高压电容十篇

高压电容篇1

摘要： 对内熔丝电容器中，因内熔线动作引起的作用在完好元件上的过电压进行了定性、定量分析。进行了试验验证。提出了解决办法。

关键词：内熔丝 内熔丝电容器 元件 直流分量 过电压 放电电阻?

加上熔丝动作后故障串联段所分担的交流电压的升高，实际所受到的电压峰值可能会更高些。?

通过以上分析可知，在高压内熔丝电容器中的内熔丝动作之后，在其各个串联段上会出现直流电压分量。在高压内熔丝电容器中内熔丝动作之后之所以会在各串联段上出现过电压，就是由这些直流电压分量与交流电压分量叠加引起的。?

对于内部电气联结如图1所示的高压内熔丝电容器，不难看出存在于各个串联段上的直流电压分量，只有通过其本身的绝缘电阻慢慢下降。在故障串联段上的直流电压分量与时间的关系为：

t=RsCsln(U0／UR) (11)?

式中:t—故障串联段上直流电压分量的持续时间(s)；?

Rs、Cs—分别为故障串联段的极间绝缘电阻和电容；?

UR—熔丝动作后，经时间t，在故障串联段上剩余的直流电压分量?

在式(11)中，Rs、Cs是一个与电容器极间材料的介电性能有关的常数，通常可用τ来表示，即：?

Rs·Cs=τ (12)?

对于用二芳基乙烷浸渍的PP膜介质，τ=5×104S，对于UR可以取0.1U0，即当故障串联段上的直流电压分量降到其起始值的1/10时，就可认为其对电容器的影响可以忽略不计了。把上述值代入式(11)，可得：?

t=5×104ln10s≈32 h (13)?

也就是说，在如图1那样结构的BFM型高压全膜内熔丝电容器中由内熔丝动作所引起的过电压，在其故障串联段上将持续32h，在这个过电压持续时间内极可能会给电容器介质造成伤害。

3 解决办法?

3.1 在高压内熔丝电容器的每一个串联段上并接一个内放电电阻，如图5所示，这样，由内熔丝动作产生的分布在各个串联段上的“陷阱电荷”就有了一个释放通道，在故障串联段上的直流电压分量与时间的关系变为：

t=rsCsln(U0／UR)(14)?

如果我们设定U0/UR=10；t=300s，则我们可得到：?

rs=300／(2.3Cs)(15)?

例如：对于内部有4个串联段的BAM11/—200—1W全膜介质内熔丝电容器，其每个串联段的电容Cs=63μF将Cs代入式(15)可得：

即只要在其每个串联段上并联一个2MΩ的放电电阻，就可以将该内熔丝电容器在其内部熔丝动作时所产生的作用在故障串联段上的过电压的幅值在5min内降到一个对电容器不会产生危害的水平。

3.2 在设计内熔丝的时候，在保证电容器发生短路放电时不会熔断，并留有一定裕度的前提下，尽可能不要选用直径太粗的内熔丝，因为内熔丝的直径越粗其动作时所消耗的能量越大，故障串联段上失去的电荷Q0就越大，由其产生的直流电压分量U0也就越大。另外，在结构允许的条件下应尽量使每个串联段上的并联元件数m多一些。这样，对于相同的Q0在故障串联段上产生的直流电压分量可以低一些(见式(4))。从这一点出发，对于大容量的集合式电容器，以采用内部带放电电阻的、内部元件全部并联的带内熔丝的小台单元电容器，并由多台这样的单元电容器进行先并后串的结构为好。?

3.3 内部装有放电线圈的高压集合式电容器或大容量电容器，其内部小台单元电容器也应采用元件全并联的结构为好。这些小台电容器在集合式电容器内部也应如图6所示，先并后串，放电线圈应有与串联段数相一致的抽头，以便与各串联段相连接。采用图6所示结构，可在几秒钟内就将由内熔丝引起的作用在各串联段上的过电压消除掉。

4 试验?

试验在如图7所示的模拟电路上进行。?

图中C1、C2构成了一台内部有4个串联段的高压并联电容器的等值电路，C2为其中一个串联段的等值电路，其中f模拟内部熔丝，K模拟与内熔丝串联的击穿元件，当故障元件击穿，K合上，在电容C2上储存的能量向f放电，将f熔断，在C2上的电压波形如图8、图9所示。图8是在负半波时熔丝动作，所形成的直流电压为正值，U0=3(小格)而Um=8(小格)，所以熔丝动作后，正半周电压幅值U′m=3+8=11(小格)。U′m／Um=11／8=1.38。图9是在正半周时熔丝动作，所以U0为负值，电压波形下移，U0=-4(小格)，所以在负半周的电压幅值为UU′m=8+4=12(小格)，U′m／Um=1.5。

图10和图11是在Us=1kV的情况下得到的波形图。由于所施加的电压较低，在C2上所储存的能量仅为Us=3kV时的1/9。在真空开关合上后，在C2上所储存的能量不足以使熔丝f熔断，此后在交流电流的作用下，经若干个周波后熔丝熔断。这时，由于在电容C2上的电荷已完全放净，所以U0=Um，U′m≈2Um。图10是在交流电压负峰值时由工频电流将熔丝熔断。图11是在交流电压过负峰值前由工频电流将熔线熔断。

????????

5 问题讨论?

5.1 对于图1结构的高压内熔丝电容器，当其在运行的过程中发生内熔丝动作后在其各个串联段上会在相当长的一段时间内存在一种称之谓“陷阱电荷”的电荷，当我们将此种电容器打开，进行检修前必须对其中的每个串联段逐个进行短路放电，以免检修人员遭电击伤害。?

5.2 内部采用全并联连接的低压内熔丝电容器，因为对直流电流而言系统阻抗近于零，由内熔丝动作所产生的直流压降被系统短路，所以不会对电容器造成危害，此种电容器在检修前，只要将其出线端子短接，在其内部就不会有“陷阱电荷”存在。?

5.3 对于如图12所示的高压电容器组，如果在这些电容器单元内部没有装设内放电电阻，当其中有一台电容器击穿时，外部熔断器动作，将击穿电容器切除后，在其两个串联段上同样会受到由交流加直流引起的过电压。而在这种情况下，由于与电容器单元相串联的通常是没有限流能力的喷逐式熔断器，所以只有在其电流过零时电弧才能熄灭，将故障电容器切除，由此所引起的过电压将更加严重。所以在串、并联结线的电容器组中所用的电容器单元应带有内放电电阻。或对电容器组中的每一个串联段都装放电装置。

????????

6 小结?

6.1 高压内熔丝电容器在其内熔丝切除故障元件的过程中，在各串联段上会产生直流电压分量，从而使各串联段受到直流加交流的持续过电压的作用。?

6.2 高压内熔丝电容器的各串联段上有可能会存在“陷阱电荷”，在打开电容器检修时，应对电容器中的每个串联段进行短路放电，以免检修人员遭受电击。?

6.3 在高压并联电容器中的每个串联段上并联放电电阻可有效释放由内熔丝动作在各串联段上产生的“陷阱电荷”，降低与其相应的直流电压分量，从而大大减轻由内熔丝动作所引起的直流加交流过电压对高压电容器的危害。?

6.4 在集合式高压并联电容器中，采用内部带放电电阻的内部元件全部并联的小台电容器，再用这些小台电容器进行先并后串的连接，可将由内熔丝动作引起的过电压在较短的时间内降到允许电压。

????????

高压电容篇2

【关键词】膜箔式电容器；电压；电流；dv/dt；功率；频率特性

1.前言

随着现代工业、医疗、军事等电力电子装备的发展，对电容器的耐压、dv/dt、功率、频率特性、安全性和经济性等的要求越来越高.例如激光焊接、核磁共振、破甲电磁炮等装备的发展对电容器性能均提出了更高的要求。怎样才能使我们设计和制造的电容器达到或超过客户的期望？这是本文要探讨的问题，但重点是探讨如何提升电容器的dv/dt和无功功率能力。因为这些项目是我国电容器行业“十二五”规划开发的重点。

2.提升电容器dv/dt和功率能力的必要性

据有关资料报道，高科技电磁炮的穿甲能力（厚度）由下列公式（1）确定；电磁炮的发射速度由下列公式（2）确定：

式中：

：电容器在电场变化时承载或释放的电流

：电容量

：电容器端电压的变化率或电容器端电压对时间的导函数

由公式（3）和公式（2）可知电容器的dv/dt能力与电磁炮弹丸的发射速度相关。

3.高压和高dv/dt性能电容器的选取

电容器的型号规格繁多，成千上万，但按介质划分可以简化为五大类：

①有机介质电容器；

②无机介质电容器；

③电解电容器；

④气体电容器；

⑤双电层电容器。

在众多电容器中，可以或可能达到高压和高dv/dt性能需求又符合安全性和经济性等特点的电容器并不多。据报道：在一些高功率脉冲电源上曾发生过因电容器选用不当或承受耐压、dv/dt和功率能力不足而引发电源爆炸的事故。由此可知正确选用电容器是大功率整机安全和可靠设计的重要基础。目前可以或可能达到高压、高dv/dt并符合安全和高可靠要求的电容器主要有：高压聚丙烯介质电容器、聚苯乙烯介质电容器、聚苯硫醚介质电容器、聚四氟乙烯介质电容器、云母介质电容器等。在这5种电容器中，性价比最高的电容器应当数无感高压膜箔式聚丙烯电容器。其理由如下：

①高压膜箔式聚丙烯电容器具有耐压高、绝缘电阻高、损耗小、工艺性好和价格合理等综合优点，上列5种介质电容器的性价比详见表1。

②从生产实际和验证上看，高压膜箔式聚丙烯电容器的dv/dt能力可达54000V/μs，介质击穿场强≥280V/μm，单只电容器额定工作电压可≥2000Vdc，经过内串和外串组合，额定工作电压可以高达数万伏，绝缘电阻可达10×104MΩ，绝缘时间常数可达30×104MΩ·μF，这些指标可谓电容器之冠。

③介质损耗小，频率特性好，适合各种高、中、低频率脉冲电路和交流电路使用。

④无感高压膜箔式聚丙烯电容器介质吸收系数小，等效串联电阻和电感小，产品充放电速度快，提供瞬时特大功率的能力强。

⑤聚丙烯介质供应渠道广阔。

4.无感内2串高压膜箔式聚丙烯电容器存在的主要缺陷

目前，无感内2串高压膜箔式聚丙烯电容器存在的主要缺陷是：

①工作温度偏低（≤125℃），当产品使用环境温度在85～125℃之间，为保证电容器工作的可靠性和安全性，应以85℃为基准，环境温度每升高1℃，电容器的额定工作电压应降低1.25%；

②介电常数偏小（2.1～2.2），产品体积较大。

5.当前无感内2串膜箔式电容器结构上的不足和改进方法

众所周知，石墨和金刚石是同素异性体。石墨软如泥聚，金刚石坚硬无比，它们虽然是同种元素构成，但因结构不同，其性能差别甚大。用同种介质制作成不同结构的电容器，同样也有性能差别很大的特点。下面就不同结构内2串无感膜箔式电容器的性能作比较分析。

现有内2串无感膜箔式电容器的一般结构如图1，又简称老结构。

老结构电容器的不足之处是不同极性的两铝箔之间存在较大的空隙，如图1所示。这个空隙使电容器承载大功率充电的dv/dt能力显著下降，电容器的性能不能充分发挥和利用，严重时甚至引发产品爆裂失效和设备事故。目前，电容器制造厂家消除或减小这个空隙的主要措施是：将芯子放入专用设备中抽真空后再浸渍液态环氧或其它绝缘材料来填充空隙。因为老结构电容器芯子为压扁型，中间部位空隙大，两侧部位层间接触比较紧密，液态环氧分子粒度偏大等，浸渍料很难渗入芯子内部，欲用真空浸渍环氧来填充空隙的方法远远不能达到期望的程度。

老结构电容器在充电时发生爆裂失效的机理如下：由于两极板间空隙部位的绝缘性能比介质低，当充电电荷的动能或dv/dt值未超过它的承受能力时电容器的电流流向如图1.1所示，此时，电容器工作处于正常状态；当充电电荷的动能过大或dv/dt值过高或超过空隙部位的承受能力等，电容器的电流流向如图1.2所示，此时，电容器充电电荷沿空隙部位的表面产生飞弧放电，产生巨大的瞬时短路功率而导致电容器爆裂或爆炸。

证明老结构电容器爆裂或爆炸是由空隙部位表面飞弧放电引起的简单方法是对电容器做高的dv/dt充放电试验。试验要点是：先用一部份电容器，进行逐只、逐步提高承受dv/dt值的摸底试验，找到电容器爆炸的临界点，再用略大于临界点的dv/dt值对另一部份电容器进行试验，解剖爆裂或爆炸的电容器，可以观察到电容器的介质并未发生垂直于电场方向的击穿，而在空隙部位表面却有飞弧放电的明显痕迹，这就是高速电荷沿空隙部位表面飞弧放电引起电容器爆裂或爆炸的证据。

改善老结构电容器空隙部位表面飞弧放电的主要方法有：①变内浸环氧为内浸高性能绝缘油，如单苄基和二苄基甲苯、全氟化碳等；②变内浸环氧为加充氮气或不活泼气体；③增大两极间的爬电距离；④改变芯子结构，如图2-1（又称新结构图2-1）、图2-2（又称新结构图2-2）等。本文重点探讨图2-1、图2-2创新结构产品。

比较上述4类改善方法，我们分析、验证认为第④类即改变芯子结构的方法最优；在第④类方法中，图2-2的方法最佳.其理由如下：

第①和第②类方法的不足之处是产品制造时需对电容器实行全密封，否则不能保持和保证改善效果，前功尽弃。但这样会增加工艺的复杂性和产品成本。因为这类改进采用了液态物或气态物和全密封结构，若有不测，产品发生爆炸的威力和破坏性比图1老结构产品要大得多；

第③类方法的不足之处是要增大产品尺寸，不利于产品小型化。这种方法虽然能提高产品承受低频dv/dt的能力，但因未能消除“直通”气隙，内部残留空气会在高压或高频条件下仍会发生电离，产品承受高频dv/dt的能力改善不多；

第④类方法——改变芯子结构，能克服第①～第③类方法的不足，经验证明图2-1、图2-2新结构产品可以使产品承受dv/dt的能力分别比图1的老结构产品提高10～30%和20～50%。新结构产品承受dv/dt的能力显著提高，主要原因是堵断了内部（不同极性的）两电极之间的放电通道（如图3），使内2串无感膜箔式电容器承受dv/dt的能力得到了充分发挥和利用。

新结构产品图2-1与图2-2的等效电路结构图分别见图4和图5，从表面上看，它们的电路似乎全等，如果将图2-1、图2-2、图3与图4和图5结合起来分析，就会发现图2-1新结构产品与图2-2新结构产品有明显区别，并且图2-1新结构产品的性能不如图2-2的好。

图2-1新结构产品的主要缺陷有3点（与图2-2相比）：①芯子C1相对于C2的介质厚度太大；②芯子C1相对于C2的电容量太小；③因为①、②两个缺陷存在C2比C1承受耐压和dv/dt的能力要小很多；由于组合电容器承受负荷的最大能力是由最差的（相对）单芯个体性能决定，所以当C2失效后将导致组合电容器整体发生崩溃性失效。而图2-2新结构产品弥补了图2-1新结构产品的不足，相对图2-1而言，图2-2组合电容器的4个电容器单芯使用的介质厚度和形成的电容量是一致的，这是图2-2新结构产品为啥比图2-1新结构产品性能好的主要原因。

6.图2-2新结构产品性能验证情况

图2-2新结构产品性能验证情况如图6、图7。

由图6可知CBB82-2000Vdc-0.0027μF新结构产品在额定电压下，承载瞬时最大充电电流可达2000A，承受瞬时最大充电dv/dt可达730KV/μs，承受瞬时最大充电功率可达980KW。

由图7可知CBB82-2000Vdc-0.0027μF新结构产品在额定电压下，承载瞬时最大放电电流可达2000A，承受瞬时最大放电dv/dt可达730KV/μs，承受瞬时最大放电功率可达3940KW。

由图6和图7及上述数据比较，可以看出：当电容器充放电电路的等效串联电阻一定时，电容器放电的瞬时最大功率比充电时的瞬时最大功率可大数倍。利用电容器的这一放电特性，特别有利于提高穿甲电磁炮的作战威力和适合需要产生瞬时特大功率的电子装备提升工作能力。

电容器充放电时电压、电流、、功率任意时刻的瞬时值或最大值也可以用下列公式进行理论计算：

6.1 被试电容器充电时任意时刻电压的瞬时值

：电容器放电时任意时刻的瞬时功率，单位（W）

注：①负号表示电容器放电输出功率（或释放能量）。

②其余符号的意义和单位同于公式（6）。

目前我们试制的新结构产品承受电流、dv/dt、瞬时功率等特性参数均大大超过了当今国际同行名牌厂家公开的技术指标，在国际上处于领先水平。这是我国改进和创新电容器结构取得的显著成果。

7.结束语

产品结构改进和创新，往往可以起到“四两拨千斤”的作用。通过本文抛砖引玉的交流，希望能够促进国内同行在电容器结构改进和创新方面取得更大突破、取得更多令国际瞩目的成果。

参考文献

[1]中国电子元件行业协会.电容器分会电容器行业信息汇编[Z].2011（6）.

[2]曲喜新.现代有机介质薄膜[D].电子科技大学电子元件与材料专辑，1993.

[3]ARCOTRONICS GROUP，Edition 2008.

[4]WIMA BEST CAPACITORS MADE IN GERMANY Edition 2011.

高压电容篇3

关键词：高压电容器；维护检查；故障处理

中图分类号：TM53 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2014）01-0055-02

0 引 言

在智能建筑的供配电装置中，高压电容器的安全可靠运行，关系到整个电网的正常运行。所以必须对运行中的电力电容器进行维护和检查，以确保整个电网的正常运行。

1 高压电容器投入或退出运行的规定

在正常情况下电容器的运行与停止，必须根据电网的无功补充情况以及电网电压情况来决定，并按当地供电部门的调度来运行。为了延长电力电容器的使用年限，电力电容器应在额定电流下运行，但允许短时间通过高于额定电流的1.3倍电流，如超过额定电流的1.3倍，电力电容器应立刻停止运行，否则时间一长电力电容器就会烧坏。电力电容器应在额定电压下运行，一般不得超过电压额定值的1.05倍，可以在额定电压的1.1倍下短时间运行，当电网电压大于电力电容器额定电压的1.1倍时，电力电容器要停止运行，否则也会烧坏电容器。

而在发生意外或出现下列情况之一时，则应马上停止电容器运行：

（1）电容器爆炸；

（2）接头温度过高或熔化；

（3）套管有电弧放电；

（4）电容器油喷出或有火花；

（5）外界温度大于40 ℃以上。

一般情况下，电容器运行与停止的开关设备，600 kvar以下要用电力负荷开关，600 kvar以上则要用断路器装置。

此外，安装好的电容器后，在正式运行前，还应做以下检查：

（1）电容器外观完好，合格证齐全；

（2）电容器安装布线规范，三相电容之间的差值不大于某一相总电容的一半；

（3）各部件连接紧密无松动，电容器外壳和支架都和保护接地有可靠连接；

（4）电容器附属单元及配线测试合格；

（5）电容器组的保护回路完整并投入运行；

（6）电容器的开关状态符合标准；

（7）电容器绝缘电阻测试达到要求。

2 电力电容器运行中的维护和检查

为确保电力电容器的正常运行以及延长使用年限，在日常维护工作中，应注意对电力电容器的维护和保养。

2.1 外观检查

对运行中的电容器装置，每日应进行一次外观检查，检查项目如下：

（1）电容器外壳有无露油现象；

（2）套管有无露油、开裂现象；

（3）电容器有无肿胀，焊接缝隙有无裂纹；

（4）运行时是否有异响；

（5）接头是否温度过高；

（6）如果发现肿胀或内部有异响，应马上停止运行，以免发生意外事故。

2.2 温度检查

在外界空气温度为40 ℃时，电力电容器外壳温度应小于55 ℃，温度过高会造成电力电容器在工作中发生外壳肿胀及渗油故障。

为了监测外壳温度，可在电力电容器外壳上加装示温片。当多个示温片发生熔化时，则说明电容室内温度过高，当室温达到25 ℃时，则应起用外部通风降温。在冬季电容器温度能小于-28 ℃，以防止内部溶剂发生凝固。当发现单个示温片熔化时，则说明该台电容器内部有可能有故障，内部损耗过大，应加强监测，或将该台电容器替换。

2.3 电气检查

当电网电压高于电容器额定电压的1.1倍，或电流大于额定电流的1.3倍时，电容器应停止工作。同时要进行清洁工作，即清洁电力电容器的外部、支架及其他附属装置上的灰尘和异物。

2.4 接触部位检查

仔细检查电力电容器组电气线路所有接触触头的连接。检查螺母松动紧固，引出端紧固程度，瓷套管是否开裂和渗油，瓷釉是否完好等。

2.5 保护装置检查

定期对熔断器件进行检查，发现有损坏的熔件和不匹配的熔丝，应马上替换。检查继电保护动作和铭牌指示，电容器柜中断路器动作，在未找出故障之前，不得重新合闸。

2.6 放电装置检查

三相指示灯、二次指示灯应正常显示。如有熄灭情况，应确定原因，需要时要停用电力电容器。

2.7 漏油检查

用橡胶做密封垫圈上有微量的油珠是正常的，不会影响设备的正常工作，但在运行中发现电容器外壳滴油时，应停止工作，然后进行检修。

3 电力电容器的故障处理

处理故障时，应断开电容器开关和隔离开关，并确保放电电阻充分放电后，再进行检修。

3.1 电器柜中的电力断路器自动跳闸

断路器跳闸不能强制复位，检修人员必须检查装置动作情况。根据动作情况进行分析，依次检查电容器、互感器、线缆、是否熔化、胀肚及漏油，检查触头是否发红或熔化、套管是否发黑。若无上述情况，断路器动作的原因是电网电压波动所致，检查确认后方可上电，否则应进一步做更全的通电试验，以及互感器的特性试验。假如故障原因仍未确定，还需要拆解电容器组，逐台进行测试，保证查明原因之后再上电试运行。

3.2 电力电容器外壳胀肚

电力电容器在运行中外界温度的升高及过载，使介质损耗增加而温度升高，导致电力电容器溶剂受热膨胀。在一般情况下，外壳能适应这种压力的变化，但是长期过载或外部温度过高，会导致电容器外壳的变形，这就是通常所见的膨胀现象。

当电力电容器发生膨胀时，如果情况轻微，可继续运行。但当外部温度超过40 ℃时，应减少负载和加强冷却，如果情况恶化，电力电容器要停止工作。

为保证电力设备安全运行，在正常运行中改善电容器的散热条件，并应尽量减少操作次数，加强巡逻，定期进行测试，同时在运行中应尽量避免过载情况的发生。

3.3 电力电容器漏油

在运行时，由于环境温度过高及过载，电力电容器的温度升高，引起电力电容器溶剂受热膨胀，外壳的压力加大，在外壳接缝处、瓷套管等处会产生油珠。由于外壳内部有空隙，外界的空气和潮气将从接缝处进入装置内部导致绝缘降低，如果工作时间过长，绝缘层将被击穿，严重时电容器内部压力会急剧上升，发生电容器炸裂的情况。

当电力电容器漏油情况严重时，电力电容器要停止工作，立即进行检修。

3.4 变配电站停止电力供应时对电力电容器的处理

在变配电站发生停止电力供应时，应将所有断路器切除。当电网恢复供电时，电网电压向电力电容器充电，电力电容器充电完成，向电网产生大量无功功率，致使电网电压上升。所以，将各线路断路器合闸送电，则电网电压还是保持较高等级，为了使负载恢复到正常工作的数值，要一段时间的等待，因此电网电压要高于电力电容器额定电压的1.1倍。另外，当空载变压器投入工作，其三次谐波电流是充电电流的主体，这时，假如电力电容器与变压器的电感满足共振条件，则电流值将达到额定电流的2～5倍，持续时间约半分钟，这会导致过电流保护装置的运行。

因此，由于电网电压上升及谐波电流的影响，当电网停止供电时，保证要把电力电容器的断路器切除，这样可以预防电力电容器的损坏。当变配电站恢复供电，各线路送电完毕后，应根据电网电压的高低及无功功率的情况，决定电力电容器是否工作。

4 结 语

为了确保智能建筑供配电系统的正常工作，安全运行，工程人员应当重视对电力电容器的巡检和维护，及时排除出现的故障，确保整个供配电系统的顺利运行。

参 考 文 献

[1] 刘晓明，朴文泉，冷雪，等. 喷口长度对超高压SF6断路器影响及混沌识别[J]. 沈阳工业大学学报，2013（5）：4-8.

[2] 黄建伟. SF6断路器应用中的维护要点[J]. 新疆有色金属，2013（6）：89-90.

[3] 杨波. 浅谈110KV以上SF6断路器的检修与维护[J]. 电子制作，2013（14）：208.

高压电容篇4

关键词：开关电源；高频变压器；电容效应

一、开关电源及其中的高频变压器

所谓开关电源是利用现代电力电子技术，控制快关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。通常开关电源是由脉冲宽度调制控制IC和MOSFET构成的。它具有造型小、应用方便、重量轻、效率高、危险性低等特点，促使其已经广泛的应用于各种电子设备中，成为当下这个雄心时代中电子领域不可或缺的一种电源方式。目前开关电源主要分为两大类，即微型低功率开关电源和反转式串联开关电源。

（1）微型低功率开关电源。它的出现正好满足人们对开关电源微型化、高效化、方便等方面的需求，这是得微型低功率开关电源快速的代替变压器而广泛的应用于各种电子设备中。

（2）反转式串联开关电源。它所输出的电压是负电压，并且能够像负载输出电流，这是一般串联式开关所无法企及的。另外，相对于一般串联式开关电源来说，他所输出的电流小于一般串联式开关电源的一倍，能够有效的节约电量的使用，实现长时间供电。

高频变压器是工作频率超过中频（10kHz）的电源变压器。它是开关电源最主要的组成部分，直接决定快关电源的应用效果。在开关电源中高频变压器主要的工作原理是当初级线圈游交流电流通过时磁芯产生交流磁通，促使次级线圈中感应出电压，再向外传输。

二、开关电源高频变压器电容效应建模与分析

高频变压器作为开关电源的重要组成部分，其能够促使开关电源具有良好应用性的同时也会给开关电源带来一定的影响，阻碍开关电源进一步高频化和高密度化。针对此种情况，需要从磁性元件着手，合理而有效的设计及磁性元件，降低其磁性干扰程度。高频变压器中分布的电容对开关电源的磁性干扰程度较大，却没有得到很好的处理，依旧应用传统的模型。以下笔者就开关电源高频变压器电容效应建模与分析进行探讨。

1.现有变压器模型分析

在当下，广泛应用于开关电源中的变压器模型主要是含有3个集总电容，也就是原边绕组电容、副边绕组杂散电容以及原边和副边绕组间的杂散电容所构成的模型（如图一所示）。此变压器模型中的原边和副边所具有的电场耦合能力是干扰开关电源的关键。就开关电源的电磁干扰分析结果来看，变频器原边和副边电容能够形成共模干扰噪音，作用于变频器运用过程中，进而影响开关电源。

2.共模端口有效电容

在进行开关电源高频变压器电容效应建模前，明确共模端口有效这一问题，对于合理的。有效的构建电容效应模型是非常必要的。由于变压器中所分布的电容是共模电流传输主要参数，要想准确的掌握共模端口有效电容，就以此为突破口展开详细的分析。就现有变压器模型来看，变压器共模端口有效电容是有变压器两个端口网路参数构成的，也就是噪音源施加在变压器一端，共模噪音电流会经过线圈作用到另一端的电源上。共模噪音源在传输噪音电流的过程中在经过线圈时会作用到变压器的副边绕组杂散电容上，进而使噪音电流通过杂散电容，在变压器中传输。这也就意味着变压器会产生噪音电压，而高频变压器属于开关电源的一部分，开关电源在噪音电压的影响下受到严重的干扰。

3.开关电源高频变压器电容效应建模

以上对于现下所应用的变压器模型及其共模端口有效电容了解后，可以将其作为构建新电容效应模型的依据。要想构建有效的高频变压电容效应模型主要的问题是如何抑制共模噪音，针对此问题最佳的解决办法是有效的将能量端口有效电容与共模有效电容都转化为原边电压的有效电容，充分的运用原边绕组电容进行电流的传输，避免噪音电流通副边绕组杂散电容，而最终干扰开关电源。通过此种方式构建的变压器电容模型（如图二所示）需要进行共模噪音测试，确定共模噪音不会干扰到开关电源才能够正式的将变压器电容效应模型应用到开关电源中。结束语：

在当下这个信息时代中，电子领域已经越来越重要，各种电子设备广泛的应用为提高我国的经济水平做出巨大贡献。开关电源是各种电子设备不可或缺的一部分，其具有型小、高效率等特点，应用在各种电子设备中占用的空间小，但作用大，能够有效的应用于设备中。但是，目前开关电源效率进一步提升受阻，主要是开关电源中高频变压器能够进行磁性干扰，抑制开关电源的高频化。本文就高频变压器中分布电容影响开关电源高频化这一因素进行分析，确定高频变压器中电容效应模型不佳是产生磁性干扰的原因，进而详细的探究高频变压器电容效应建模，希望能够对于提高开关电容的应用性有所帮助。

参考文献：

[1]陈崇森，皮佑国.一种交流伺服系统的多输出辅助开关电源设计[J].电源技术应用，2007（11）.

[2]张伟.大型变压器绕组漏磁场与短路特性的研究[D].华北电力大学，2011.

[3]司怀吉，崔占忠，张彦梅.电磁感应引信探测原理研究[J].北京理工大学学报，2005（01）.

高压电容篇5

关键词：高频高压变压器，变压器寄生元素，线包-整流器结构。

Abstract: Capacitance of High frequency high voltage transformer has a great impact on the power conversion performance of both High frequency high voltage transformer and DC power supply.This article describes the use of winding - rectification structural change and the AC winding capacitance adjustment of high frequency high voltage transformer. First of all, it provides the theoretical background of the method, DC and AC capacitance concepts, and equivalent circuit of transformer-rectifier combination. Finally, it uses the ESP DC power supply with high frequency high voltage power transformers and Rectifier systems to verify equivalent circuit and method. The experimental results show that by the use of winding - rectification structure, the AC winding capacitance can be largely adjusted, consequently; the converter performance would be improved.

Keywords: high frequency high voltage transformer, AC and DC capacitor, transformer’s parasitic elements, winding-rectification structure.

中图分类号： TM42 文献标识码：A 文章编号：

1.导言 高频高压变压器在高压直流电源应用中是一个重要的组成部分。变压器输出拥有电容滤波器的二极管整流整流器的工业应用情况并不少见。 这似乎是几十年来一直分析的完善的技术。对低压低频变压器，这才是真正，分析电路的工作时， 必须考虑的是只有变压器的漏感。

然而， 在高频高压变压器应用中，漏感以外的寄生电容的作用也很明显的，不可忽略。

许多文章研究了变压器或电感器的寄生电容的计算模型[1, 2, 3 ]。而且，提出了高频变压器寄生电容的测定方法[4, 5，6，7]。

尤其，通过绕组制造方法，在一定程度上可以减少。但高频高压应用时，升压比较大，高压侧的分布电容是不能忽略的，不能消除了。另外，降低绕组电容，通常带来增加漏感[8，11]。

如果变压器寄生元件利用为变换器的主电路的组成部分，这一点尤为重要。高频高压变换器常用串并联谐振变换器,有三个谐振元件[9，10，12]。在这种转换器应用中，必须相当精度掌握变压器的寄生元件。

图1.串并联谐振变换器

图1的L、Cp和CF可以利用变压器的寄生元件。 那么，变压器的漏感LL为L，绕组电容的交流部分Cac为Cp，直流部分Cdc为CF。

从变压器的电场组成为直流电场和交流电场，通过改变这些电场可以改变绕组电容的直流和交流成分。直流电容表示为在直流电场上的电能，这电能没有在开关周期内充电和放电，然而， 交流电能在开关周期内充电和放电。

如果副边绕组分割成几个线包， 通过利用不同的线包-整流器结构，线包的直流电压和交流电压分布可以变化，同时绕组的交流电容变化。

论文提出了线包-整流器结构的概念，然后分析效果，而且讨论包括整流器的变压器模型的参数和导出。通过仿真和实际试验，验证模型的有效性，表示了不同线包和整流结构上的实验结果。

1.输出具有整流器的变压器的模型

理想变压器假设绕组电阻为零，电场储量为零，没有漏磁场，铁芯的导磁性无限高。许多情况下，尤其，高频高压应用中，必须考虑变压器的非线性特性。非线性在等效电路中表示为寄生元件，电阻为功率损耗，电感为磁场，电容为电场。

电力变换器应用中，变压器的效率是一般99%以上。因此，寄生电阻可以忽视。

高压应用中， 电场的储能很明显， 必须重视寄生电容 [1，7 ]。

图2给出了所有寄生参数折算到原边的变压器和整流器模型。

图2. 所有参数折算到原边的变压器和整流器模型

如上前所述，变压器输出连接到整流，电场分割为交流和直流电场。 绕组电容CT经过二极管分成为Cac和Cdc两个部分。

3.模型的验证

为了验证图2的模型，阶跃电压VD施加变压器的原边，由此产生的原边绕组的电流iL可以测定。 根据电流波形和阶跃电压， 模型的参数确定来。 阶跃响应电路如下图3所示。

图3.阶跃响应电路。

在图3的电路的阶跃响应的仿真结果如下图4所示。

图4. 阶跃响应的仿真。

第一阶段，0

t=T/2，电流iL第一过零，第一阶段结束，iL转化为负，电容开始放电。由于二极管D是反向偏压，CAC阻止放电。因此，CDC从电路中分离。

第二阶段t＞T1/2，电流以更高的频率f2=1/T2振荡。从图4看出iL波形线性的振荡上升。这种线性上升取决于阶跃电压产生的磁化电流iM。iM的斜率可由TM和iM(TM)确定，TM为T1/2以后的任何一个周期，iM(TM)表示一个周期内的电流增加量。电路中包含等效电源。

第二阶段的等效电路如图5-b)所示。

图5. 第一和二阶段的等效电路

分析磁化过程时，串联的LL和LM上施加阶跃电压，导致磁化电流iM的线性上升。这种线性上升叠加在振荡的波形。等效励磁如下图6所示。

图6. 等效励磁电路

假设变压器的漏感LL比磁化电感LM更小，LM和LL的串联约等于LM，LM和LL的并联约等于LL。

（1）

高压电容篇6

关键词 居民变配电室 公用变配电室 公用变压器 消防负荷 平时最大负荷

中图分类号：TM411文献标识码： A 文章编号：

一、引言

随着经济的发展，住宅建设用地日益紧张，中小城市新建住宅小区主要以高层住宅为主，一般都在十九层及以上。根据《高层民用建筑设计规范》50045-95（2005年版，以下简称高规）的要求，十九层及以上的住宅为一类高层建筑，其消防负荷为一级负荷。根据《民用建筑电气设计规范》JGJ 16-2008（以下简称《民规》）要求，高层住宅的客梯电力，给水泵为二级负荷，小区换热设备为三级负荷。这就要求高层住宅必须由双重电源（双重10KV电源分别来自两个不同的35KV及以上的区域变电站）供电。

我省供电总公司为了方便管理，于2006年5月份制定了一项新的规定，高层住宅小区需建两种变配电室，一种变配电室供小区住宅，商业门脸用电，由供电局管理，称居民变配电室，简称电业变；另一种变配电室供住宅内动力设备（防、排烟风机、水泵、电梯等）、应急照明、小区的消防泵、给水泵、地下车库等公用设施用电，由物业公司管理，称公共用电变配电室，简称公用变。这就要求公用变内的两台变压器一用一备，平时由常用电源供电，当常用电源失电后，由备用电源供电给一、二级负荷供电，当常用电源恢复供电后，即由常用电源供电，也就是说备用电源供电时间较短。公用变需要安装多大容量的变压器，需要严格的计算。容量大了会使初始投资增大，在非火灾时负载率偏低；容量小了又不能满足供电要求。下面以实例说明如何统筹兼顾，合理确定变压器的容量。

二、小区概况

某住宅小区，东西宽300米，南北长370米，小区共有14栋19层塔式住宅，两栋32层塔式住宅，三个地下车库，水泵房，换热站各一处，总建筑面积32万平米。

经过计算，在小区内共设公用变两个，1#公用变设于北部中心(1#地下车库内)，供1#～6#楼（19层），7#，8#楼（32层），1#，3#地下车库，水泵房，换热站用电；2#公用变设于小区南部中心，供8栋19层住宅，2#地下车库用电。现以1#公用变为例，介绍如何确定变压器容量。

三、容量统计

首先对1#公用变电所供电设备做一统计，见表一：

表一：1#公用变所供设备负荷一览表

7#、8#楼因负荷较大，做了两个电气入户，电梯（消防电梯，客梯）单独进户，其余消防设备，如防、排烟风机、屋顶增压泵、潜污泵、应急照明设一电气进户。3#车库也设了两个进户。

四、小区平时（非火灾时）所需公用变压器容量

高层住宅公共空间照明均做了应急点亮，应急照明灯具全部利用公共空间照明灯具，平时公共空间照明灯具不会全部点亮，故公共空间平时照明功率小于火灾时应急照明功率。

将1#公用变所供建筑物平时负荷容量列表如下：

表二 小区无火灾时1#公用变供电设备负荷计算一览表

根据《全国民用建筑工程设计技术措施（电气）》P10，P127：多台电梯的需要系数为0.18～0.22，可取Kx=0.2；公共空间照明、其余动力取Kx=0.8。将各建筑物的计算容量之和再乘以同期系数Kt作为选择变压器容量的依据。

计算结果如下：

1#公用变常用变压器容量:

1#公用变备用变压器容量（只供一、二级负荷设备用电）:

其中 —上表中各建筑物的计算容量之和;

—平时常用变压器负载率;

—平时备用变压器负载率;

—同期系数。

五、小区发生火灾时公用变压器容量

本实例按小区一栋楼发生火灾时考虑，不考虑两栋楼或多栋楼同时发生火灾。

不言而喻，火灾时公用变压器的容量应按最不利的供电条件下即用电负荷最大时来考虑。那么什么是最不利的供电条件呢？那就是要找出火灾后投入的消防设备容量减去火灾后强制切除的正常负荷容量之差为最大的那栋建筑物作为着火点来考虑。火灾后该变压器的容量应满足非火灾建筑物内公共用电设备的正常用电，同时还要满足发生火灾后增加负荷量最大的那栋建筑物的用电需要以及消防水泵的消防用电。

建筑物发生火灾后,消防报警控制设备发出指令,切断相关区域的非消防电源,接通应急照明,启动相关区域的防、排烟风机等消防设备。针对高层住宅的特殊性，由公用变所供的需要卸掉的非消防电源一般只有客梯电力，而相关区域的应急照明基本上是公共空间的全部照明，消防电梯在发生火灾后降落到首层，供消防队员使用，1#～6#楼只有前室和走道的正压送风机；7#、8#楼及地下汽车库的防、排烟机包括正压送风机（消防补风机）和排烟风机。由此可知，需要按消防负荷与平时负荷容量差最大的一栋楼发生火灾计算。由表一可知，7#楼满足该项条件。

我们按小区内7#楼发生火灾考虑，当7#楼发生火灾后，客梯电源被切断，而消防设备投入使用，消防水泵启动，其余单体建筑物内设备正常运行（即按平时设备容量考虑）。

我们再详细列表，将电梯、风机、水泵分开列表，见表三；

表三 小区7#楼发生火灾时1#公用变供电设备负荷一览表

计算结果如下：

1#公用变常用变压器容量:

1#公用变备用变压器容量（只供一、二级负荷设备用电）:

其中 —小区发生火灾时常用变压器负载率;

—小区发生火灾时备用变压器负载率;

六、公用变变压器容量的最终确定

通过上述计算可以看出，发生火灾时计算出的变压器容量和非火灾时计算出的变压器容量相差50%，如果按发生火灾时计算出的变压器容量作为最终的选定值，即：

，，； ，，。

也就是说平时常、备用变压器的负载率太低，太不经济。

变压器额定容量应能满足全部用电负荷的需要，但不应使变压器长期处于过负载状态下运行。根据《全国民用建筑工程设计技术措施（节能专篇） 电气》，变压器的经常性负载应在变压器额定容量的60%为宜，即为节能经济最佳运行状态。

结论：小区发生火灾时的概率不是很大，绝大部分时间是在非火灾情况下运行。平时运行情况下，要使变压器大部分时间在最佳负载率附近运行，发生火灾时在不影响变压器安全运行的前提下短时可以过载运行。生产厂家承诺，干式变压器过载150%强迫风冷长期运行对变压器安全和寿命未有影响，那么过载10%强迫风冷运行一小时对变压器更不会有影响。而根据《民规》第24.9.6条，消防用电设备在火灾发生期间的最小连续供电时间最长的消防电梯、消防水泵为60分钟。

在满足规范要求前提下尽量减少投资，以及不至于使干式变压器平时运行时负载率过低，我们将常用变压器容量确定为，，； ，。

高压电容篇7

【关键词】套管；末屏；接地

一、引言

变压器套管作为变压器的重要部件之一，它不但要将变压器内部高低压侧引线引出，同时还担负着固定引线、与外部架空线相连接的作用，因此它必须有足够的绝缘强度和机械强度。套管的可靠性将直接影响变压器的安全运行。一直以来，套管故障在变压器故障中占有较高的比例，而末屏故障又是套管的常见故障之一。本文以一起套管末屏故障导致紧急停变压器的实例，对油纸电容式套管常见末屏接地方式可靠性进行探究，进而提出改进方式并成功实施改造。

二、油纸电容式套管结构

目前，油纸电容式套管是高压套管的主要型式之一，在国外电力系统中广泛使用。其主绝缘是若干串联的电容芯子、它绕在中心铜管上，组成同心圆柱体电容器，以使套管中心铜管与接地法兰间的径向和轴向电场分布均匀。套管主绝缘的好坏通过测量绝缘电阻和介质损耗来判断，同时测试套管电容量来判断串联的电容屏有无击穿。

套管由中心导管、电容芯子、外绝缘及法兰等组成。其末屏测量端子（从套管内电容芯子最外一层电容屏用铜导体引出至套管外）将套管总电容量分为C1和C2两部分，其中C1为套管中心的导管与末屏测量端子之间的电容量，这是套管本体的主绝缘电容。R1是高压导杆与末屏之间的绝缘电阻，这是套管的主绝缘。C2 、R2为末屏至法兰间的电容量和绝缘电阻。其电容绝缘结构图如图1所示。

图1 套管电容绝缘结构图

变压器运行中，套管末屏测量端子必须接地，系统高电压全部施加在C1上，而C2因为末屏与法兰已经短接并接地，所以不承受电压。而当末屏未接地或接地不良时，末屏端子电压U=Ue*C2/（C1+C2），该电压可以达到几千伏。由此可知，变压器套管正常运行中可靠接地是非常重要的，否则末屏端子将产生高压放电引起套管故障。

三、一例套管末屏渗漏缺陷处理

某电厂02启备变C相高压套管于2013年4月15日发现套管末屏出现严重渗漏，套管油位明显下降，用红外热成像检测渗漏套管温度比其它正常运行套管温度高2度左右。情况表明由于套管末屏渗漏的影响，套管内绝缘材料可能出现轻微受潮，情况比较紧急。马上申请02启备变停电，设备停电后检查发现高压侧C相套管末屏击穿烧坏。

图2 套管末屏烧坏

1、末屏故障原因分析

该套管型号为COT1050-1250，是英国传奇HAEFELY TRENCH公司1997年的产品。其套管末屏装置属于内置式，如图2所示

图3 套管末屏装置示意图

1 末屏引线与电容芯的焊接点 2末屏引线与引出小铜杆的焊接点 3末屏接地帽内的弹簧触头装置 4 弹簧触头装置与接地帽的接触处 5末屏帽与套管底座螺牙接触面 6末屏接地帽 7套管金属底座 8电容芯 9末屏内连接软铜线 10末屏引出绝缘小套管 11末屏小铜杆 12末屏接地瘫痪触头装置

如图2所示，套管末屏接地的路径：1―9―2―11―3―4―5。即套管末屏引出小铜杆通过连接软铜线焊接并穿过绝缘小套管后，由接地帽上螺丝后进行接地。

由于套管金属底座和末屏帽都是铝材质，末屏帽连接螺丝只有4个丝牙，而且材质软。在变压器每个年度定检中都要对套管末屏进行试验，末屏接地帽需要多次反复拆装，这必然会对其连接紧固螺丝牙造成磨损，如果末屏接地帽拆装操作过程方法不当或紧固过量，将引起螺丝滑牙导致末屏接地不良。从拆出来的故障末屏位置看，其安装紧固的内外螺丝都几乎全部磨平，套管运行中末屏端子产生高电压而引发对地放电，将穿心式绝缘小套管烧毁，从而引起套管内绝缘油严重渗漏 。

处理方法：发现套管故障后立即对备用套管进行电气预防性试验，检测发现备用套管整体绝缘、介损、绝缘油耐压值等指标都不合格，经过咨询厂家，可能的原因是套管存放时间太久（15年）内部受潮或劣化所致，需要检查处理后才可投入运行。由于02启备变必须尽快恢复送电，经过分析后将01启备变C相高压套管拆出后安装在02启备变上。

鉴于C相套管末屏故障的情况，对其它所有套管末屏接地情况进行彻底检查，发现B相的末屏接地螺帽螺丝也存在严重的磨损滑牙现象，其接地已经不可靠，必须针对滑牙情况采取措施提高其接地可靠性。

2、末屏接地方式探究和改进方法

末屏接地设计和安装方式可靠性分析

2.1 从已经损坏的套管末屏观察，与套管末层电容屏相焊接的带透明绝缘层的多股软铜线，其铜线线径大约1.5mm2左右，两端焊接非常牢固，都不易松脱或损坏。

2.2末屏引出铜杆小套管是复合材料绝缘，与引出铜杆浇注一体，密封性能良好，连着铜杆的小套管一旦安装紧固后，在末屏接地帽拆装过程中不会出现常见的“连轴转”现象。

2.3 末屏接地帽内与铜杆相接触部件类似高压开关的动触头，该装置有18个小触指，触指两头固定压缩形成弧形接触面，整个触头装置牢固镶嵌在末屏帽内。该触头的设计有别于常见铜片夹，其接触可靠性大大提高。当末屏接地帽完全安装到位时，末屏小铜杆与触指的接触插入深度超过12mm。由于末屏帽是铝质，而末屏引出小铜杆和接触触指是铜材质，厂家在设计制造时已经采取措施防止铜铝电腐蚀的现象。因此可以看出该部位是能够保证可靠接触的。

2.4 另外一个接地接触点则是末屏帽与套管金属底座的螺纹连接部位，紧固螺牙4个，螺丝旋紧深度7mm左右，末屏帽用O型橡胶圈密封，防止雨水潮气进入末屏装置。正常情况下末屏帽旋紧安装到位时该接触面是能够接触良好。

最后一个接地点是套管的法兰底座，该部位是金属面用12颗螺栓紧固连接与变压器本体练成一体，变压器有专用的双接地线。因此套管法兰底座的接地是可靠的。

3、末屏损坏情况分析和改进策略

该电厂共有英国传奇生产的同类套管22支，排查发现有6支的末屏装置螺纹接触位出现不同程度的磨损，其中的两支磨损严重，出现严重的滑牙。由此可见末屏帽紧固螺纹磨损而引起该接触点接触不良正是引发套管故障原因。

该接触面螺纹磨损原因分析，一、末屏帽与套管底座都是铝质的，材质偏软。如果末屏帽安装紧度过大，极易引起铝质螺牙相互“咬死”，下次拆开时需要强行拆卸，导致螺牙磨损损坏。二、由于末屏帽安装位置受到其它设备的遮拦，操作不便，在螺纹未对准的情况下紧固，引起螺纹错位安装，导致相互间磨损。三、末屏帽由于试验需要必须多次反复拆装会引起螺纹的自然磨损。

末屏帽接地可靠性改造思路，改造成“可见式的双接地系统”。从以上分析可知，末屏装置除了螺纹接触面容易出现接触不良外，其它接地回路中的接触点都是可靠的，所以只需要在螺纹接触位置增加可靠接地即可。

4、具体改造方法

如下图3所示

下图6，用厚度2mm的铝板做成一片10mm宽，40mm长的一个铝片。

在末屏帽六角螺母的其中一个面机械加工个φ3，深度6mm的螺牙孔，并将做好的2mm厚的铝片用螺丝安装在该孔上。

拆开套管法兰的其中一个螺母（法兰盘共有12颗固定螺栓），安装上一个2mm厚的铝片接地桩，如下图15。

将末屏帽上的铝片与新增接地桩用绿线连接起来，如下图14。这样就新增了一路可见的接地线，确保末屏可靠接地。而原来的磨损的螺丝接触面只是作为辅助接触和密封功能。在末屏帽拆装时先拆开螺栓连接14，新增接地线完全不会影响拆装操作。

改造注意事项：第一，新增外接地材料必须考虑铜铝电腐蚀的问题，所以选用与末屏帽相同材质的薄铝板。第二，薄铝板与末屏帽的连接不能用焊接方式，主要原因是薄铝片焊接难度大同时焊接产生的热量可能引起末屏帽内的触头片表面氧化造成末屏铜杆与触头接触不良，因此用机械加工开孔攻丝的方式，这方式加工方便可控，不会损坏设备。

图4 末屏接地改造后示意图

四、结束语

套管末屏接地不良引起套管不正常运行是多发性故障，其后果往往都比较严重。为提高套管设备的安全可靠运行，建议制造厂根据用户实际使用情况，重视末屏的设备和制造工艺，改进末屏接地结构。可以借鉴《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》第17.7中“重要设备已设备构架等宜有两根与地网不同地点连接的接地”，增加双接地措施，确保末屏接地可靠，使末屏能够满足现场试验多次拆装而保持其良好可靠接地的状态，满足套管安全运行的需要。

另外，用户单位在设备维护和试验中更要充分重视套管末屏接地的可靠性，在设备年度定检中增加套管末屏检查维护工作项目，确认末屏接地装置无损坏无异常。在试验过程中，末屏的拆装严禁野蛮操作，特别是铝质末屏接地帽，在安装紧固时必须对准螺牙，力矩大约15N.M即可，防止螺帽滑丝导致接地不良。

高压电容篇8

关键词：大容量风电基地；直流输电系统；VSC-MDTC

前言

目前风电单机容量已达到兆瓦级，风能利用率越来越高。国内风电基地的数量和规模都在与日俱增。将风电系统渗入整个电力系统对于改善电网系统结构、降低环境污染、减少资源消耗都有着重要的意义。但是由于风能具有方向、大小不确定性，经常导致风电机组瞬时负荷剧烈波动，在并网运行时对系统造成扰动影响，所以成为限制风电进一步发展壮大的难题。在下面文章里，我们通过对特高压柔性直流输电新技术进行了解，并对基于柔性直流输电系统的大容量风电基地与系统并网实现功率外送仿真技术进行探讨。

1 多端柔性特高压直流输电系统

多端柔性直流输电系统VSC-MDTC是由两端柔性直流输电系统VSC-HTDC发展而来，通过VSC换流站与多条直流输电线路将区域内多个用电负荷中心和电源连接在一起，在送电端与受电端均设置了换流站，由其实现功率的输送、分配。VSC-MDTC系统即有柔性直流输电的优点，又能将多个分布式电源联网，很好的解决了如风电、光伏发电等新能源并网问题。对于拓宽电网负荷类型、综合利用资源有着重要的意义。

在VSC-MDTC系统运行过程中直流电压的稳定性直接决定着系统的运行特性和可靠性，所以会选择一个换流站作为功率平衡节点对直流电压进行稳定控制，而其余换流站则在整流或逆变状态完成功率分配。SC-MDTC系统虽然在运行灵活性、可靠性等方面比双端系统更具有技术优势，但是由于拓扑结构更为复杂，所以保证运行稳定的控制策略非常复杂。[1]

2 不同扰动下系统的控制策略

功率扰动对系统的影响：

VSC-MDTC系统利用闭合环路直流线路构成中心呈环状的拓扑结构，将直流环路设置在风电场附近，即缩短了直流线路长度，又降低了容量冗余造成的成本，同时可有效提高系统运行可靠性。在这里我们用W-VSC代表风电场换流站；G-VSC代表送端换流站；L-VSC代表受端换流站。在正常的运行过程中风电场换流站对汇集的风电场功率进行整流并输送至直流环网，与本地电网换流站共同组成送端换流站，通过直流网络将功率输送至远方负荷中心。为了保证系统直流电压稳定性，我们选取功率调节能力强的换流站对直流电压进行控制，在风电场端换流站通过恒压恒频控制策略来保证本端电网的电能质量；而剩余换流站则按照相关发电计划，通过定功率控制策略实现功率合理分配。通过综合考虑本地电网换流站功率裕量及交流电网电能质量，按照发生扰动后系统电网频率变化情况，可将系统语系模式分为三类，分别是自由运行、下垂运行和限流运行，下面我们对三种运行模式的区分进行简单了解。

（1）自由运行模式下，系统在控制范围内可向用户持续提供优质电能，当扰动发生时，系统默认的直流电压控制换流站即可全部承担不平衡功率并维持直流电压稳定。当换流站功率调节能力无法满足需求时，将进入下垂运行模式。

（2）下垂运行模式下，G-VSC控制策略发生改变，由定直流电压控制变为直流电压直流电流下垂控制，同时由各端换流站共同承担功率调节压力。

（3）限流运行模式下，系统默认进行电压控制的换流站其功率调节能力达到极限，直流电压发生剧烈波动。此时，系统需要重新选择具有较大功率裕量的L-VSC换流站对直流电压进行控制，维持系统功率平衡。[2]

3 系统仿真分析

为了对前面文章中探讨的基于柔性直流系统实现风电基地的功率外送问题进行深入分析，我们可以利用Matlab/simulink仿真系统。在建立的仿真系统中，可将火电厂和风电场视为等值机组。下面我们对不同位置的扰动情况进行仿真：

3.1 G-VSC端负荷发生扰动

在仿真过程中，人为的在G-SVC端L1三秒时负荷由300MW下降200MW，在11秒时再下降100MW。造成系统严重不平衡，进行限流运行模式。

通过对仿真系统采集处理获取的动态响应图进行分析发现，在3s时，由于G-SVC端负荷L1出现快速下滑，导致系统频率大幅上升，系统无法维持在自由运行模式，进而进入下垂运行阶段，为了维持送端电网频率质量，需要其余端换流站进行功率支援。系统直流电压在进行下垂运行阶段时会出现提升，而L-VSC1和L-VSC2在检测到直流电压上升信号后，根据下垂控制策略增大受电需求，而W-VSC则根据下垂控制策略降低馈入系统的功率。最终结果是G-VSC将电网中多余的电能释放至直流网络并实现消纳，有效缓解了扰动对送端电网正常运行造成的影响。

在11s时，负荷L1进一步下降，VSC-MDTC系统的功率不平衡情况恶化，虽然由多端换流站共同进行功率协调，但G-VSC换流站自身功率容量仍然无法满足直流电压的控制需求。所以VSC-MDTC系统只能进入限流运行状态，系统中L-VSC1换流站根据直流电压/有功功率下垂控制策略进行快速切换。

3.2 W-VSC端的风速变化

人为调整风电场初始风速为8m/s，在3秒时，人为调整风速为9m/s，在13秒时降为7m/s。两次调整都造成了风电功率的突变，致使系统内功率波动。在风速变化时采取相应调整策略，当风速突增时，风电场功率上升，为保持系统稳定，G-VSC换流站需要进行功率支援来维持电压稳定，但由于系统频率上升达到进入下垂运行模式条件，根据相关策略需要由各端换流站对不平衡功率进行分担。G-VSC根据下垂策略升高直流系统电压，而L-VSC在直流电压/有功功率下垂策略控制下，增加部分功率输出，降低了直流电压波动，缓解了G-VSC的功率调节压力，同时也有效遏制了G-VSC侧频率的上升。

3.3 L-VSC端的负荷发生变化

在仿真系统运行过程中人为调整负荷，先于3s时增加至400MW，再于13s时降低至200MW，造成本端电网的功率扰动及频率变化。采用相应控制策略后系统，在3s时，由于负荷增大导致L-VSC端电网负荷波动，超出承受能力，造成该端频率下滑，在采取相应控制措施后，L-VSC端增大受电需求，由G-VSC提供功率支持，但直流电网电压快速下滑，而L-VSC和风电机组根据电压变化，在下垂策略控制下调整有功输出，进而分担了G-VSC的功率调节压力，提高了L-VSC端的频率。

4 结束语

在上面文章里，我们对大容量风电基地通过多端柔性特高压直流输电系统实现功率外送的仿真问题进行了深入探讨，受篇幅限制只是对在扰动情况下系统的协调控制进行了分析，实际应用过程中，还存在很多问题需要深入研究，诸如风电龅墓β市调控制策略、交直流混联系统的应用等。

参考文献

[1]杜培东，王维洲，刘福潮.大容量风电基地通过多端柔性特高压直流输电系统实现功率外送的仿真分析[C].甘肃省电机工程学会学术年会，2014：10-15.

高压电容篇9

关键词：变压器，过电压，保护措施

 

变压器运行时，如果电压超过它的最大允许工作电压，称为变压器的过电压。过电压往往对变压器的绝缘有很大的危害，甚至使绝缘击穿。过电压分为内部过电压和大气过电压两种。输电线路直接遭雷击或雷云放电时，电磁场的剧烈变化所引起的过电压称为大气过电压(外部过电压)；当变压器或线路上的开关合闸或拉闸时，因系统中电磁能量振荡和积聚而产生的过电压称为内部过电压。变压器的这两种过电压都是作用时间短促的瞬变过程。科技论文。内部过电压一般为额定电压的3.0－4.5倍，而大气过电压数值很高，可达额定电压的8－12倍，并且绕组中电压分布极不均匀，端头部分线匝受到的电压很高。因此，必须采取必要的措施，防止过电压的发生和进行有效的保护。

过电压在变压器中破坏绝缘有两种情况，一是将绕组与铁心(或油箱)之间的绝缘高压绕组与低压绕组之间的绝缘(这些绝缘称为主绝缘)击穿；另一种是在同一绕组内将匝与匝之间或一段绕组与另一段绕之间的绝缘(这些绝缘称为纵绝缘)击穿。由于过电压时间极短，电压从零上升到最大值再下降到零均在极短的时间内完成，因而具有高频振荡的特性，其频率可达100kHZ以上。在正常运行时，电网的频率是50HZ，变压器的容抗很大，而感扩ωL很小，因此可以忽略电容的影响，认为电流完全从绕组内部流过。但对高频过电压波来说，变压器的容抗变成很小，而感抗变成很大，此时电流主要由电容流过，所以必须考虑电容的影响。科技论文。考虑电容影响后，变压器的分布参数电路（见后面图1）。

其中：CFe——绕组每单位长度上的对地电容；C’——高低压绕组之间每单位长度上的电容；Ct——绕组每单位长度上的匝间电容；L’——过电压时绕组每单位长度上的漏电感；R’——绕组每单位长度上的电阻。

下面简单说明两种不同类型过电压产生的原因：

1.内部过电压我市电网中，绝大多数是降压变压器，下面就以降压变压器空载拉闸为例说明内部电压产生的原因

根据变压器参数的折算法可知，把二次侧(低压侧)电容折算到一次侧(高压侧)时，电容折算值为实际值的(1/K2)倍，所以二次侧电容的影响可以略去不计。这就是说，空载时可以忽略二次侧的影响。就一次绕组来说，由于每单位长度上的对地电容CFe是并联的，故对地总电容为CFe=ΣCFe由于一次侧单位长度上的匝间电容Ct是串联的，故它的匝间总电容为Ct=1/(Σ1/Ct)在电力变压器中，通常CFe＞＞Ct，所以定性分析时，匝间电容的影响也可略去不计。当再忽略绕组电阻R1时，可得空载拉闸过电压时的简化等效电路（见后面图2）：其中L1是一次绕组的全自感。把空载变压器从电网上拉闸时，如果空载电流的瞬时值不等于零而是某一数值Ia，这时相应的外施电压瞬时值为Ua。于是在拉闸瞬间，电感L1中储藏的磁场能量为1/2L1i2a，电容CFe上储藏的电场能量为1/2CFeU2a。由于这时变压器的电路是由电感L1和电容CFe并联的电路，故在拉闸瞬间，回路内将发生电磁振荡过程。在振荡过程中，当某一瞬间电流等于零时，此时磁场能量全部转化为电场能量，由电容吸收，电容上的电压便升高到最大值Ucmax。当不考虑能量损失时，根据能量守恒原理有CFeU2cmax= L1i2a＋CFeU2a故得上式表明，当拉闸电流和电容上的电压一定时，绕组的电感愈大，对地电容愈小，则拉闸时过电压愈高。电力系统中，拉闸过电压通常不超过额定电压的3.0－4.5倍。

2.大气过电压大气过电压是输电线路直接遭受雷击或雷云放电时，电磁场的剧烈变化所引起的

当输电线路直接遭受雷击时，雷云所带的大量电荷(设为正电荷)通过放电渠道落到输电线上，大量的自由电荷向输电线路的两端传播，就在输电线上引起冲击过电压波，称为雷电波。雷电波向输电线两端传播的速度接近于光速，持续的时间只有几十微秒，电压由零上升到最大值的时间只有几微秒。雷电波的典型波形为曲线由零上升到最大值这一段称为波头，下降部分称为波尾。如果把波头所占时间看成是周期波的四分之一周期，则雷电波可看成是频率极高的周期性波。这样，当过电压波到达变压器出线端时，相当于给变压器加上了一个频率极高的高电压。这一瞬变过程很快，一开始，由于高频下，ωL很大的，1/ωC很小，电流只从高压绕组的匝电容和对地电容中流过。由于低压绕组靠近铁心，它的对地电容很大，(即容抗很小)，可近似地认为低压绕组接地。科技论文。可雷电波袭击时，沿绕组高度上的电压分布取决于匝间电容Ct和对电容CFe的比例。在一般情况下，由于两种电容都存在，过电压时，一部分电流由对地电容分流，故每个匝间电容流的电流不相等，上面的匝间电容流过的电流最大愈往下面则愈小，随着电压沿绕组高度的分布变为不均匀，见下图：(图3是过电压波加在变压器两端的电压)从图中可见，起始电压分布很不均匀，靠近输电线A端的头几匝间出现很大的电压梯度，因此，在头几个线匝里，匝间绝缘和线饼之间的绝缘都受到很大的威胁，这时最高匝间电压可能高达额定电压的50－200倍。

3.过电压保护为了防止变压器绕组绝缘在过电压时被击穿，必须采取适当的过电压保护措施，目前主要采用下列措施

3.1避雷器保护

在变压器的出线端装设避雷器，当雷电波从输电线侵入时，避雷器的保护间隙被击穿，过电压波对地放电，这样雷电波就不会侵入变压器，从而保护了变压器。

3.2加强绝缘

除了加强变压器高压绕组对地绝缘外，针对雷电波作用的特性，还要加强首端及末端部分线匝的绝缘，以承受由于起始电压分布不均匀而出现的较高的匝间电压。这种方法效果有限，而且加厚绝缘使散热困难，同时减少了匝间电容，增大了匝间电压梯度。目前只在35kV及以下的变压器中采用。

3.3增大匝间电容

匝间电容相对于对地电容愈大时，则电压的起始分布愈均匀，电压梯度越小，因此增加匝间电容是有效的过电压保护措施。过去常采用加装静电板或静电屏的方法，现在在110kV以上的高压变压器上，广泛采用纠结式线圈。纠结式线圈制造工艺简单，不增加材料，与连续式线圈相比能显著增大匝间电容，所以现在高压大型电力变压器的高压绕组大多数采用了这种绕线法。结束语造成变压器过电压的原因多种多样，针对不同的过电压，有不同的过电压保护措施。在实际工作中，我们应进行经济上和技术上的全面研究，选择有效的过电压保护措施，确保变压器的安全稳定运行。

高压电容篇10

重要一次电压测量设备。传统的高压分压器首先体积庞大，运输和现场组装的工作量很大，而且充油设备维护麻烦；其次夏日高温灼射无法看清电压值以及冬天气温低显示屏无法正常工作；最重要的是大量试验监督人员围观在试验人员周围带来的不安全因素。本文所设计的便携式高压分压器，体积小巧，携带方便，110kV～1000kV的变压器高压试验均可以准确测量，在夏天最热和冬天最冷时都能正常显示，并且带有远方显示屏，可以给试验人员和试验监督人员提供一个更加安全的工作平台。

关键词：分压器 套管 电容 便携式

0 引言

变压器中性点交流耐压试验是检查变压器中性点绝缘水平的重要手段之一，是保证变压器长期安全运行的重要措施。根据GB50150-2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》和《山西省电力公司电力设备交接和预防性试验规程》（2006版）等有关规定，对绕组额定电压在110kV及以上的变压器中性点在交接时或大修后，应进行交流耐压试验。220kV变压器中性点耐压的电压值达到160kV以上，用传统电压分压器测量电压有以下缺点：体积、重量大，不便于运输；充油设备，需要维护、保养；夏天暴晒，冬天气温低，无法正常显示；试验监督人员不便于监督。本项目研制的便携式高压分压器可解决以上四个缺点，而且精度完全可以满足现场需要。

1 电容分压器介绍

现场交流耐压常用的电容分压器由两个（组）特性相同的电容器串联组成。与高压端相连接的元件称为高压臂C1，与接地端相连接的元件称为低压臂C2。高压臂与低压臂电容值之和与低压臂电容值的比值称为分压比。测出低压臂上的电压，乘以分压比即可求出高压端的电压值。标准规定，分压器的分压比误差不得大于±1%，并对应于被测电压的类型应具有一定的响应特性。分布式电容分压器，它的高压臂由多个电容元件串联组成，各个电容元件应尽可能为纯电容，并要求其介质损耗和电感量小，实际所用的元件多为油纸电容器或油浸渍的塑料薄膜电容器、聚苯乙烯电容器和陶瓷电容器。

2 变压器电容式套管的结构

变压器电容式套管由中心导管、电容芯子、外绝缘及安装法兰等组成（如图2所示），其末屏测量端子将套管的总电容量划分为电容C1和C2两部分，其中C1为套管中心导管与测量端子间的电容量，是套管的主绝缘电容，R1为主电容绝缘电阻（导电杆与末屏之间的绝缘电阻）；C2为测量端子（末屏）与连接套筒（法兰）间的电容量，R2为末屏与法兰间的绝缘电阻，如图3所示。由于C2较C1小很多，因此变压器在运行中末屏测量端子必须可靠接地。法兰与变压器油箱连接也直接接地，运行电压全部加在C1上，而C2则因为末屏测量端子和法兰均接地而被短接，不承受任何电压。

3 现有电容分压器存在的问题

3.1 为了满足一定的爬电距离，200kV的分压器高度一般都在1米以上，为了满足一定的内部绝缘，分压筒内注满了绝缘油。体积、重量大，就造成了分压器不便于运输和搬运。

3.2 由于运输中的颠簸、碰撞或使用不当，分压器经常会出现漏油的现象，再加上水分和空气进入分压器内部，影响分压器的绝缘，因此给维护及保养带来了很大工作量。

3.3 现场工作条件恶劣，比如夏天太阳直射，显示屏上的电压值无法正常读取，冬天气温低，表头无法正常开机，这些都给现场试验带来了很大的局限性。

3.4 现场试验过程中，监理、施工方、试验人员、运行人员、专家领导等等都希望看到电压值，监督试验过程，这么多人涌入试验加压区域容易造成加压人员分心，也给安全带来许多不确定性。

4 便携式高压分压器的设计

针对分压器以上缺点，结合变压器套管特点，利用套管电容C1做高压臂，选用一个比变压器套管电容大一个数量级的标准电容C2（参考电容量2uF-10uF）做低压臂，组成一套便携式高压电容分压器，简单原理图如图4所示。

本设计省去了传统分压器的高压臂，大大的缩小了分压器的体积，减少了运输、组装、维护设备的工作量。本设计还有以下两个创新点：第一，通过加装防炫目、耐低温LED显示屏，解决了夏天暴晒，冬天气温低，无法正常显示的问题；第二，通过加装远方LED显示屏，解决了围观监督人员进入高压试验现场带来的不安全因素。设计图如图5所示。

图中1为变压器套管；2为变压器套管末瓶；3为标准分压电容器；4为屏蔽信号线；5为便携式高压分压器就地显示屏；6为VGA或HDMI线；7为远方监视LED屏。

5 结束语

以上设计完全能满足110kV～1000kV变压器的耐压试验需要，并且精度达到1.0级。通过现场使用，反应良好。

参考文献：

[1]唐兴祚.高电压技术[M].重庆：重庆大学出版社，1991.

[2]钟洪壁等编.电力变压器检修与试验手册[M].北京：中国电力出版社，2000.