高压电容器十篇

高压电容器篇1

(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。

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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。

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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。

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高压电容器篇2

关键词：电容器；传感器；在线监测系统

中图分类号：TM85 文献标识码：A

1 现状概述

国外许多电力公司从上个世纪70年代就开始研究并推广应用变电设备在线监测技术，主要目的就是减少停电预防性试验的时间和次数，提高供电可靠性。

（1）带电测试阶段。这一阶段起始于70年代左右。当时人们仅仅是为了不停电而对电气设备的某些绝缘参数（如泄露电流）进行直接测量。设备简单，测试项目少，灵敏度较差。

（2）从80年代开始，在线监测技术从传统的模拟量测试走向数字化测量。

（3）从90年代开始，以计算机处理技术为核心的微机多功能在线监测系统。

在国内，在线监测技术的开发与应用始于上世纪80年代。计算机应用刚刚起步，当时的在线监测技术水平较低。到2000年后，随着在线监测技术的不断成熟及客观的需要，在国内很多地区的供电企业都已开展了这项工作。

2 典型案例

摘录官方统计的数据：

2004年10～110kV的开关的事故率0.011～0.022台次/百台年

2004年110kV及以上变压器的事故率为0.4台次/百台年

广东省2007年高压并联电容器的故障率为5台次/百台年

（1）1996年6月18日19：14贺州市电业公司八步变电站在人工分闸过程中，户外2#，5#电容器发生爆炸。

（2）1982年佳目斯局桦南变的三角型结线电容器组，单台装用低压保险，一台电容器发生爆炸后，将厂房和396台电容器全部烧毁。

（3）2001年4月30日8：54，某一变电站，在主控室，电容器的速断保护信号继电器动作挂牌，造成外侧10kVII段与电容器串联接地极击断，电抗器本体喷油着火，A，B相熔断器全部熔断。

3 存在问题

（1）瓷套管及外壳渗漏油

电容器是全密封的电气设备，由于制造工艺、运输等原因，密封不良出现渗漏，导致套管内部受潮，绝缘电阻降低。随着电容器运行电压、温度等变化，内部压力增加，渗漏油更为严重，使油面下降，元件上部容易受潮击穿而损坏。

（2）瓷绝缘表面放电闪络

电容器在运行中缺乏定期清扫和维护，其瓷绝缘表面因污秽严重，在电网出现内、外过电压和系统谐振的情况下导致绝缘击穿，局部放电，造成瓷套管闪络破损，响声异常。

（3）外壳鼓肚

当电容器内部元件发生故障击穿时，介质中将通过很大的故障电流，电流产生的电弧和高温使浸渍剂游离而分解产生大量气体，使得电容器的密封外壳内部压力增大，导致电容器的外壳膨胀鼓肚，这是运行中电容器故障的征兆，应及时处理，避免故障的漫延扩大。

（4）熔断器熔断

电容器内部元件发生故障击穿，熔断器安装接触不良发热，以及熔断器的额定电流选择不当，电容器合闸瞬间，由于电容器处于充电状态产生很大的冲击合闸涌流，涌流过大均能使熔断器熔断。

（5）电容器爆炸

运行中电容器爆炸是一种恶性事故，当电容器内部元件故障击穿引起电容器极间贯性短路时，与其并联运行的其他电容器将对故障电容放电，如果注入电容器的能量大于外壳所能承受的爆破能量，则电容器爆炸，如果电弧点燃的液体介质溢流，还会造成火灾。

4 原因分析

（1）电容器电容量的微小变化

电容器电容量出现微小变化是电容器事故前的最早征兆，表明熔丝已经切除了单个电容器。

（2）运行电压过高

电容器介质上的额定工作场强比其它电器高25～30倍，是高压敏感设备。电力行标DL/T 840—2003中规定为1.05倍额定电压。电容器过压保护及VQC均使用母线PT，不能直接测定电容器端电压及累计超出允许的幅值及持续时间。

（3）运行电流过高

运行规程对三相电流的控制有两个指标，一是不超过额定电流的30%，二是三相不平衡电流不应超过±5%。

（4）电容器的绝缘变化

电容器自身的介质损耗及其它发热元件引起本体温升，而温升又会反过来加大介质损耗，是一种恶性循环。

（5）电抗器的运行工况

电抗器匝间短路对运行电流及电容器端电压无明显影响，过流、速断、差压、不平衡电压、不平衡电流保护均不起作用，是电容器保护的死区。

（6）运行温度过高

温度过高导致tgδ迅速增加，降低介质的击穿强度。技术监督规程把室温超过35℃列入三级报警，超过40℃列入二极报警，当采取降温措施无效时电容器应退出运行。

（7）电容器投切瞬间工况

电容器在投入时会出现涌流，合闸弹跳及分闸重燃会在电容器端产生较高的过电压。

（8）高次谐波引起过电流

电容器正常运行时不希望电流中含有高次谐波，因此选择了不同电抗率的电抗器，以减弱谐波电流对电容器的侵袭；少量熔丝熔断后，电容器虽然可以照样运行，但有一个副作用，就是电抗率向减少方向发生漂移，有可能使限制的谐波电流进入放大的频率范围。电力电容器对谐波电流有一定的承受能力，规程把谐波电流含量统一纳入到1.3倍的额定电流之内。

（9）放电线圈运行工况

放电线圈除具有电容器放电功能之外，还向保护提供不平衡电压。

6 提升措施

高压并联电力电容器作为一种极为重要的无功电源，对于改善电力系统的结构、提高功率因数、改善电压质量、降低线路损耗起着重要的作用，在各种电压等级的变电站中得到了广泛的应用。因此对电力电容器运行状况进行在线监测是一种防止电力电容器发生事故的有效途径。系统运行时连续监测并存储高压并联电容器的运行工况，包括电容器运行电压、运行电流、电容量、介质损耗、绝缘状况、高次谐波、环境温湿度、投切次数及状态（涌流及重燃录波）、运行时间等数据。当电容器出现电压越限、电流越限、谐波超标、熔丝熔断、电容量变化越限、电抗器匝间短路、绝缘降低、室内超温等情况时启动录波并发出报警信号。

（1）传感器技术：根据现场电容器的实际容量、接线方式、安装方式等设计高精度电流、电压传感器，高精度的信号转换是电容器在线监测的基础。

（2）硬件技术：高压并联电容器在实际运行中，绝缘性能并不是瞬间变化的，故障都是经过长期缓慢的变化才形成的。系统的高配置部件是为了能够更加精确的采集电容器的运行数据。

（3）软件算法的实现：装置只采集高压电容器运行电流、电压、温度和湿度，需要经过一系列复杂的软件算法计算谐波电流、谐波电压、电容量、介质损耗因数、绝缘电阻、有功损耗等值，这些软件算法是实现电容器在线监测的软件基础。

（4）后台监控系统的设计：后台监控系统实现高压并联电容器的远方监控，可以在远方监控电容器的运行工况，分析运行状态，作为一个方便的人机界面，为电容器在线监测系统的应用提供了简便的操作平台。

（5）实时通信功能的实现：为了实现后台和装置的数据共享，在线监测装置提供三种通讯方式的实现，分别为RS485、以太网和GPRS无线通讯。这三种通讯方式可以满足现场数据传输的需要，实时将电容器的运行状况传输至不同地点的后台监控系统上。

结语

本文主要阐述高压电容器的研究现状，典型案例，存在的问题，原因分析和提升措施。并研制出了一套KZ160E高压电容器在线监测系统。

参考文献

[1]党晓强，刘念，蒋浩.电力系统中高压电容设备在线检测的研究[J].电工技术杂志，2003（10）.

[2]续利华.电力电容器常见故障的原因分析及相应处理[J].电力学报，2001（02）.

高压电容器篇3

【关键词】高压电容器 无线传输 自动放电 检测装置

1引言

在电力系统中，根据《电力设备预防性试验规程（CSG114002-2011）》规定，必须按期对高压并联电容器进行一一放电和电容量测试，接线、拆线频繁。该装置研制成功后，无需拆除电容器与放电线圈连线，提高电容器测试工作的效率，避免工作人员恢复接线时误接线带来的设备安全隐患，降低测试安全风险，而且测试过程直接采用无线传输方式进行电容量的测量，操作安全性更高，以解决现有技术中存在的问题。

2高压电容器无线线自动放电检测装置简介

1.高压电容器无线传输自动放电检测装置结构

高压电容器无线传输自动放电检测装置结构原理图如图1所示，主要由1-检测箱，2-无线钳形电流表，3-无线信号接收模块，4-显示屏，5-验电监测按钮，6-放电监测按钮，7-全自动测量按钮，8-残压监测按钮，9-电容测试按钮，10-切换按钮，11-复位按钮，12-红色电压输出线，13-黑色电压输出线，14-电源开关按钮，15-接地螺栓，16-接地线，17-红夹子，18-黑夹子，19-高压电容器。

一种高压电容器无线传输自动放电检测装置，包括检测箱1和无线钳形电流表2，检测箱1上设置有用于接收无线钳形电流表2电流的无线信号接收模块3，无线信号接收模块3连接到控制器，控制器上连接有设置在检测箱1前侧面的显示屏4和功能按钮，功能按钮包括验电监测按钮5、放电监测按钮6、全自动测量按钮7、残压监测按钮8、电容测试按钮9、切换按钮10和复位按钮11，检测箱1上还设置有连接高压电容器19的红色电压输出线12和黑色电压输出线13以及接地螺栓15，验电监测按钮5用于控制控制器上连接的验电检测模块的检测通断，放电监测按钮6用于控制控制器上放电监测模块的检测通断，全自动测量按钮7用于验电检测模块、放电监测模块、残压检测模块和电容测试模块的同时通断，残压监测按钮8用于控制控制器上连接的残压监测模块的检测通断，电容测试按钮9用于控制控制器上连接的电容测试模块的检测通断，切换按钮用于不同监测模块间的直接切换，复位按钮用于监测后屏幕数据的清零。

监测时，通过验电监测模块测试高压电容器带电电压大小，然后通过放电监测模块中的放电电阻进行电容器智能放电，之后通过残压监测模块再对高压电容器进行残压监测，也可直接通过全自动测量按钮实现各个模块的测试，将测试的相关参数直接显示到显示屏上。

2.高压电容器无线传输自动放电检测装置工作原理

无线传输测试电容量：通过检测箱上的红色电压输出线12和黑色电压输出线13连接到高压电容器的两极上供给电压，并通过无线传输钳形电流表安装在高压电容器的正极上进行电流测试，通过电压大小和电流大小就可以计算出高压电容器的电容量大小，无需拆除电容器与放电线圈连线情况下进行高压电容器电容量的测量。

同时还可以实现其他功能，如验电、放电、电容残压测量，音响报警等功能。

只需将操作箱上的切换开关切换至相应测试档位，即可对电容器进行验电、放电、电容残压测量。

放电完毕，声光指示停止，告知试验人员放电已完毕。通过放电监测回路的残余电压指示值，确认放电完毕。

该装置的验电监测装置，通过切换开关并切换到“经电阻放电”位置时，具有声光报警功能。当切换开关切换到“直接放电”位置时，无报警，完成对电容器极间和极对地放电。

该装置可用于实现电容器残余电压的监测及显示同时用于实现电容器的电容量测量，实现验电、放电、残压测量、电容量测试的智能放电功能，实现电阻放电和直接放电智能切换；

3结语

本装置研制成功后，对电力行业有着重大意义，解决了测量中由于各个检测装置分散独立，需要人工反复接线更换检测装置，工作量大，带来误接线的安全隐患的风险，人机功效低，长时间检测，人工需要多次更换检测装置，操作人员容易遗忘检测内容，使后继操作存在触电风险，影响人身和设备安全的问题。

参考文献：

高压电容器篇4

随着电力、电子技术的普及和提高，高频脉冲电容器、直流高压电容器、高压并联电容器等特种电容器的需求量越来越大。其用途主要有以下几个方面。，全国公务员公同的天地

．高压并联电容器：该电容器是为输压、变压线路使用的高压开关柜专门配套的高压电力电容，以改善线路功率因素为目的。

．高频脉冲电容器：该电容器功能是利用电容器储存的能量产生脉冲大电流。主要用于电磁加速器、核聚变、脉冲激光电源等性能试验装置。

．直流高压电容器：该电容器主要在高电压大容量电压换流电源中作滤波电容器用。

二、国外、国内高压金属化薄膜电容器的发展状况及市场状况

近几年来，国外一些厂家开发、研制出的该类型电容器已形成批量生产和投放市场使用。而我国虽然有众多的电容器生产厂家，但该类型的电容器在生产方面还刚刚起步，其品质也无法与国外一些厂家生产的产品进行比较，其品质差别和市场占有率主要如下；

．国外该类型电容器的发展及市场状况：现在国外具有先进水平的生产厂家有、、等公司，这些公司生产的电容器主要特点是在恒定容量和恒定电压下，其尺寸和重量均为国产的一半，其使用寿命确保在年以上。现公司已开发、研制出万伏高压并联电容器并投入使用，现占领国内市场。

．国内该类型电容器的发展及市场状况：现在国内的生产家生产的同类型电容器产品其尺寸和重量均比国外的产品要大得多和重得多，其使用寿命在年到年之间。到万伏的高压并联电容器还在研制中，未能进行批量生产并投入使用。

三、投产电容器的目的及项目：

．投产目的：为了满足国外、国内市场对具有高电压、大电流负载承受能力、高安全性的金属化薄膜高电压电容器越来越大的市场需求，对该类型的电容器的开发、研制和对现有电容器生产设备及工艺技术的改造也势在必行。针对此现像，公司经研究自身在国际上的销售网络优势，决定出资引进国外先进设备，以满足国外、国内市场对该类型电容器越来越大的需求，填补国内空白、不足之处。

．电容器项目及其用途如下：

高电压并联电容器：该电容器是为到万伏输压、变压线路使用的高压开关柜专门配套的高压电力电容，全世界需求量非常大。我国在此方面尚属空白。如：中国的三峡工程、平顶山，沈阳和西安高压开关厂为万伏输压、变压线路项目配套的开关柜采用电容全部从国外进口。

小型化高频脉冲电容器及直流高压电容器：可用于电磁加速器、核聚变脉冲激光电源等性能试验装置及冲击电压、电流发生装置。

四、高压金属化薄膜电容器投产后市场预测：

因国内对金属化薄膜高电压并联电容器、高频脉冲电容器、直流高压电容器的需求量越来越大且其现在供给状况为全部依靠进口，故如该类型产品在国内生产，将具备很强的市场竞争力。其市场销售预测为：

高电压并联电容器：现国内为万伏输变线项目配套采用该电容全部从国外进口。预计我公司产品推出市场后年到年内将占领国内一定的份额。

．高频脉冲电容器、直流高压电容器现国内电力机车配套采用该电容全部从国外进口。预计我公司产品推出市场后年到年内将占领国内一定的份额。

五、投产所需引进的全自动卷绕机设备及其技术要求

．金属化薄膜高压并联电容器、高频脉冲电容器、直流高压电容器因其使用强场非常高，承受的冲击电流非常大，所以对电容器的耐电压强度、电晕起始电压特性要求非常高，因此电容器元件在卷制过程中应尽可能保持恒张力和尽可能避免膜层间有空隙和皱纹产生。

高压电容器篇5

关键词：SF6断路器 电场 数值分析

1　引言

在高压电器设备的绝缘设计和分析中，数值计算已经成为不可缺少的重要环节，绝缘设计分析的大部分工作是以电场数值计算为基础而进行的。电场数值计算对于分析高压SF6断路器灭弧室内部的绝缘状况、对各部分结构参数进行优化设计进而改善断路器的介质恢复特性有着重要意义。模拟电荷法以其方法简便、实用性强等特点而被广泛应用于电场计算。基于此，本文应用模拟电荷法对高压SF6断路器内的三维电场进行了数值计算。计算结构如图1、图2所示，其计算场域是一复杂的三维区域。在实际计算中，考虑了动触头、静触头、喷口及屏蔽罩的存在，尤其是分析了并联电容器组对其内部电场分布的影响，得到了有无并联电容器组时的断路器内部不同截面电场分布图，为与此相关的高压断路器的进一步设计开发提供理论依据和计算工具。

2　断路器三维计算场域图及边界条件处理

本文分析的超高压SF6断路器，在动、静触头旁有并联电阻，为了能改善触头附近的电场分布，除在动、静触头两侧分别装设大、小屏蔽罩外，在触头两旁还装设并联电容装置。因此，这种电场分析不能采用传统的认为是一个轴对称场计算问题的分析方法，而应该是一个真正的三维电场的计算问题。

由于计算结构的对称性，图3所示为断路器断口附近实际计算场域的1／4部分。在电场计算中取静触头及连接件为高电位，电压为1000V，动触头及金属连接件为低电位，电位值为0V。

3　模拟电荷法的计算原理与应用

模拟电荷法是根据静电场的唯一性定理，在电极内部放置若干个假想的离散电荷，使其共同作用的结果满足给定的电极和介质表面的边界条件，则这一组电荷所产生的场即为满足一定精度的实际电场，进而可求得计算场域中各点的场值。在计算中模拟电荷的种类、数目及与电极表面匹配点之间的匹配关系将直接影响到计算量的大小和计算结果的精确度。模拟电荷法以往主要用于对形状比较简单、规则的形体进行电场的计算分析。对于计算断路器这样复杂的三维场域，采用模拟电荷法尚未见报导，需要做大量的研究工作，其模拟电荷的分布规律、不同形体的位置处理、电荷量的大小等等是一个统筹的优化问题。一般的模拟电荷法计算，是在导体内部设置N个模拟电荷，在边界表面取M（M≥N）个匹配点。这些匹配点的电位φ1，φ2，…，φm为电极表面电位。它们是由N个模拟电荷共同作用而产生的，即

式中　P为系数矩阵；φ为电位矢量；Q为待求模拟电荷矢量。

根据断路器具体结构，本文采用能较好地反映复杂形体变化的点电荷来模拟实际边界的作用进行电场求解，为方便计算，采用坐标变换技术将局部坐

标转换为全局坐标，点电荷的电位系数和电场系数推导如下：设任一模拟点电荷Qj位于（x0，y0，z0），则空间中任一点（x，y，z）的电位为

由此可得单一模拟点电荷的电位系数为

从式（4）可得单一模拟点电荷的电场强度系数

4　模拟电荷法的应用

4．1　前处理

模拟电荷法的计算精度与模拟电荷和电极表面轮廓点的布置有着密切的关系，选择合适的布置方案显得尤为重要。通常，由于轮廓点是在电极表面，所以应首先确定轮廓点的位置，轮廓点的布置应尽可能逼真地模拟电极的真实形状，然后再按一定方式确定模拟电荷的位置。在计算区域内，对于较关心部位和电场变化比较剧烈处，轮廓点布置应较密些，其它部位可较疏些。根据计算经验，轮廓点也并不是布置得越密越好，关键是要适当。应注意在同一部件上，轮廓点密度应均匀配置，否则在局部会引起电位系数贡献较大，而且在不圆滑部位的凸起和凹下处（即电场奇异点处），不宜布置轮廓点。而模拟电荷的布置较轮廓点来说更有自由度，但要选取较好的布置方式需一定的经验和进行优化计算。

本文的计算结构，同轴圆柱体有2个端面和1个侧面，对于极间电场来说，端面的影响较大。本文最初在进行端面轮廓点和模拟点配置时，用均匀分布在几个同心圆周上的点来表示（见图5（a）），外层表示在端面上取7条半径呈等差数列的同心圆，每个圆上取8个轮廓点，内层为与之相对应的模拟电荷点。由于轮廓点集中于某几条半径上，而其它方向上的轮廓点较少，对电位系数贡献也小，这种缺陷不适宜用增大每个圆周上轮廓点的个数来弥补。计算结果表明，这种配置方式不佳。通过大量计算分析，对端面的模拟，本文最终采用如图5（b）所示的配置方式，在圆内使之呈矩形分布，相应的模拟电荷点也如此布置。

轮廓点与模拟电荷点相互位置的确定对于电场计算的结果也有较大影响，如图6所示，对于端面来说，模拟电荷点所在面与轮廓点所在面的间距为a，而轮廓点所在面上相邻两点的最大距离为b，令BS1＝a／b。对于侧面来说，模拟电荷距与其对应的轮廓点的距离为R－r，两层电荷的间距为DD，BS2＝（R－r）／DD，需根据实际情况在1．0～1．5之间合理选取BS1和BS2的值。

4．2　坐标变换

在模拟电荷法的应用中，为便于求得模拟点、轮廓点及计算点的坐标，本文采用坐标变换处理。

T为一圆柱体，平面X1 Z1与平面XZ的夹角为α，图7中的任意一点A在坐标系XYZ和X1Y1Z1下的坐标（X，Y，Z）和（X1，Y1，Z1）有以下关系：

任意场点在坐标系XYZ下的坐标（x，y，z）用式（6）即可将在坐标系X1Y1Z1下的点坐标变换到整体坐标系XYZ下。

5　断路器内三维电场计算结果及分析

5．1　有、无并联电容器组时在x＝0截面处的电场

图8（a）、（b）分别为有无并联电容器组作用时x＝0截面处的电场分布图。从图8可见，由于并联电容器组的作用使得该区域的电场分布与无并联电容器组时的电场分布明显不同，从整体上改善了电场的均匀度。因为断路器采用了同轴圆柱体结构，并且在直径较小或具有尖角的部位，如触头和喷口等处都加上了屏蔽罩，因而使得全场域电场分布比较均匀，在静触头端大罩附近、静触头端小罩附近以及动静触头之间的区域的电场强度值较大。由此可见。高电位静触头一侧电场强度较大，而地电位动触头一侧电场强度较小。

5．2　Z为1．0、－1．0、0．25和－0．25处的截面电场

图9（a）（b）分别为动、静触头靠近大罩附近小罩处和断口附近极间的典型截面的电场等位线分布情况。通过对这4个区域的计算结果证实：①在静触头端大罩附近的等位线分布较密，而动触头端大罩附近等位线分布较疏；②由于电容器组的作用，使得所计算区域的电场分布较为均匀；③电位线在靠近罐体侧比在靠近静触头侧要疏。

图10（a）（b）分别为Z＝－1．0和Z＝－0．25截面的等电场强度分布情况。从图中可以看出，靠近静触头大、小罩附近的电场强度较大，场强较大值集中在静触头小罩附近的形体顶角处。

6　结论

（1）本文首次采用模拟电荷法进行SF6高压断路器断口附近复杂三维场域的计算，成功地求得了断路器内部不同位置的电场分布情况，证明了模拟电荷法对于求解复杂场域的计算是可行的。

（2）本文采用的三维模拟电荷法计算电场的应用机理具有通用性，可以适用于其它结构的高压断路器灭弧室等三维电场的计算，而且在该方法的实施过程中，一旦选定了一套能真实地反映电极实际情况的模拟电荷和与之相匹配的位于电极表面的轮廓点，确定模拟电荷的具体量值，不仅可方便地求得断路器内电场的分布情况，而且可以定量分析灭弧室内各结构部件参数对全场域电场分布的影响。

（3）在整个场域中，屏蔽罩和并联电容器组起到了很好的均匀电场的作用。场强较大值位于静触头小罩形体顶角处。

（4）模拟电荷法在具体实施时，对于不同结构来说，模拟电荷的个数、性质、位置和量值对计算结果的精确度有较大的影响，因此计算需以大量计算调整工作为基础，也需较多的经验和技巧。

参考文献：

［1］　河野照哉，宅间董．电场数值计算法．北京：高等教育出版社，

高压电容器篇6

一、干式自愈式高压并联电容器的概述

1.1 干式自愈式高压并联电容器的工作原理

干式自愈式高压并联电容器所用元件为自愈式电容器元件，其介质为单层聚丙烯膜，表面蒸镀了一层很薄（低于1/100um）的金属作为导电电机。当施加电压时聚丙烯膜电弱点被击穿，击穿电流将穿过击穿点。由于导电的金属化镀层的电流密度急剧增大，并使金属化层产生高热，使击穿点周围的金属导体迅速蒸发逸散，形成金属镀层空白区，击穿点自动恢复绝缘。介质膜产生一个非常小的孔洞，直径约几微米，自愈过程消失的金属化镀层面积直径约几毫米。

1.2 干式自愈式高压并联电容器的运行要求

（1）注意运行电压

干式自愈式高压并联电容器额定电压一般取系统额定电压的1.1倍，如果电容器串联了限制谐波放大作用的电抗器（电抗率在6%及以上），由于串联电抗器的作用会造成干式自愈式高压并联电容器运行电压高于母线运行电压。干式自愈式高压并联电容器过电压能力比较差，在1.1倍额定电压每天运行不得超过12h，这种情况下可以选择高一级额定电压产品（如1.2倍系统额定电压产品）。

（2）限制合闸涌流

干式自愈式高压并联电容器的元件采用端部喷金，喷金部位导电能力比较差，研究结果表明高幅值多次冲击容易造成端部接触质量降低，喷金脱落。因此干式自愈式高压并联电容器应采用并联电抗器来限制合闸涌流，不考虑限制谐波放大时，串联1%的电抗器就可以。

（3）夏季通风散热的强化

温度对干式自愈式高压并联电容器的寿命影响很大，干式自愈式高压并联电容器在城市中一般安装于比较狭小的空间，散热和通风条件都比较差，夏季高温季节要特别重视电容器室的通风，必要时可以选择高一级温度类别的产品。

二、一起典型的干式自愈式高压并联电容器事故

2.1 事故的描述

2010年1月15日，南京某公司35kV变电站内10kV干式自愈式高压并联电容器发生爆炸，导致电容器被烧毁。该35kV变电所有人值班，所烧毁的干式自愈式高压并联电容器于2000年12月投运，当日值班人员在14：30分左右听到放电声就立即进行排查，结果发现10kV干式自愈式高压并联电容器冒烟。此后值班人员立即拉开电容器116开关，拉开开关时电流指示约为120A，保护未动作，由于烧毁的10kV干式自愈式高压并联电容器室为独立房间，因此电容器的爆炸没有对10kV高压开关室造成影响。

2.2 事故的原因分析

南京某公司35kV变电站于1987年正式送电，此次爆炸所使用的干式自愈式高压并联电容器是2000年投运并经过技术改造的，该电容器由***电容器厂制造，型号为：TBB（SH）10-2400/400-B1，额定电流：126A，接线方式：Y-Y，出厂日期：1999年10月。该干式自愈式高压并联电容器保护有：速断，定值590A；过流，定值210A；过电压，定值120V；低电压，定值66V；差流，定值8A；CT变比，200/5A。

发生爆炸时，该干式自愈式高压并联电容器116开关没有跳闸动作，该保护于2009年4月校验，现场检测116开关均能在定值内正确动作。为了准确分析导致干式自愈式高压并联电容器发生爆炸的原因，技术人员认真查找相关资料和请教其他技术人员，最后认为导致此次爆炸事故发生的原因为：自愈式高压并联电容器的元件是多串段构成，元件的某一段失效并不会引起大的电流变化，当发生故障时故障点周围的金属层将被蒸发，故障点的等效电阻取决于炭化通道和弧道电阻，可以从几十到数千Ω，故障点的电流值远小于非自愈式击穿点的电流，故障电流很有可能不被发现而造成事故。在多串段元件某一段失效的情况下，无论是过度过程电流、电压还是稳态电流、电压变化都不大，很难判断元件是否处于故障状态。

2.3 事故的防范对策

在认真分析此次干式自愈式高压并联电容器爆炸发生原因的基础上，技术人员认为，要避免此类爆炸事故的再次发生，必须重点做好如下方面的工作：

第一，用电检查人员应认真做好高压电容器投运前的设备验收，设备必须经过型式试验和省级以上技术鉴定，验收检查时特别注意接线的正确性和保护熔丝的布置方式。

第二，客户变电站电气值班人员应对高压电容器加强运行监视，严格控制电容器的运行电压和电流，防止电容器出现超过最高允许电压、允许过电流运行。

第三，客户变电站电气值班人员应对电容器室的散热和通风条件进行检查，确保电容器室保持良好的通风条件。变电所可以在电容器室内安装排风设备，留设进风口和出风口，确保室内通风良好，防止室内温度过高而影响高压电容器的正常使用和寿命。

第四，客户变电所运维人员要认真检查高压电容器的连接处是否牢固，一旦出现松动现象要立即处理；强化高压电容器的检查和维护，利用红外测温仪等先进设备对电容器、连接点等处的温度进行测量，避免因熔断器过热而造成误动。

第五，客户变电所电气值班人员一旦发现高压电容器发生爆炸事故，要立即切断高压电容器和电网的连接。通常高压电容器内，每个电容元件上都串有一个熔丝来作为高压电容器的内部短路保护。某些高压电容器设有放电电阻，当高压电容器和电网断开后，通过放电电阻放电，通常在10min后高压电容器的残压就可以降低到75kV以下。

第六，按有关资料显示，在2000年左右由于电容器制造厂家的制造水平和产品质量等原因，市场上此类电容器产品合格率不高，根据江苏省电力公司苏电生[2000]48号文“关于慎用干式自愈式高压并联电容器的通知”精神，请客户认真吸取事故教训，抓紧整改。同时要求用电检查员对其他客户开展排查和此类隐患治理。

第七，督促客户加强电容器的巡视和检查，重视电容器渗漏油、鼓肚、熔丝熔断、爆裂等隐患缺陷处理，避免电容器带伤运行，有问题尽早整改，防范事故发生。以漏油事故为例，其处理方法如下：采用正确的搬运方法，认真进行检查，一旦发现裂纹要立即更换设备；加强对高压电容器的巡视和检查，发现油漆剥落要及时修补；运行过程中，重视高压电容器温度的调节。

三、小结

干式自愈式高压并联电容器作为电力系统的无功电源之一，能够有效提高电网的功率因素，因此其安全和可靠运行是电网提供经济且优质电能的重要保障。本文以一起典型的干式自愈式高压并联电容器爆炸事故为例，对事故发生的原因进行了深入探讨，并针对性提出了几点预防此类事故再次发生的建议，以期为促进干式自愈式高压并联电容器的稳定运行，提供一些有益的参考和借鉴。

参考文献

[1]芮静康.常见电气故障诊断与维修[M].机械工业出版社，2010.

[2]谭渡渡，谭晓天.10kV并联电容器电压保护二次回路接线分析比较[J].湖南电力，2003，23（6）.

（作者单位：江苏省电力公司南京供电公司）

高压电容器篇7

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.

高压电容器篇8

关键词：配电网；无功补偿；电容器

1 引言

近年来，无功补偿装置被大量使用。无功补偿装置为满足自动跟踪、实时补偿的要求，不可避免地要频繁投、切无功补偿电容器组。目前，无功补偿成套装置主要采用真空断路器分组投、切电容器组的运行方式，以满足系统功率因数维持在高水平的要求。电容器组的投、切压冲击，引起电容器损操坏作，就会产生过电流与过电当断路器将电容器组合闸到电源母线时，将会产生合闸涌流，致使电容器的绝缘受到冲击；当断路器分闸，将电容器组退出系统运行时，由于断路器的重燃，会产生操作过电压，造成电容器绝缘的击穿，甚至发生电容器爆炸事故；此外，当电容器组投入运行时，由于系统中的谐波影响，也会引起补偿电容器与系统电抗形成高频谐振，产生高次谐波谐振过电压，对系统与电容器绝缘造成危害。

2 无功补偿电容器组操作过电压与过电流的仿真计算

2.1 仿真计算的等值模型

我们以广西南宁、玉林地区几个变电站的无功补偿电容器组为研究对象，单组电容器组补偿容量为3 000～12 000 kvar，为了限制电容器组合闸涌流，各电容器组串联了限流电抗：器。变电站无功补偿电容器组等值接线如图l所示。l0 kV系统单组电容器投、切等值电路图如图2所示。

2.2 合闸操作无功补偿电容器组产生过电流、过电压的分析

以广西锡山变为例，运用ATP―EMTP软件分别对影响电容器合闸涌流的相关因素进行仿真计算，仿真计算的等值电路如图3所示。

仿真计算的结果表明：

①当合闸相角为90。时，流过电容器的合闸涌流及过电压最大；当合闸相角为0。时，流过电容器的合闸涌流及过电压也最小；

②合闸过程在电容器上产生的最大过电压随串联电抗器的电抗值增加而增大；

③对于串联有一定比例的电抗的电容器组而言，合闸涌流随电容器容量的增大而增加，基本呈线性关系增长；

④对于追加投的电容器组的情况，由于有串联电抗器的限流作用，不会产生过大的涌流，其最大值与单组电容器组投人时略有增大。追加投人的电容器组将影响正常工作的电容器组，使其出现暂态振荡电流。

2.3 分闸操作无功补偿电容器组产生重燃过电压的分析

仿真计算结果表明：

①在三相电容器理想开断的情况下，电容器极问最大电压为1.366 U、；中性点最大电压约为0.5U；电容器最大首端电压约为1.5 U；正常开断电容器组并不产生有损设备安全的过电压。

②如发生单相重燃，当首开相单相重燃发生在其他两相熄弧前，三相断开后，重燃相电压较低，其他两相极问电压均高于其稳态运行电压，重燃越接近0.005 S时，其他两相产生的过电压也越高。若在此基础上发生两相重燃，则将在重燃两相上产生更高的极间过电压。若首开相单相重燃发生在其他两相电弧过零开断后，重燃电路通过中性点杂散电容形成回路，其重燃电流很小，振荡频率很高，不需加以限制。由理论分析知，在中性点杂散电容上将产生过电压，且当断口电压最大时重燃，中性点过电压最高。

③如发生两相重燃，当第一次两相重燃发生在0.02 S，此后间隔0.O1 S继续发生二次、三次重燃时，重燃相极间将出现最大过电压，这就是两相重燃最严重的情况。

④如发生三相重燃，当第一次三相重燃发生在0.022 S.此后间隔0.Ol S继续发生二次、三次三相重燃时，A相极间出现的过电压最高，B和C两相极间均出现过电压，这是三相重燃最严重的情况。

3 系统谐波对无功补偿电容器组的影响

电力系统中的负载大多数为感性元件，当与其他电容（如补偿电容器）组成并联或串联回路时，在不同的频率谐波电源作用下，呈现出不同的阻抗性质和数值，可能发生谐波放大或谐振，使系统电压、电流波形发生严重的畸变，影响系统正常运行。在配电网中，系统的谐波谐振主要是由于并联补偿电容器引起的。如发生谐波放大或谐振，将使系统电压和电流谐波含量超标，电容器也可能因过电压、过电流损坏。谐波源一般以电流源为主，简化单相系统等值接线电路如图4所示。

图4 简化单相系统等值接线电路图

谐波电流源为In，Xc为电容器组基波容抗，xL为串联电抗器的基波感抗，次谐波容抗和电抗分别为Xc/n和"xL。系统等值基波阻抗zs= Rs+jXs。若忽略回路电阻，由等值电路可知系统侧电容器支路的谐波电流分别为：

由以上两式对城西变、锡山变、车河变、长望变、良村变的谐波电流进行仿真计算。

4 限制无功补偿电容器组过电压与过电流的新方法

4.1 限制合闸涌流对限流电抗器的配置要求

为了限制电容器合闸涌流，现场目前主要采用串联限流电抗器。从仿真计算结果可知，合闸涌流随串联电抗器的电抗值增加而减小。无电抗器时，涌流为电容器组额定电流的10多倍，串联3% ～9%电抗器时可以将合闸涌流限制到额定电流5倍左右；串联12%以上电抗器时，合闸涌流的大小与串联9%电抗器时的涌流大小相差不多，其限制涌流的效果并未随电抗器电抗值的增加而提高，而呈现饱和效应。串联电抗器的电抗值越大，合闸操作电容器组时的过电压越高，稳态运行的电压也将升高，这将加速电容器组的绝缘老化，缩短使用寿命。而且串联电抗器电抗值越大，补偿电容器组实际提供的补偿容量减小，使电容器组无功补偿效率降低。从降低合闸涌流的角度看，限流电抗器的电抗值应取较大值；从降低合闸过电压的角度看，限流电抗器电抗值应取较小值，综合考虑限制合闸涌流及过电压的要求，取5%-7%电感较为合适，系统中主要采用6%电抗器，可以将合闸涌流限制到电容器组安全运行的范围内。

4.2 降低断路器断口恢复电压对限流电抗器的配置要求

分闸操作无功补偿电容器组时，当断路器断口恢复电压大于断路器介质恢复强度时，就会发生断路器重燃。因此，降低断路器恢复电压，可以减少断路器发生重燃的概率。断路器恢复电压最大值，由断路器开断后电容器组的电压和电源电压幅值决定。若断路器在电弧过零时开断，则电容器组电压为其稳态运行电压的幅值，该值随串联电抗器的电抗值增加而增大。为了降低断路器恢复电压应降低电容器组电压，这就要求串联电抗器取小电抗值。

4.3 限制电容器组谐波放大对限流电抗器的配置要求

由无功补偿电容器组对系统谐波放大分析和计算可知，在某次谐波电流源作用下，注入电容器组和系统的谐波电流将显著增大，出现谐波放大现象。

用公式（1）和（2）计算谐波电流。

由式（1）、（2）可知，只要满足nXL一Xc/n>0，即在n次谐波下串联电抗器与补偿电容器组的阻抗呈感性，就能满足， 此时将不会出现谐波电流放大现象。由该条件计算可得，串联6%电抗器的电容器组对5次以上谐波不会出现谐波电流放大情况；串联12%电抗器的电容器组对3次以上谐波不会出现谐波电流放大情况。某些系统采用12%电抗器的主要目的，也是为了防止3次谐波电流放大现象的发生。通过对各站谐波电流的计算，可知当无功补偿电容器组串联12%电抗器时，可完全抑制对各次谐波电流的放大。

4.4 新型可调制串联电抗器

目前，无功补偿电容器组主要采用固定电抗值的电抗器，但这不能同时满足以上各种情况对电抗器的要求。例如：串联12%电抗器虽然能抑制谐波电流放大，但会引起电容器组投入时出现较高极间过电压，提高电容器组稳态运行电压，降低无功补偿效果，并使分闸操作电容器组时，断路器的恢复电压升高，增大发生重燃过电压的概率；若串联较小电抗值的电抗器，虽可以避免上述问题的发生，但不能较好的限制合闸涌流，而且可能引起谐波电流放大。如果采用可调电抗器，根据不同情况调节限流电抗器的电抗值，就能满足不同情况下保证电容器安全运行的要求，既能限制合闸涌流，又能抑制谐波放大，亦可减少断路器发生重燃的概率，减小电容器组的：作电压，降低过电压。

5 无功补偿电容器组现场投切试验

长望变电站是玉林供电局无功补偿电容器组数较多、容量较大的变电站，且在运行中曾多次发生过补偿电容器损坏事故。为了弄清原因，我们在现场进行补偿电容器组的投切试验和过电压、过电流、谐波的在线监测，从而研究分析无功补偿电容器组损坏的原因，提出合理的解决问题措施，以确保系统的安全运行。我们用该项目研制的过电压在线监测装置对信号进行测量，同时也采用中国电科院研制的便携式波形记录仪进行测量。由于试验的条件限制，电容器只能投入3组。从测量的结果来看，合闸涌流的倍数比较高，最高达4.62倍，在这样高倍数的涌流下有可能会威胁电容器的使用寿命。而产生过电压的倍数最高为第二次投入3号电容器时的过电压，达到1.83倍。这样高的过电压也有可能会威胁电容器的绝缘。上述的试验结果和仿真计算的结果相吻合。

高压电容器篇9

【关键词】功率因数校正 降压输出型 高压输出型

1 问题的提出

目前，典型的降压型（BUCK）功率因数校正器对功率的提高还不能令人满意，虽然高压输出型（BOOST）功率因数校正器已在各种用电设备上获得广泛的应用，但是由于输出电压高，使得某些应用领域制造成本加大、产品可靠性降低。譬如，为荧光灯、高压纳灯等照明光源配套使用的电子镇流器就是如此。40瓦的荧光灯和高压纳灯的工作电压约100伏，如能使功率因数校正器的输出电压为200伏左右，就可降低电子镇流器上开关管电压应力，省掉开关变压器、减小降压电感的体积、容量，使产品的材料成本和生产成本大为降低。同时可靠性、耐用性、效率等性能指标会明显提高。再者，日本、美国等发达国家的市电电压约为110伏，我们对其先进产品的消化只能是方法上的模拟，也就是对其先进产品的电路参数，器件性能参数要重新设计，费事费力，事位功半，往往制造出的产品在性能上还有所下降。如能设计出输出电压为200V而成本又低的高功率因数校正器，我们对其先进产品的消化吸收就能从方法上的模拟变为形体上的仿真，为我们多快好省的研制出先进的电源产品提供了条件。这主是我们要研制降压型高功率因数校正器的目的。

2 降压型功率因数校正器

2.1 单管降压型高功率因数校正器电路

2.1.1 电路组成

单管降压型高功率因数校正器由升压型（BOOST）功率因数校正器电路和降压转换电路组成，其电路图如图1-1所示。在图1-1中，由开关管V1、电感器L1、二极管D1-5、D8、电容器C1、Co组成升压电路；由开关管V1、二级管D6-8、电感器L2、电容器C1、Co组成降压电路。

2.1.2 电路工作过程

设该功率因数校正器的输出电压Vo约为市电峰值电压的二分之一，即Vo≤200伏。当开关管V1工作时，在提高了功率因数便市电电压、电流波形保持一致的同时，所功率因数校正器的高压输出（Vi+Vo）变成降压。具体变换过程是：

当开关管V1在开关信号作用下导通时，电容器C1上的能量通过二极管D7、电感器L2、电容器Co、二级管D6及开关管V1级成的供电回路将电容器C1上存储的能量传输给输出电容器Co；当开关管V1在截止时，电感器L2存储的能量通过输出电容器Co、二级管D7、D8组成的续流供电回路传输给输出电容器Co；同时，电感器L1中存储的能量约有二分之一直接传输给输出电容器Co，实现了高效传输。到此该电器完成了一个工作周期，实现了高效功率因数和降压输出功能。

2.1.3 电路的设计

设该功率因数校正器中的升压电感器L1和储能电感器L2的设计完全和升压型功率因数校正器中的设计及降压型开关电源中储能电感的设计一样，不再叙述。

2.1.4 电路的优点

该电路的优点是简单方面的实现了降压高功率因数输出。与传统的BUCK电路相比，实现了输入电流的连续，减小了电磁干扰，方便了后级开关电源的设计，该电路可以广泛的应用在电子镇流器、家电、办公自动化等中小功率用电设备中。该电路根据不同需要还可以派生出图1-2、图1-3、图1-4三种电路，其工作过程不再叙述。如在图中a、b两点加入D9，会提高电路效率。

2.2 准单管降压型高功率因数校正器电路

2.2.1 电路的组成

准单管降压型高功率因数校正器电路由升压型（BOOST）功率因数矫正器电路、降压型（BUCK）功率因数矫正器电路和降压转换电路三部分组成。其电路图如图2-1所示。在图2-1中，由开关管V1、二极管D1～5、D7、电感器L1、电容器C1、Co组成升压电路；由开关管V2、电感器L1、二极管D1～5、电容器Co组成降压电路（在开关管V2导通时），由开关管V2、电感器L2、二极管D6、电容器C1、Co组成在开关管V2导通时向输出端供电的回路；由电感器L2、二极管D6、D7及电容器Co组成在开关管V2截止时向输出端续流供电回路。

2.2.2 电路工作过程

该电路的工作过程有二种模式，即当市电电压小于或等于输出电压前后，开关管V1、V2同时导通或截止为第二种工作模式。本文只对第一种工作模式进行说明。

设该电路的输出电压Vo约为市电峰值电压的二分之一，即Vo≤200伏。在市电电压Vi≤Vo前后，开关管V1、V2同时导通或截止，由开关管V1实现升压型功率因数校正器的功能，开关管V2实现把电容器C1的能量传输给输出电容器Co，完成降压转换功能。在市电电压Vi≥Vo时，开关管V1截止主开关管V2工作，V2导通时，由开关管V2、电感L1、一极管D1～5、电容器Co组成的降压功率因数校正电路把输入电流直接传送给电容器Co；同时还把电容器C1上能量通过与电容器Co、电感器L2、二极管D6组成的供电回路传送给输出电容器Co；开关管V2截止时，该电路由降压型工作模式变为升压型工作模式，使输入电流连续向输出电容Co供电。同时电感器L2中存储的能量通过与二极管D6、D7、电容器Co组成的续流供电回路向输出电容器Co供电。到此该电路完成了一个工作周期，实现了降压转换功能。

2.2.3 电路的优点

该电路的优点是使用一个主开关管实现了降压输出。且功率因数高，而主开关管承受的电压应力约为市电电压峰值的一半，且使得市电输入电流连续，电磁干扰小，效率高、成本低。可广泛应用于空调、电磁炉、微波炉、通信电源、逆变焊机等中大功率电源设备中。该电路根据不同需要还可以派生出图2-2、图2-3、图2-4三种电路，其工作过程不再叙述。如在图a、b两点加入D8，会提高电路效率。

3 结论

本文所提出的降压型高功率因数校正器电路简单、控制容易，减小开关器件的电压应力，功耗小，降低了用电设备成本，提高了可靠性。在输入电流连续的前提下，实现了降压输出，减少对电网的污染。而且为更好的消化吸收赶超国外的先进产品提供了有力的支持。随着电源技术的进步国内外都把减少用电设备对电网的污染、净化电网提出了更高的要求，为了减少入世后国外先进电源产品对我国电源市场的冲击，我们必须加大力度协作攻关，研制出具有自己特色的高功率因数校正器。去抢占这个极具潜力的电源大市场。

高压电容器篇10

【关键词】 工作原理现场鉴定电容式电压互感器

1 引言

随着电容式电压互感器(简称CVT)技术的日益成熟和电力系统电压等级的不断增加、升高,电容式电压互感器的成本价格比较低,绝缘强度等级高,可以兼作线路高频保护的藕合电容或载波通讯等特点,因此在电容式电压互感器的供应上普遍推广和使用110kV及以上高压电力系统的电能计量装置。依据《电力互感器》(JJG1021-2007)的检定规程要求,每四年必须对电容式互感器进行现场周期检定。对电容式电压互感器的检定,如果采用传统的方式,可能要有很高的试验电源容量,而现场不易做到。因此采用由被试电压互感器与串联电抗器组成并联谐振电路进行工作,可以降低了所需电源的容量,也能够满足检定要求。

2 电容式电压互感器(CVT)的工作原理

电磁单元和电容分压器是电容式电压互感器(CVT)的主要组成部分。在电容分压原理中,中压电容C2(分压电容)和高压电容C1串联构成分压器,可以把一次测的高压降为中压。

由于C2上的电压容抗很大,因而会随着负荷的变化而发生剧烈变化,在变化中出现的误差将无法满足精度要求。由此有必要在C2的分压回路中串联一个电抗器L,通过这种方式使与电容产生串联谐振,以补偿容性内阻压降。如果能够恰当的配合,在电容上产生的压降与电感上产生的压降负荷电流大小相等,方向相反,使电容分压器输出的电压稳定。再次可以通过电磁感应原理,对电磁性式中压变压器T传递进行二次检测。所显示的电容式电压互感器原理。

3 传统检定方法存在的问题

在本文中例举了几种国产的110kV电容式电压互感器,验变压器所需容量和电流的计算值如下:

(1)型,耦合电容为0.01μF,试验变压器升到所需容量为,电源侧输入电压为220V,电源电流为。

(2)型,耦合电容为0.015μF,试验变压器升到时所需容量为

,电源电流为。

(3)型,耦合电容为0.02μF,试验变压器升到时所需容量为

,电源电流为。

通过以上的计算值可以看出,电容式电压互感器试验变压器所需要的容量通常可以达到几十千伏安,而要求的电源电流也在100A以上,在工作现场一本很难找到如此大的容量电源,100A以上的电流也很难提供。在试验时少还要带100VA以上的负载才能进行电压互感器二次测试,这样进一步加重电源负担。即使有大容量的电源,好几百公斤甚至上吨的重量也不易搬运和不易于进行现场试验。电容量的负载过重,会引起电源的稳定性变差,校验设备的稳定性会受到影响,也难以保证电压互感器本身的伏安特性,试验数据的准确性也会受到影响。因此按照现有的条件,检定电容式互感器采用传统电磁式电压互感器的检定方法是很难进行的,必须找到一种电源容量要求较低、稳定性好且易于搬动的试验电源。

4 采用串联谐振升压装置进行现场检定

针对传统检定方法存在的问题,可利用电路并联谐振原理,在被试互感器一次回路接入补偿电抗器,产生感性的无功电流,以补偿容性无功电流,从而减少被试电压互感器所引起的容性电流。要使电路产生并联谐振,电抗器的电感值按下式选择:

,则。

对不同的耦合电容值,电抗器的电感值和感抗为:

能达到以上电感值的电抗器体积和容量都较大,因此可采用多台电抗器串并联的方法进行补偿。武高所KTL40/0.5型可调电抗器,单台容量为,对于电压等级为110kV,电容量小于等于的所有电容式电压互感器,可使用两台电抗器串联的方法,通过调节铁心气隙长度,改变回路电感量L,即能满足所有要求。对现场常用的110kV电容式电压互感器,气隙为32mm,气隙为20mm,气隙为10mm。

应用串联谐振电源升压的优点有:

(1)大大减小所需的容量。有功消耗的部分仅仅由电源系统提供,额定容量为3kVA的励磁变压器就能满足现场的试验要求,电源容量减低了许多。

(2)容量的体积和设备的重量较小,能够容易搬运。可以很灵活的使用电抗器,可以根据电容值自由调节。

(3)输出电压的波形得到了改善,电源稳定性得到了提高。

通过采用此方式,我们在现场对110kV电容式互感器(耦合电容分别为、)进行了检定,试验结果符合规程规定。

5 检定中应注意的问题

(1)要正确的在试验回路上接线,必须可靠地连接地接线,否则会导致试验装置损坏。

(2)在调节电抗器气隙时,先把铁心柱上的螺母松开,用扳手转动调节丝杆,旋转螺母并观察标尺刻度至气隙需要达到的尺寸。气隙调好后,一定要将螺母及调节丝杆固定旋紧方可开始试验,否则在高电压时会发生强烈抖动。

(3)电抗器在调节中,使每一台电抗器的气隙要确保基本相等,否则电压在电抗器上的分布不均会而导致某一台电抗器过压而毁坏。

(4)设置一定高度的电抗器的绝缘底座,避免高电压对地放电。

6 结语

通过现场实际试验和理论分析,证明了采用并联谐振法进行110kV电容式电压互感器现场检定是可行的,能够达到预期的目的,在此后的工作中可以按照此方法开展周期检定。

参考文献: