围介质中形成一个交变磁场, 接收线圈中产生的感应电动势可实现供电。

2.1.2磁耦合谐振原理

磁耦合谐振式无线电能传输技术, 利用两个具有相同频率的谐振电路通过磁耦合谐振式技术来实现电能的无线传输。在试验中, A、S为发射回路, D、B为接收回路, 由A产生高频磁场, 在外加激励下, 线圈S产生谐振, 能量就从A传递到S, 再通过磁场耦合, 发射线S把能量传输到D。线圈D与回路B耦合, 能量传输到回路B上。其中, A, S, D, B的固有频率相同。

2.2模型参数计算

2.3频率的影响因素

2.3.1线圈固有频率

当信号驱动频率等于线圈固有频率时, 理论上认为系统达到共振, 但实验结果并非如此, 如果两线圈之间存在耦合, 等效的谐振电感值和电容值就相应的会发生变化, 以至于改变了谐振频率, 所以当接收线圈两端电压达到最大时, 此时信号驱动频率稍大于线圈固有频率。

2.3.2品质因数

谐振体的品质因数公式:Q=ωL/R。品质因数Q与能量损耗成反比关系, 即Q值越高, 能量的损耗就会越低。

比如说线圈电感值、分布电容和等效串联电阻、工作频率、电源内阻及负载电阻这些因素都会对品质因素Q产生影响, 提高工作频率和优化设计电感线圈参数等方式有利于提高品质因数Q。如果系统的品质因素足够大, 即使线圈耦合系数K较小, 仍可得到较理想的能量传输效果.

2.4频率对系统性能的影响

导体的截面形状会影响电流密度, 导体内部的电流密度要比表面的密度小。趋肤效应使导体的有效电阻增加, 电流产生趋肤效应, 导体阻值会随着电流频率的增大而增大, 电感却随着电流频率的增大而减小。一般耦合谐振式无线电能传输系统的工作频率都在10 k Hz以上。如果不将系统自身损耗计算在内, 比较理想的状态是, 系统的传输效率会随着系统频率的增加而增加。但是趋肤效应是存在的, 而且系统也不断的在发生损耗, 所以当处于高频状态时, 有一定负载存在, 系统效率就会因频率增加而降低。同时, 线圈电阻较小, 就要选用线径较粗的导线制作线圈, 以此提高线圈品质因数;系统的传输工作频率较高的情况下, 趋肤效应会在粗导线线圈中发生, 高频电流的趋肤效应意味着导线的有效截面积减小, 线圈电阻变大, 工作频率变高, 这样就会在一定程度上降低导线的利用率。

摘要：无线电能传输技术是一种新型的电能传输技术, 它可以克服有限电能传输方式的诸多弊端。本文分析并设计了一种基于近距离无线电能传输原理的传输系统, 阐述了磁耦合谐振式无线传输系统工作原理, 叙述了对系统的发射模块、接收模块的设计, 分析计算线圈的电感量及传输效率及系统各部分参数对传输效率、功率的影响。

关键词：无线传输,耦合谐振式,传输效率

参考文献

[1]谢维成, 杨加国.单片机原理与应用及C51程序设计 (第2版) [M].北京:清华大学出版社, 2009 (07) .

谐振装置 第4篇

高压电气设备运行的可靠性和安全性要求非常高, 任何的隐患和故障都会威胁到整个电力系统的安全。电力设备在制造、运输、安装和运行过程中, 难免会产生如绝缘性能下降等各类缺陷甚至损坏。因此, 定期对高压电力设备进行检测和试验, 是排除潜在隐患、保障电力系统安全稳定运行的重要举措。本文结合国标规范, 重点阐述变频串联谐振装置在高压电缆试验中的应用。

1 高压电气试验简介

1.1 高压电气试验分类

高压电气试验一般可分为出厂试验、交接试验和预防性试验。出厂试验是确保产品设计制造的质量要求, 正式出厂前需要做的试验, 一般以出厂试验合格报告的形式交给客户。交接试验是在电气设备投运前需要做的试验, 用来排除设备运输和安装时带来的质量隐患和损坏。预防性试验是在电气设备投运后, 按一定周期来检查运行中的设备有无隐患和缺陷等。

1.2 高压电缆试验国标规范

2006年国家建设部发布GB50150-2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》取代GB50150-1991《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》成为最新标准。新标准规定电力电缆试验项目包括:测量绝缘电阻、直流耐压试验及泄露电流测量、交流耐压试验、测量金属屏蔽层电阻和导体电阻比、检查电缆线路两端的相位、充油电缆的绝缘油试验和交叉互联系统试验共七项。橡塑绝缘电力电缆应做交流耐压试验, 当不具备条件时, 额定电压U0/U为18/30KV及以下电缆, 允许用直流耐压试验及泄露电流测量代替交流耐压试验。

2 变频串联谐振装置组成原理

2.1 串联谐振原理

所谓串联谐振, 是指在由电源、电感和电容组成的串联电路内, 当感抗值与容抗值相等时, 电路呈纯阻性状态, 电路中电压与电流同相位的现象。如图1所示。

原理图中参数含义:

电阻R:等效为电感和电容的内阻

电感L感抗:XL=2pf L

当线路发生串联谐振时, 满足XL=XC,

为电抗器的品质因数, 其值一般为几十到几百, 因此, 此时电容上的电压高于电源输入电压倍。变频串联谐振装置正是运用上述原理, 先通过调节变频谐振电源的输出频率达到谐振频率, 使回路处于串联谐振状态, 再在此状态下调节变频谐振电源的输出电压幅值, 使试品获得很高的试验电压满足试验要求。

2.2 变频串联谐振装置硬件组成

基于串联谐振原理, 变频串联谐振装置主要由变频谐振电源、励磁变压器、谐振电抗器和电容分压器等组成。如图2所示。

(1) 变频谐振电源:变频谐振电源基于绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 的正弦脉宽调制 (SPWM) 原理, 通过改变输出方波的占空比来获得等效正弦波电压输出。它由整流器、滤波器、逆变器和控制器四部分组成, 如图3所示。

交流电源先经二极管桥式整流电路后变成脉动直流, 然后经电容滤波后变成平直的直流, 最后通过逆变电路输出电压和频率可调控的交流。其中逆变器是变频谐振电源的核心所在, 控制器正是通过合理控制逆变器来获得不同幅值和频率的输出电压的。变频谐振电源同时集成过流、过压、IGBT保护等多重保护功能, 确保试验人员和设备的安全。

(2) 励磁变压器:励磁变压器是将变频谐振电源的输出电压升压到要求的试验电压, 满足电抗器、试品在一定品质因数下的电压要求。通常励磁变绕组个数与电抗器个数相同, 使用时根据电抗器使用情况而定, 电抗器串联则励磁变绕组也串联, 电抗器并联则励磁变绕组也并联。

(3) 谐振电抗器:谐振电抗器为干式, 满足现场不同情况的需求。实际应用中注意电抗器串联要注意分压、并联注意分流的问题。

(4) 电容分压器:电容分压器是试验电压的取样部件, 它由高压臂和低压臂组成。高低压臂用同种材料做在同一个筒内, 避免精度受温度影响。测量信号从低压臂引出, 作为试验电压的测量和保护信号。

2.3 变频串联谐振装置性能及注意事项

该款变频串联谐振装置性能如下:输入额定电压:220VAC。输出试验电压有效值:0~250k V。输出频率范围:0.1~300Hz。系统测量精度:交流有效值1级、峰值1级。品质因数 (Q值) :20~80。额定负载下允许连续运作时间:15~60分钟可调。具备手动/自动调谐、手动/自动升压和自动试验功能。具有过压、过流、过热、放电保护等多重功能。

实际高压电缆试验中则注意:变频谐振电源外壳在试验中要可靠接地, 以免出现电压反击现象。励磁变压器高压绕组为多绕组时, 若只使用一个绕组, 则其它绕组应避免悬空。谐振电抗器不可置于铁板等金属物品上, 避免产生涡流和放电现象。对电缆的主绝缘做耐压试验或测量绝缘电阻时, 应分别在每一相上进行, 其它相导体、金属套和铠装层一起接地。

3 高压电缆试验的国标规范参数要求

GB50150-2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》中对高压电缆试验参数进行了详细规定:橡塑电缆优先采用20~300Hz交流耐压试验, 其参数见表1。《山东电力集团公司电力设备交接和预防性试验规程》2003版中规定:橡塑绝缘电力电缆主绝缘交流耐压试验参数为表2。

4 结语

变频串联谐振装置集成多种试验模式、界面直观、操作简便、精度高。简化了试验步骤, 提高了效率, 确保了试验过程中人员和设备的安全。

参考文献

[1]李建明, 朱康.高压电气设备试验方法 (第二版) .北京:中国电力出版社, 2004.

[2]陈化钢.电力设备预防性试验技术问答.北京:中国水利水电出版社, 1998.

[3]黄永驹.高压试验.北京:黄河水利出版社, 2012.

谐振装置 第5篇

现在电能的传输主要是靠电线来传输, 但是电线的架设耗时耗力而且存在诸多的不安全因素, 因此无线电能传输技术一直是人们十分关心的研究课题。目前国外对无线电能的研究主要有单发单收系统[1], 单发多收系统[2], 中继谐振器系统[3]。传输的距离和功率较前几年都有很大的突破。国内东南大学研制的无线输电样机可实现1.5m、200 W的功率输出, 传输效率达80%;传输距离0.4m时, 可实现1 000W的功率输出。

无线电能传输技术按无线电能传输方式分为3类:电磁波无线能量传输技术、感应式无线能量传输技术[4]、磁耦合谐振式无线能量传输技术。文章中介绍的装置主要应用磁耦合谐振式无线能量传输技术。它融合了共振技术, 不仅提高了能量的传输距离和传输效率, 并且对人体不产生危害。该装置可应用于家电领域, 诸如手机, 笔记本等小型用电器充电, 无需电线, 不用插拔, 简单方便;可应用于医疗器械领域, 对于心脏起搏器、耳蜗等体内植入设备, 可进行体外充电, 极大减小病人痛苦[5]。该技术是世界上无线输电领域的前沿课题。

1 工作原理和电路设计

1.1 工作原理

磁谐振耦合无线传输的基本原理是当两个线圈具有相同的谐振频率时, 磁场在两个线圈之间将会产生共振, 发送线圈中的磁场能量通过磁场耦合转换成接收线圈中的电场能量, 接收线圈谐振, 电场能量在接收线圈的电容和电感之间相互交换, 将能量源源不断地从电源传输到用电端。

在该设计中, 电能发射端将直流电经过逆变电路转化为高频的交流电, 然后将交流电通入线圈中, 交流电的频率与线圈的固有频率相同或者为固有频率的1/k (k为整数) 。接收端线圈和发射端线圈固有频率相同, 因此两者产生共振, 能量便从发射端传到接收端。接收端线圈将接收到的电能送入整流稳压电路, 得到直流电后给用电器供电, 方案结构如图1。

1.2 发射电路设计

发射原理如图2, 电路由7V直流电源供电, 4个开关管组成全桥逆变电路, 开关管S1, S4同时导通, S3, S2同时导通, 同一桥臂上的开关管交替导通, 便能将7V的直流电逆变成交流电, 并将得到的交流电加到线圈中, 使线圈中形成周期性变化的电流并激励出磁场。开关驱动器根据外接的脉冲信号开通和关断开关管。脉冲信号由振荡器产生, 经过非门电路得到两路互补的信号。

发射电路中的电源采用额定电压7V, 额定电流0.5A以上的直流电压源;开关驱动器由高频半桥驱动芯片3ISL2110及其外围电路构成, 用来产生驱动开关管导通的方波;开关管使用IRF840, N沟道的MOSFET。线圈由带皮的导线绕成, 其电感值的大小由电路设定的频率决定[6]。

1.3 电能接收端

接收端电路如图3, 接收线圈 (图中L2和C1为线圈) 与发射线圈由于磁场耦合产生谐振, 能量便从发射端传输到接收端, 接收端的线圈将磁场能转化为电场能, 此时得到的电能是交流电, 经过整流电路得到直流电[2]。直流电压经过稳压芯片得到恒定电压给用电器供电。

接收电路中的线圈与发射线圈相同, 用带皮的导线绕成, 整流桥由4个高速二极管组成, 电感L1值为128μH, 电容C2值为330μF, C3值为330μF, R1为负载, 稳压管使用LM7805, 负载为高亮发光二极管组成的灯带。

2 实验验证

根据电路图搭建硬件电路, 对电路中的有关参数进行测量, 并结合理论进行分析;利用仿真软件对全桥逆变电路进行仿真, 测量电感两端的波形, 以及开关管的驱动波形, 截图如图4。

根据电路图连接实物, 用示波器观察开关驱动器的两路波形, 以及发送线圈的电流波形, 如图5所示。

注:1通道为S1, S4驱动波形;2通道为S2, S3驱动波形;3通道为发射线圈电流波形

图5中, 1通道和2通道的两路驱动波形为互补的方波, 用来交替导通半桥的2个开关管, 1通道使S2和S3同时导通, 2通道使S1和S4同时导通, 设电感的电流从左到右为正, 当S1和S4导通时, 电感左边电位高于右边, 电感中电流由负的最大值逐渐减小为零, 然后由零增大到正的最大值。当S2和S3导通时过程与上述相反, 经过这一过程实现直流电的逆变。3通道的电流波形近似三角波, 实物测量波形与仿真结果相同, 可知逆变电路能够正常实现直流向交流的逆变[7]。

由图6的波形可以观察到接收线圈中电流为正弦波, 两端的电压也为正弦波, 说明接收线圈很好的接收到了发射端传输过来的能量。

注:1通道为接收线圈两端电压波形;3通道为接收线圈中电流波形

由发射端线圈的电压和电流的波形可计算出功率[8]的平均值约为1.92W, 由接收端电流和电压波形可计算出功率平均值约为0.6W。电能传输效率为31.2%。实验验证, 运用直径7.5cm的线圈作为发射线圈和接收线圈, 电能传输距离超过15cm, 可以将24个高亮LED灯点亮。

3 结束语

磁耦合技术实现的无线电能传输的方式无电场辐射, 可广泛应用于平板电脑、手机等电子产品的无线充电, 安全性较高。实验验证, 基于全桥逆变方波中的基波能量实现磁耦合谐振无线供电方式其理论正确, 实验可行。验证结果还表明, 该装置结构简单, 成本低, 可应用于家电、医学领域的充电与供电。

参考文献

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[5]程丽敏, 崔玉龙.磁耦合谐振式无线电能传输技术研究进展[J].电工电气, 2012 (12) :1-5.

[6]刘修泉, 曾昭瑞, 黄平.空心线圈电感的计算与实验分析[J].工程设计学报, 2008 (2) :149-153.

[7]张小壮.用于无线能量传输的高频电流测量技术研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2009.

谐振装置 第6篇

某110k V电力电缆线路长度约为300m, 用于连接110k VGIS出线至110k V线路终端杆塔, 由于电力电缆线路交流耐压试验的电压等级和试验时间等原因, 试验加压点只能选择在线路终端杆塔端, 但该线路终端杆塔处于山坡边某生活区的主干道旁, 且道路崎岖、狭窄, 移动式吊车无法进入进行吊装作业, 就无法选择体积庞大的大容量串谐装置进行试验, 现有另一套便携式谐振耐压装置, 容量较小, 平时主要用于110k VGIS设备和35k V电力电缆的交流耐压试验。依据现场的试验环境, 只能选择该套便携式试验装置进行试验, 因此, 需要对其试验能力进行评估。

1 便携式串谐装置的技术参数

该套串谐耐压试验装置主要包括变频控制电源、励磁变压器、谐振电抗器、测量电容等设备, 其中变频控制电源的技术参数为:额定功率25k W, 输入电压220V/380V, 输出电压280V/480V, 输出电流89A/52A, 频率范围20~400Hz;励磁变压器的技术参数为:额定容量13k VA, 频率范围30~300Hz, 输入电压0~480V, 输出电压1.1k V/3.3k V/5.7k V可选;单节谐振电抗器的技术参数为:额定容量56k Var, 额定电压33k V, 额定电流1.7A, 电感量76H, 电阻值240Ω, 使用频率30~300Hz, 共10节;测量电容的技术参数为:额定电压200k V, 额定电容量0.100n F。

2 试验的实施

2.1 电缆技术参数及试验标准

本电缆线路全长约300m, 型号为YJLW03-Z64/110k V, 从电缆技术参数表查得该型号电缆电容量为0.201u F/km, 现场用AI-2000E型介损电桥测出其电容量为60.0n F, 测试结果与理论计算值60.3n F基本一致, 试验参数计算统一采用实测值60.0n F。依据电气装置安装工程电气设备交接试验标准 (GB50150-2006) 18.0.5条之规定, 试验电压为2U0[1] (U0为电缆导体对地或对金属屏蔽层间的额定电压) , 即64×2=128k V, 时间为60min。

2.2 两套试验方案的计算及选择

根据该串谐装置的技术参数和电缆线路的实际情况, 现场试验可采用两套试验方案, 分别为:

(1) 方案一 (串联方式) :将最少4节或最多10节电抗器串联, 再与电缆电容串联进行谐振, 试验原理图如图1。

图1中电感L为几节电抗器串联的等值电感, Cx为电缆电容, C11、C12为试验装置的测量电容, R为试验回路各种有功损耗的等效电阻;T为激磁变压器。当选择4节电抗器串联时:L=76×4=304H, 10节电抗器串联时:L=76×10=760H, 由式1计算可得, 在试品容量不变的情况下, 4节电抗器串联时的试验频率为37.27Hz, 10节电抗器串联时的试验频率为23.57Hz, 前者超出了设备最小允许试验频率30Hz, 按最小允许频率30Hz计算, 由式1算得需要串联的电感值为469.08H, 则需要的电抗器节数n=469.08/76=6.17, 于是选择6节电抗器。即实际电感值L=76×6=456H。

式1中:L为电抗器的等效电感, C为测量电容的电容量和试品电容量之和, 由于测量电容器的电容量远小于试品电容量, 因此可忽略不计, 式中C取试品的电容量。

6节电抗器串联时实际试验频率为30.43Hz, 由式3计算得128k V电压下试品的实际试验电流Icx为1.47A, 小于电抗器的额定电流1.70A和激磁变压器的额定输出电流2.28A (按选择5.7k V分接头计算) 。由式4计算出试品在该频率下的实际试验功率Sx为188.16k VA。按式2计算出回路品质因数Q的最大值为60.55, 计算时R取6节电抗器串联的等值电阻240×6=1440Ω, 考虑到回路的电晕损耗、电抗器的附加损耗等因素, 回路的实际电阻R值为各种有功损耗的等效电阻, 因此, 回路实际品质因数小于计算值60.55, 依据以往试验经验, 6节电抗器串联谐振的品质因数一般都大于50, 则需要变频控制电源和激磁变压器的容量为188.16k VA/50=3.76k VA, 设备的变频控制电源和激磁变压器的容量均能满足要求。

(2) 方案二 (串/并联方式) :将5节电抗器串联后与电缆电容并联, 再与另5节电抗器串联进行谐振, 试验原理图如图2。图中L1=L2=5×76=380H, 该方案中试验频率由式5计算得47.14Hz。

分别由式3和式6算得试验电压下的电缆电容电流Icx为2.27A, 并联电抗器L2回路电流IL2为1.14A。则串联电抗器L1回路的电流为2.27-1.14=1.13A, 即两个电抗器回路电流近似为试品电容电流Icx的一半, 均小于电抗器和激磁变压器的额定电流。同理, 方案中电缆的试验容量可算得为290.56k VA。

比较两套方案可知, 方案二中电抗器回路电流较小, 电抗器的电流裕度相对更大, 流过激磁变压器的电流也较小, 试验更安全可靠, 因此选择方案二。

2.3 试验的实施

选择方案二对该电缆线路进行耐压试验, 从变频控制器读取的试验参数见表1, 从表1可以看出, 试验参数与理论计算基本一致。

表1中f为谐振频率;I为输出电流;U为输出电压, 其基数为激磁变压器的分接头电压;Q为品质因数。

试验过程中也发现, 试验电压随着试验时间增加而逐渐自动降低, 需要不断调整激磁功率。经分析认为, 由于试验时间为60min, 谐振电抗器的温升较大, 线圈电阻随温度升高而增大, 电抗器产生的有功损耗逐渐增大, 导致试验回路的品质因数Q值逐渐变小, 因此, 要充分考虑激磁变压器的容量裕度并微量调整其出力, 以保证试验电压基本稳定。由此可知, 试验电压越高、试验电流越大、试验时间越长, 谐振回路的各种有功损耗 (主要为电抗器电导损耗、电缆介质损耗、电晕损耗等) 都会降低回路的Q值[2,3], 在试验容量有限的情况下, 保证Q值足够大非常重要, 需采用均压环、大截面波纹管、较大截面接地线等措施提高回路的Q值[4], 根据不同的试验条件, 区别对待。

2.4 设备试验能力评估

利用方案二的思路, 对该套设备进行110k V电力电缆交流耐压试验的能力进行评估。根据电抗器的额定电流1.7A和L2=380H、L1//L2=190H三个参数, 由式 (6) 计算出最小允许试验频率fmin为31.54Hz, 由式 (5) 计算出最大允许电容Cmax为134.02n F, 试品电容如果大于该值, 则由于频率降低而导致电抗器回路电流大于额定值。以该线路电缆技术参数为例, 则该串谐设备可以进行耐压试验的电缆长度最大值为0.134/0.201=0.667km。考虑试验设备的容量裕度、试验环境不同产生的附加损耗等因素, 实际试验能力要低于该值。

3 结论

通过试验的实施, 验证了试验方案正确可行, 利用串/并联方式可以拓展激磁变压器等设备的试验能力, 但由相关理论可知, 串/并联方式中回路的品质因数Q值会降低, 并联电抗器数量越多, Q值越小, 因此也不能无止境地并联电抗器。

此外, 评估得到的0.667km的试验能力参数不是一个绝对值, 随着电缆技术参数、试验环境发生变化, 该值均会发生变化, 需具体情况具体分析。

摘要：介绍了某110kV电力电缆线路的交流耐压试验环境及存在的问题, 选择现有的一套便携式谐振耐压装置进行试验, 并制定了两套试验方案, 经过分析计算, 选择了其中的一套方案, 通过试验验证了方案的可行性, 在此基础上, 进一步评估出了该装置的最大试验能力, 为以后类似工作做了技术准备。

关键词：便携式,谐振装置,电缆线路,交流耐压,试验能力

参考文献

[1]GB50150-2006.电气装置安装工程电气设备交接试验标准[S].

[2]林晓宇.黄锐, 黄友涛.交联聚乙烯电缆现场交流耐压试验[J].高压电器, 2006 (5) .

[3]张仁豫, 陈昌渔, 王昌长.高电压试验技术[M].北京:清华大学出版社, 2002.