電力電容器試驗

1、電力電容器試驗Power Capacitors電力電容器的分類和用途電力電容器的分類和用途電力電容器可分為電力電容器和電力電容器裝置兩大類，電力電容器可分為電力電容器和電力電容器裝置兩大類，電力電容器包括：電力電容器包括：并聯(lián)電容器并聯(lián)電容器：用于電力系統(tǒng)中無功補償，補償負荷的感性電流，減小線路損耗， 調(diào)節(jié)無功平衡交流濾波電容器：交流濾波電容器：與濾波電抗器組成濾波回路，濾除系統(tǒng)系統(tǒng)諧波。串聯(lián)電容器：串聯(lián)電容器：串聯(lián)于電力系統(tǒng)中，補償線路電感，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓,提高輸送容量。耦合電容器：耦合電容器：用于電力載波的高頻通路。直流濾波電容器：直流濾波電容器：消除直流輸電系統(tǒng)中，整流設(shè)備產(chǎn)生的紋波或諧波

2、。斷路器電容器：斷路器電容器：并于斷路器斷口上，均勻斷口之間的電壓。電容器基礎(chǔ)知識防護電容器：防護電容器：用于35kV以下系統(tǒng)中，削弱系統(tǒng)的過電壓。其他電容器（脈沖電容器；標準電容器；電熱電容器；交流電動機電容器；微波爐電容器；電力電子電容器；電容分壓器；）電力電容器的分類和用途電力電容器的分類和用途 電力電容器裝置包括電力電容器裝置包括： 并聯(lián)電容器裝置：配置開關(guān)柜、控制器、串聯(lián)電抗器、放電線圈、避雷器等設(shè)備。 濾波電容器裝置：配置開關(guān)柜、控制器、濾波電抗器、放電線圈、避雷器等設(shè)備?？煞譃槎鄠€濾波支路。 串聯(lián)電容器裝置：可分為固定式補償和可控補償兩種，用于補償線路的電感，縮短線路的距離，提高

3、電壓穩(wěn)定性。 電容式電壓互感器：用于電力系統(tǒng)電壓的測量及保護。 其他成套裝置：沖擊電壓發(fā)生器，沖擊電流發(fā)生器，變壓器試驗用電容塔，各種振蕩回路等。電容器基礎(chǔ)知識各種電容器外形基本結(jié)構(gòu)及工藝并聯(lián)電容器及并補裝置 目前電力系統(tǒng)應(yīng)用最多的是由并聯(lián)電容器組成的并聯(lián)補償裝置。是電力系統(tǒng)中重要的無功補償設(shè)備，用以補償系統(tǒng)的容性無功，提高功率因數(shù)，降低系統(tǒng)損耗，支撐系統(tǒng)電壓。 并補裝置應(yīng)用于輸電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)。在輸電系統(tǒng)中，無功補償裝置的配置容量按變壓器容量的1530%配置，主要安裝于變壓器的第三繞組，有35和66kV等級?，F(xiàn)在也有在110和220kV直接補償?shù)?。配電系統(tǒng)直接裝在用戶側(cè)，按功率因數(shù)要求配置。

4、 對于濾波電容器，主要用于濾除諧波，同時具有無功補償?shù)淖饔?。電容器單元和并?lián)電容器相同。 講座以并聯(lián)電容器合并補裝置為主。并聯(lián)電容器又可分為低壓電容器和高壓電容器；按介質(zhì)結(jié)構(gòu)可分為油式和干式。我們以油浸高壓電容器為主。并聯(lián)電容器的基本結(jié)構(gòu)及工藝并聯(lián)電容器的基本結(jié)構(gòu)及工藝 電容器的種類很多，圖電容器的種類很多，圖示為應(yīng)用最廣泛的并聯(lián)示為應(yīng)用最廣泛的并聯(lián)電容器的結(jié)構(gòu)示意圖電容器的結(jié)構(gòu)示意圖（以下主要以并聯(lián)電容（以下主要以并聯(lián)電容器為例介紹）器為例介紹）: :并聯(lián)電容器主要由電容并聯(lián)電容器主要由電容元件、液體介質(zhì)、箱殼、元件、液體介質(zhì)、箱殼、內(nèi)部熔絲、放電電阻、內(nèi)部熔絲、放電電阻、引線套管引線套管等

5、組成。等組成。 基本結(jié)構(gòu)及工藝并聯(lián)電容器基本結(jié)構(gòu)電容器介質(zhì)的進步 膜紙復(fù)合發(fā)展到全膜（膜紙復(fù)合發(fā)展到全膜（1986-19991986-1999年）年） 烷基苯（硅油）烷基苯（硅油） PXEPXE（IPBIPB） M/DBTM/DBT （19841984年開始）年開始） （19941994年開始）年開始） 19841984年代表產(chǎn)品年代表產(chǎn)品BWF11 / 3-100-1WBWF11 / 3-100-1W 20042004年代表產(chǎn)品年代表產(chǎn)品BAM11 / 3-334-1WBAM11 / 3-334-1W 年份單臺容量(kvar)介損(tan)場強(MV/m)比特性(kg/kvar)198410

6、0810-4320.52004334（500）210-455(60)0.21(0.15)基本結(jié)構(gòu)及工藝固體介質(zhì)材料電力電容器中常用的固體介質(zhì)材料主要是塑料薄膜和電容器紙，它們都具有優(yōu)良的電氣性能，易于加工或均勻薄層，便于繞卷，有一定的抗張強度，每液體介質(zhì)的相容性優(yōu)良。尤其是雙軸定向聚丙烯薄膜（PP膜）具有良好的耐電強度和很低的介質(zhì)損耗角正切是目前電力電容器中最主要的固體介質(zhì)。電力電容器常用的塑料薄膜有聚丙烯薄膜和聚酯薄膜。聚丙烯薄膜的耐電強度高，介質(zhì)損耗角正切低，常用于交流電容器；聚酯薄膜的電容率大，體積電阻率高，常用于直流電容器和高壓脈沖電容器。電力電容器用的電容器紙在電容器紙的國家標準GB

7、12913-91中屬于B類紙。與塑料薄膜相比，電容器紙的電容率較高，浸漬性能和耐電弧度能力較優(yōu)，但其耐電強度較低，介質(zhì)損耗角正切值大。由于電容器紙具有正的電容率溫度系數(shù)，而聚丙烯薄膜的電容率溫度系數(shù)是負的，兩者適當配合可構(gòu)成復(fù)合電容率的溫度系數(shù)接近零的復(fù)合介質(zhì)結(jié)構(gòu)，用于要求有特別低的電容溫度系數(shù)的電容器中。 基本結(jié)構(gòu)及工藝電工薄膜的性能性性 能能聚丙烯薄膜聚丙烯薄膜聚酯薄膜聚酯薄膜密度（密度（g/cm3）0.911.39工作溫度（工作溫度（）-50105-60130電容率電容率(50Hz)2.23.2介質(zhì)損耗角正切介質(zhì)損耗角正切(50Hz)0.00020.00020.0030.003體積電阻率

8、體積電阻率(.cm)1015101710161017耐電強度耐電強度(MV.m)D.C200600160熱導(dǎo)率（熱導(dǎo)率（W/cm.k）2.210-31510-3抗張強度（抗張強度（MPa）縱向縱向118118147206橫向橫向137137147196基本結(jié)構(gòu)及工藝液體介質(zhì)材料 液體介質(zhì)在電力電容器中用于浸漬固體介質(zhì)和填充電容器內(nèi)部的空隙，大幅度地提高電容器極板間及極對箱殼間的電氣強度及散熱能力。 目前在我國電力電容器中常用液體介質(zhì)有：芐基甲苯（M/DBT）、二芳基乙烷（PXE）、烷基苯（DDB或AB）等。其中芐基甲苯、二芳基乙烷絕緣油均具有優(yōu)良的電氣物理性能，與聚丙烯薄膜、聚酯薄膜等電容器中

9、的材料具有良好的相容性、低毒，適于在全膜電容器中作浸漬劑，尤其芐基甲苯絕緣油除了具有優(yōu)良的電氣性能之外，還具有良好的低溫性能和吸氣性，適于用來浸漬場強較高，在寒冷地區(qū)運行的電力電容器。 硅油具有優(yōu)良的耐燃性、閃點高、基本無毒，但其擊穿電壓較低，粘度較高不易在全膜電容器中應(yīng)用，目前僅用于浸漬有特殊耐燃要求的電容器?；窘Y(jié)構(gòu)及工藝 蓖麻油是從蓖麻籽中提煉出來的植物油，耐電弧能力強，擊穿時不會產(chǎn)生碳粒，在高溫高場強下會在極板表面生成一層聚合物保膜，使電容器具有較長壽命。但蓖麻油tan值高、粘度大、浸漬性能差，較適于用來浸漬紙介質(zhì)或膜紙復(fù)合介質(zhì)直流電容器和高比能脈沖電容器，在某些自自愈式低壓并聯(lián)電容器

10、中也有應(yīng)用。電容器的內(nèi)部熔絲電容器的內(nèi)部熔絲 內(nèi)部熔絲是電容器元件保護器件，應(yīng)用非常廣泛。其作用是運行過程中若元件擊穿則迅速熔斷，將故障元件切除，僅損失小部分電容，不影響整臺電容器運行。但是由于電容器本身的發(fā)展（如電場強度的提高，元件容量增大），對于小容量的電容器無法設(shè)置內(nèi)部熔絲。 現(xiàn)在國產(chǎn)大容量電容器已經(jīng)大部分采用國外的新型內(nèi)熔絲技術(shù)即“分離式”結(jié)構(gòu)，其特點是熔絲兩端連接部分（即外露部分）為多股并繞，中間熔體為單股熔絲； 熔絲放置在疊放元件之間，將各個熔絲完全分離，有效防止熔絲動作時可能造成對相鄰?fù)旰迷劢z的損傷，即防止了熔絲群爆現(xiàn)象的發(fā)生，同時也防止了熔絲動作造成對絕緣油的污染。放電電阻

11、放電電阻電容器放電電阻是考慮到電容器突然斷電后，電容器上可能存儲了大量的電荷，這時可通過放電電阻將其上存在的電荷放掉，防止重合閘時在其上產(chǎn)生過電壓，同時保護操作人員的人身安全。對于含有內(nèi)熔絲的電容器，每個串段上應(yīng)并聯(lián)一個電容器放電電阻，防止內(nèi)熔絲熔斷時，在電容器內(nèi)部產(chǎn)生一個很難消除的過電壓，破壞對殼絕緣?；窘Y(jié)構(gòu)及工藝 電容器放電電阻一般為高壓玻璃釉電阻，并聯(lián)在每個串聯(lián)段上或電容器兩極之間。 停電后10min內(nèi)將剩余電壓降低到75伏以下，保護操作人員的人身安全，并防止重合閘時產(chǎn)生過電壓。電容器外殼和引線套管 殼式高壓并聯(lián)電容器的箱殼一般為直角平行六面體，為了適應(yīng)標準化批量生產(chǎn)和安裝方便的需要，

12、箱殼的長度在許多國家都是統(tǒng)一的，例如在俄羅斯箱殼長度均統(tǒng)一為380mm，在美國和歐洲箱殼長度均統(tǒng)一為343mm（13.5英寸）。箱殼通常用12mm的薄鋼板或不銹鋼板制成，其主要作用是保護電容器內(nèi)部的另部件及介質(zhì)不受外界大氣的污染，保持整臺電容器的密封性。電容器在運行中產(chǎn)生的熱量也要靠箱殼表面散發(fā)到周圍大氣中去。為了降低電容器在實際運行時的溫升，單位千乏電容器箱殼的散熱面積應(yīng)盡可能大。電容器在實際運行中內(nèi)部介質(zhì)的體積還會隨著溫度的變化而變化，所以電容器的箱殼還應(yīng)隨著電容器內(nèi)部介質(zhì)體積的變化發(fā)生一定的彈性變形。如圖X419所示在電容器箱殼的頂部裝有供出線用的套管，套管應(yīng)根據(jù)電容器的電壓等級、輸出容

13、量、電容器安裝地點的海拔高度、空氣濕度、污穢等級等因素來選擇。雙套管電容器基本結(jié)構(gòu)及工藝 的兩個出線是通過安裝在電容器箱殼頂部的兩個對殼絕緣的套管引出的，而單套管電容器的兩個出線只有其中的一個是通過對殼絕緣的套管引出的，而另一個出線則通過接殼的方式從箱殼的接線端引出。電容器的早期損壞 電容器的技術(shù)性能取決于兩個方面：其一是電容器的絕緣介質(zhì)，介質(zhì)的優(yōu)劣。由于電容器的極間介質(zhì)的場強直接決定著電容器的容量的大小，所以，在所有的電器設(shè)備中，電容器的場強是最高的，所以電容器對制造工藝要求也是最高的。 這里要說明的一點是，由于電容器的場強較高，極間介質(zhì)較薄，電容器早期少量的損壞應(yīng)是一種正?，F(xiàn)象。 由于國內(nèi)

14、電容器行業(yè)制造設(shè)備和工藝的進步，有力地保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定提高。 電容器的額定值電容器的額定值 電容器的額定電壓： 目前，高壓并聯(lián)電容器所使用的電壓等級為：6.6，10，35，66kV，110500kV。但是，單臺電容器的電壓為5.5，6，6.3，6.9，10，11，12，19，20， 21，22kV。通過串聯(lián)得到更高的裝置電壓。 電容器的額定容量：單臺容量最大做到1000kvar 電容器的額定頻率 電容器的額定電流：由于并聯(lián)電容器要承受過電壓及諧波電流，因此實際流過電容器的電流可達額定電流的1.5倍。電容器損耗電容器損耗 電容器的額定電壓與其他設(shè)備不同，其額定電壓不等于系統(tǒng)額定電壓，主要原因

15、是電容器的額定電壓與容量和成本直接有關(guān)，額定電壓的確定決定于系統(tǒng)的最高運行電壓、串聯(lián)電抗器的電抗率、系統(tǒng)的諧波水平等。 電容器損耗：電容器損耗：電容器內(nèi)消耗的有功功率，對于單元電容器，由電介質(zhì)、內(nèi)部熔絲、內(nèi)部放電器件、連接件等產(chǎn)生的損耗。對于電容器組，由單元、外部熔斷器、母線、放電電阻和阻尼電抗器等產(chǎn)生的損耗。 電容器的損耗角正切值電容器的損耗角正切值在規(guī)定的正弦交流電壓和頻率下，電容器的等效串聯(lián)電阻與容抗之比，這里為電容器的內(nèi)部介質(zhì)損耗。并聯(lián)電容器裝置 并聯(lián)電容器裝置目前主要有兩種形式：集合式和組架式。 集合式并聯(lián)電容器是將單臺并聯(lián)電容器通過串并聯(lián)連接裝配在組架上，再將其密封于一個大的鐵殼內(nèi)

16、。殼內(nèi)可以充油或充氣，其主要作用是散熱和絕緣。目前電壓到66kV（直接落地），容量到10000kvar。 組架式電容器裝置主要由并聯(lián)電容器，串聯(lián)電抗器，放電線圈，避雷器，熔斷器，接地開關(guān)，投切斷路器等組成。 集合式的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，防污穢能力強，外殼接地，運行安全。缺點是現(xiàn)場不易維修，內(nèi)部故障需返廠，周期長。適合于環(huán)境不好的污穢地區(qū)。 組架式電容器裝置的優(yōu)點是維修方便，而且隨著單臺電容器容量的增大，其占地面積足可和集合式媲美。缺點是高壓套管外露，灰塵不易清理。并聯(lián)電容器裝置 并聯(lián)電容器支路內(nèi)串接串聯(lián)電抗器的原因：并聯(lián)電容器支路內(nèi)串接串聯(lián)電抗器的原因： 變電所中只裝一組電容器時，一般合閘涌流不大

17、，當母線短路容量不大于80倍電容器組容量時，涌流將不會超過10倍電容器組額定電流?？梢圆谎b限制涌流的串聯(lián)電抗器。 由于現(xiàn)在系統(tǒng)中母線的短路容量普遍較大，且變電所內(nèi)同時裝設(shè)兩組以上的并聯(lián)電容器組的情況較多，并聯(lián)電容器組投入運行時，所受到的合閘涌流值較大，因而，并聯(lián)電容器組需串接串聯(lián)電抗器。 串聯(lián)電抗器的另一個主要作用是當系統(tǒng)中含有高次諧波時，裝設(shè)并聯(lián)電容器裝置后，電容器回路的容性阻抗會將原有高次諧波含量放大，使其超過允許值，這時應(yīng)在電容器回路中串接串聯(lián)電抗器，以改變電容器回路的阻抗參數(shù)，限制諧波的過份放大。并聯(lián)電容器裝置 串聯(lián)電抗器電抗率的選擇串聯(lián)電抗器電抗率的選擇 對于純粹用于限制涌流的目的，

18、串聯(lián)電抗器的電抗率可選擇為（0.11）%即可。 對于用于限制高次諧波放大的串聯(lián)電抗器。其感抗值的選擇應(yīng)使在可能產(chǎn)生的任何諧波下，均使電容器回路的總電抗為感性而不是容性，從而消除了諧振的可能。電抗器的感抗值按下列計算： 式中 XL串聯(lián)電抗器的感抗，; XC補償電容器的工頻容抗, ; K可靠系數(shù)，一般取1.21.5。2nXLCKX并聯(lián)電容器裝置 如果系統(tǒng)中含有5次及以上次諧波時，取電抗率為6%； 如果系統(tǒng)中含有3次諧波時，取電抗率為12%。 為了防止可能出現(xiàn)鐵磁諧振, 一般宜采用無鐵芯的電抗器。電抗器的額定電流應(yīng)稍大于電容器實際電流。 TBB35-60000/500BLW A-單星：B-雙星；C-

19、三星； K-開口三角；L-中性線不平衡電流；C-差壓；Q-橋差不平衡。并聯(lián)電容器裝置 并聯(lián)電容器額定電壓的選擇并聯(lián)電容器額定電壓的選擇 由于串聯(lián)電抗器的接入，引起電容器上的基波電壓升高，其值為 式中 UC電容器的額定電壓（相電壓），kV; U系統(tǒng)額定相電壓, kV; k串聯(lián)電抗率 10kV： 6%串聯(lián)電抗率，電容器額定相電壓11/3 kV 12%串聯(lián)電抗率，電容器額定相電壓12/3 kV 35kV： 6%串聯(lián)電抗率，電容器額定相電壓38.5/3 kV 12%串聯(lián)電抗率，電容器額定相電壓42/3 kVkucu1電力電容器的性能與試驗電力電容器的性能與試驗 試驗條件試驗條件 除對特殊的試驗或測量另

20、有規(guī)定外，電容器試驗時的介質(zhì)的溫度應(yīng)在5 35 范圍內(nèi)。 如果電容器在不通電狀態(tài)下在恒定環(huán)境溫度中放置了適當長的時間，則可認為電容器的介質(zhì)溫度與環(huán)境溫度相同。 如果沒有其他規(guī)定，則無論電容器的額定頻率如何，交流試驗和測量均可在50 Hz或60 Hz的頻率下進行。電力電容器的性能與試驗電力電容器的性能與試驗 試驗標準： GB11024-2001 標稱電壓1kV以上交流電力系統(tǒng)用并聯(lián)電容器 （IEC60871:1997的等效版本） 本標準共分四部分： GB11024.1-2001 總則 GB11024.2-2001 耐久性試驗 GB11024.3-2001 并聯(lián)電容器和并聯(lián)電容器組的保護 GB11

21、024.4-2001內(nèi)部熔絲出廠試驗項目出廠試驗項目出廠試驗應(yīng)由制造廠在交貨前對每一臺電容器進行。 a) 電容測量； b) 電容器損耗角正切（tan）測量； c) 端子間電壓試驗； d) 端子與外殼間交流電壓試驗； e) 內(nèi)部放電器件試驗； f)密封性試驗； g) 內(nèi)部熔絲的放電試驗。型式試驗進行型式試驗是為了確定電容器在設(shè)計、尺寸、材料和制造方面是否滿足相關(guān)的要求。每一個用來作型式試驗的電容器應(yīng)為出廠試驗合格的電容器。型式試驗可在不同電容器單元上進行，也可以在具有相同特性的不同單元上進行，但在實際試驗時有些項目是不能分開進行的。型式試驗應(yīng)由制造廠委托權(quán)威機構(gòu)進行試驗，如果產(chǎn)品在設(shè)計、尺寸、材

22、料和制造工藝、制造設(shè)備等方面，由于會影響產(chǎn)品的個別性能，就應(yīng)對該性能進行檢測。 型式試驗項目型式試驗項目 a) 熱穩(wěn)定性試驗； b) 高溫下電容器損耗角正切（tan）測量； c) 端子與外殼間交流電壓試驗； d) 端子與外殼間雷電沖擊電壓試驗； e) 短路放電試驗； f) 電容器配用的外部熔斷器的試驗； g) 內(nèi)部熔絲的隔離試驗。電容偏差電容偏差 電容和額定電容的相差應(yīng)不超過：電容和額定電容的相差應(yīng)不超過： 對于電容器單元或每相只包含一個單元的電容器組： 515； 對于總?cè)萘吭? Mvar及以下的電容器組： 510； 對于總?cè)萘吭? Mvar到30 Mvar的電容器組：010； 對于總?cè)萘吭?

23、0 Mvar以上的電容器組：05。 三相單元和三相電容器組中任意兩線路端子之間測得的電容的最大值和最小值之比應(yīng)不超過1.08。電容測量電容測量 電容應(yīng)在0.91.1倍額定電壓下進行測量，最終的電容測量應(yīng)在電壓試驗之后進行。 為了檢查在其他電氣出廠試驗過程中是否有一個元件擊穿或熔絲動作，在試驗前進行電容初測，初測電壓不高于0.15。測量方法的再現(xiàn)性應(yīng)能檢測出一個元件擊穿或一根內(nèi)部熔絲動作。電容器損耗角正切（電容器損耗角正切（tantan）試驗方法與測量電容相同損耗要求損耗要求電容器損耗反映介質(zhì)的本身的特性和工藝處理水平。電容器介質(zhì)損耗的指標的確定應(yīng)考慮其介質(zhì)本身的特性并考慮溫度的影響。檢驗的目的

24、是檢查工藝處理不良的問題。端子間電壓試驗端子間電壓試驗 試驗可用交流或直流電壓進行試驗，歷時10 s，試驗期間，應(yīng)不發(fā)生擊穿或閃絡(luò)。 交流試驗電壓2.15，直流試驗電壓4.3。（IEC正在修訂） 第二次試驗試驗時應(yīng)推薦采用75的電壓， 直流試驗時應(yīng)考慮通過一定的電阻放電，防止由于放電引起電容器損壞。端子與外殼間交流電壓試驗 所有端子均與外殼絕緣的電容器單元，試驗電壓應(yīng)施加在連接在一起的端子與外殼之間，歷時10 s。 有一個端子固定連接到外殼上的單元，不作此項試驗。試驗期間，應(yīng)既不發(fā)生擊穿也不發(fā)生閃絡(luò)。 對戶內(nèi)使用的單元進行干試驗，對戶外使用的單元在淋雨條件下進行試驗。在淋雨條件下進行試驗時，套管的位置應(yīng)與運行時的位置相當。試驗期間，應(yīng)既不發(fā)生擊穿也不發(fā)生閃絡(luò)。熱穩(wěn)定性試驗熱穩(wěn)定性試驗 本試驗的目的是用來檢驗電容器在過負載條件下的熱穩(wěn)定性并確定電容器獲得損耗測量再現(xiàn)性。 此試驗應(yīng)對一個試品和兩個陪試單元同時進行試驗。 應(yīng)在靜止空氣的加熱封閉箱中，其相對位置及放置方式應(yīng)符合現(xiàn)場安裝的規(guī)定。單元之間的間距應(yīng)等于或小于正常間距，箱內(nèi)溫度符合環(huán)境溫度的要求。 對被試電容器應(yīng)施加實際正弦波的交流電壓，歷時至少48 h。在試驗的后24 h期間內(nèi)應(yīng)調(diào)整電壓大小，使得根據(jù)實測電容計算得到的容量至少為1.44倍額定容量。熱穩(wěn)定性試驗測量要求熱穩(wěn)定性試驗測量要求 溫度測量應(yīng)以具有