电力电容器试验方法

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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ19
2 电力电容器在电力生产中的作用 2.1 并联电容器(移相电容器)
用于电力负荷无功补偿。在用户负荷中存在大
量的无功功率,如感应电动机、变压器中的励磁功
率、输电线路电感消耗的无功功率等。无功电流在
输电线路中传输时,就会在线路、配电变压器的导
线电阻中产生损耗,造成不必要的浪费。表征系统
有功功率和视在功率比例的参数为功率因数,功率
图1.5 L、C并联电路
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并联谐振电路中电压和电流的关系为:
I IR
(1.7)
U I RB
(1.8)
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1.4.5
电路谐振的条件
电路谐振的条件是容抗与感抗相等,即XL=XC 或:ωL=1/ωC,整理后可得谐振条件为:
1 f 2 LC
(1.9)
从上式可知,通过调整电感L或电容C或调整频率 f,都可以使试验回路达到谐振的状态。 在谐振状态电路呈现纯电阻特性,电流的大小仅 与电压和电阻有关,相位差总是为零,即cosφ=1。
电容器类型 年份
小单台年故障率 (%) 集合式年故障率 (%)
膜纸电容器
全膜电容器
1988
2002
0.33
1.91
0.73
3.72 27
3.2 内部结构 (1)电容元件的连接 a. 多元件串联:
多元件串联的目的是能够承受较高的电压。例如
耦合电容器的芯子是由多个元件串联组成。
图3.1 电容器串联
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电力电容器试验方法
1
1. 基本概念 1.1 电容器(Capacitor) 电容器由两块平行极板(铝箔)和极板间的绝缘材料 所组成: 作用:存储和释放电荷的器件(充电和放电)
图1.1 电容器的结构
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电工符号:C 电路符号: 电容量的基本单位:法拉(F) 常用单位: 微法(μF) 纳法(nF) 皮法( PF) 1F =106μF =109 nF =1012 PF 1 μF =1000 nF 1 nF =1000 PF
因数越小,说明系统中的无功分量越大。
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在线路传输有功功率时,有如下关系: (2.1) 当线路电压U及传输的有功功率P不变时,提高功 率因数cosφ就可以降低线路电流I,从而降低线路上 的电阻损耗。
P 3UI cos
图2.1 无功补偿原理
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2.2 串联电容器 用于输电线路无功补偿。输电线路存在一定的分 布电感,线路越长电感量越大,增加了线路的阻抗 和电压降。在输电线路中串联电容器后,电容上的 压降与电感上的压降互相抵消,从而减小了线路电
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图4.1 开关的重燃原因
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(3)运行中的过电流及过电压 产生原因:电源中的高次谐波与电路的L、C参数产 生谐振。 主要危害:长时间的过电流和过电压。
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4.1.2 保护措施 a. 串联电抗器限流; b. 采用无重燃开关(如FS6开关),末经老练的真空 开关刚投入使用时,重燃几率为2~6%,运行中断 开电容电流30次后,基本上就不重燃了; c. 开关中增加辅助触头和并联电阻; d. 单元件熔断丝保护; e. 加装避雷器保护;
上取代了膜纸电容器。
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然而,一个不争的事实是,随着全膜电容器的应
用,电力电容器的故障率逐步上升,到2002年故障率
达到1.91%,见表2数据。有专家分析认为主要原因 是全膜电容器的耐热性不及膜纸电容器,在采用全膜 介质后,电容器的表面散热面积没有增加,而是变化 不大甚至减小。
表2.1 膜纸电容器与全膜电容器年故障率比较
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当电容电压和电感电压大小相等时(即容抗等 于感抗时),就称为串联谐振状态,此时电路中合 成电抗电压为零,只剩下阻性电压。串联谐振回路 中的电压、电流关系为:
U UR
UR I RC
(1.5)
(1.6)
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1.4.4电容器和电抗器并联 电容器和电抗器并联时,电路中只有一个电压,此 时电容器上的电流与电抗器上的电流方向相反,它们 的合成电流是相减的关系。当容性电流等于感性电流 时,称为并联谐振状态,此时电路中的合成电流只剩 下阻性电流。
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6. 电容器的试验方法 6.1 外观检查 外观检查主要是观察电容器是否存在变形、锈蚀、
渗油、过热变色、鼓胀等问题。
6.2 密封性检查
用户进行密封性检查通常只能采用加热的方法,在
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图1.2 卷绕式电容元件 5
1.3常用电介质的分类 1.3.1 气体电介质 (1) 气体电介质的相对介电常数非常接近1; (2) 电 力 电 容 器 常 用 的 气 体 电 介 质 是 六 氟 化 硫 (SF6)、氮气、空气等; SF6的特点: 击穿强度:是空气的2~3倍。在0.3 MPa下可与常温 下的绝缘油匹敌; 灭弧能力:约为空气的100倍; tanδ:在0.1 MPa 时<5×10-6
b. 多元件并联: 多元件并联的目的是获得较大的电容量。例如, 低压并联电容器内部元件全部并联。串补用的串联 电容器内部为多元件并联,而且每一个并联元件都 有熔丝,一旦某个元件击穿,对应的熔丝熔断,以 保证电容器继续运行。
图3.3 电容器并联
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并联后的总电容量为: C总=C1+C2+……+Cn 如果C1=C2=……=Cn=CD 则: C总=nCD (3.4) (3.3)
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5.2 安装后的验收(交接)试验 (1)测量绝缘电阻; (2)测量耦合电容器、断路器电容器的tanδ及电容 值; (3)500kV耦合电容器的局部放电试验(对绝缘有 怀疑时); (4)并联电容器交流耐压试验; (5)冲击合闸试验
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5.3 预防性试验 (1)极对外壳绝缘电阻测量(集合电容器增加相 间); (2)电容量测量; (3)外观及渗漏油检查 (4)红外测温; (5)测量tanδ(并联电容器及集合电容器不做); (6)低压端对地绝缘电阻(耦合电容器); (7)交流耐压和局部放电试验(耦合电容器,必 要时); (8)绝缘油试验(集合电容器)。
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表1.1 常用介质的相对介电系数
介质材料名称 真空及气体 电容器纸 有机薄膜 胶木及环氧树脂 相对介电系数ε ≈1 6.5 2~3.5 2.5~3.8
r
说 明 ε 0=8.86×10-14 柔软 柔软 硬
绝缘油 瓷 云母 玻璃 水 钛酸钡
2~2.3 6~6.5 4~7.5 5.5~10 81 3000~8000
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1.3.2 固体电介质 电力电容器中常用的固体电介质有如下几种: (1)电容器纸 优点:浸渍性好,成本低,效益高,可实现自动化
生产。
缺点:线膨胀系数大,易变形,电容量稳定性差, 容易老化,耐热性低(< 80℃),机械强度低。
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(2)塑料薄膜 优点:耐电强度和机械强度高,体积电阻系数高,稳 定性好。 缺点:难以浸渍,通过采取特殊的工艺,也可提高浸
法拉电容器或超级电容器)的新型元件逐渐受到关
注。它的等效电容量足以达到法拉级(甚至可以达
到数万法拉)。此类电容器完全可以作为电池使用,
理论上可以经受无限次充放电循环,而且充电速度
和能量转化率也远远高于普通化学电池,但单个超
级电容耐压能力很弱,一般不会超过20V。通过串、
并联组合可以提高工作电压,用于电能储存。
即:并联的电容元件数越多,总的电容量越大
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图3.4 串联电容器结构
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图3.5
并联电容器结构
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(2)防护 a. 浸渍防护 通过浸渍处理,以填充固体介质中的空隙,从而
达到以下目的:
① 提高介质的介电系数和耐电强度;
② 改善局部放电特性;
③ 改善散热条件。
b. 干式电容器
包括充气式、树脂或硅胶固封、塑料薄膜电容等等。
压降,加长了输电距离和输电能力,提高输电质量
和系统的稳定性。
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线路补偿原理见图2.2。在线路中增加补偿电容
后,由于电容上的压降UC与线路电感压降UL相减,
使电源电压从补偿前的US′降为为补偿后的US,更加 接近用户端电压UY,达到降低线路压降的目的。
图2.2 线路串联补偿原理
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2.3耦合电容器 用于高频通讯。电容器对高频信号呈现较低的阻抗, 所以能将混在工频电压中的通讯信号取出。 2.4分压电容器 用于高电压测量。 2.5均压电容器 用于改善断路器开断时各断口电压的均匀性。 2.6滤波电容器 用于滤除电源中的高次谐波。 2.7脉冲电容器 用于冲击电压试验中的脉冲发生装置。这种电容器 在结构上要求要有比较小的电感。
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1.4 交流电路中电容器的特性 1.4.1 电压与电流的关系 在交流电路中,电容器的电流在相位上超前于电 压90度,这个特性正好与电抗器相反。
图1.3 电容器和电抗器上的电压和电流相位
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1.4.2 频率与阻抗的关系 电容器的阻抗与电源的频率成反比的关系,即:
1 1 XC 2fC C
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3.3 外部结构 电容器外壳材料:瓷、金属、树脂、塑料。 3.4 组装形式 (1)单极电容器:此时金属外壳为另一个电极; (2)双极电容器:电容器的电极与外壳无关;
(3)集合电容器:即将单相或三相电容器集中封装。 外壳结构有全密封焊死的,也有像电力变压器一样 带油枕和呼吸器的。
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4 电力电容器常见运行问题 4.1 并联电容器 4.1.1常见问题 (1)投运时的涌流 产生原因:LC串联谐振,涌流频率为几百至几千Hz, 可达正常电流的数十倍,其维持时间一般在几十至 几百ms; 主要危害:造成CT击穿,开关触头电磨损。 (2)退出时的过电压 产生原因:开关重燃,产生的过电压倍数最大可达5 倍以上。 主要危害:造成电容器及相关设备过电压击穿。
浸渍性好 硬、脆 脆 脆 不稳定 脆
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1.3.4 氧化膜电介质 以金属(常见的是铝或钽)的氧化膜作为电介质,以 电解质作为另一电极。即所谓的电解电容器,这类电 容器单个电容量可做到上万微法。电解电容器的特点 是电极是有极性的,应用中正、负极不能接反。
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近年来有一种名为双电层电解电容器(又称为
(1.3)
这一特性也正好与电抗器相反,因为电抗器的阻 抗与电源频率成正比的关系:
X L 2fL L
(1.4)
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1.4.3电容器和电抗器串联 当电容器和电抗器串联时,回路中只有一个电 流,此时电容器上的电压和电抗器上的电压方向相 反,它们的合成电压是相减的关系。
图1.4 L、C串联电路
f. 三相电容器组采用双星形接法,当其中某个电容 器损坏时,利用中性点不平衡电流启动保护电路。
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图4.2 电容器的保护措施
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图4.3 电容器组的双星形接法
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图4.4 06年7.19玉林变电站35kV并联电容器C相爆炸
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4.2 耦合电容器(均压电容器、分压电容器) (1)制造工艺不良,元件受潮; (2)密封不良,渗油、进水; (3)结构不合理,运行中不能维持正压; (4)固定件、夹板有缺陷,受潮; (5)油质不佳,芳香烃成份少,不能有效吸收局部 放电产生的氢气
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5. 电容器试验项目 5.1 到货后的验收试验
(1)外观检查;
(2)密封性检查; (3)电容量测量; (4)工频耐压试验(通常为出厂试验的75%); (5)tanδ测量;(并联电容器、集合电容器不做)
(6)绝缘油试验(集合电容器)。
用户也可以根据需要与生产厂家签订合同增加型式 试验或出厂试验中的某些项目(比如冲击试验、局 部放电测量等)。
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1.2 电容器的电容
电容量由下式决定: C (1)平板式:
r A 36d 109
(F )(1.1)
式中:A—极板面积,m2 d—极板间距,m εr—极板间介质的相对介电系数 (2)卷绕式 采用卷绕式时,电容值近似等于该电容展开成平 面时的一倍。即: r A C (F ) (1.2) 9 18d 10
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3. 电力电容器的结构 3.1 电力电容器常用的固体电介质
(1)纸介质;
(2)膜纸复合介质; (3)纯膜介质。
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80年代中后期,膜纸电容器生产技术逐步完善,
到90年代初,电力电容器故障率达到最低,如1993 年为0.21%,接近国际水平。到90年代中期,电力 电容器(主要是并联电容器)逐步向全膜化发展, 1997年后全膜电容器得到广泛应用,到21世纪基本
渍效果;或者做成干式电容器。
常用的塑料薄膜有:聚丙烯薄膜(简称PP膜)、聚脂 薄膜等。
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1.3.3 液体电介质 (1)天然液体电介质 变压器油、电容器油、电缆油、蓖麻油等矿物油和
植物油。
(2)合成化合物
有异丙基联苯(IPB)、二芳基乙烷(PXE)、爱迪索
油、二异丙基萘(KIS-400)、CPE等等,种类较 多。 电击穿强度:≥45 kV/2.5mm
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