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電力電容器基礎(chǔ)知識及常見運(yùn)行問題④

文章出處：網(wǎng)責(zé)任編輯：作者：人氣：-發(fā)表時間：2020-12-21 15:05:00【大中小】

4 電力電容器常見運(yùn)行問題

4.1 常見問題（并聯(lián)電容器）

（1）投運(yùn)時的涌流

產(chǎn)生原因： LC串聯(lián)諧振，涌流頻率為幾百至幾千Hz，可達(dá)正常電流的數(shù)十倍，其維持時間一般在幾十至幾百ms；

主要危害：造成CT擊穿，開關(guān)觸頭電磨損。

（2）退出時的過電壓

產(chǎn)生原因：開關(guān)重燃，產(chǎn)生的過電壓倍數(shù)最大可達(dá)5倍以上。

主要危害：造成電容器及相關(guān)設(shè)備過電壓擊穿。

圖4.1 開關(guān)的重燃原因

（3）運(yùn)行中的過電流及過電壓

產(chǎn)生原因：電源中的高次諧波與電路的L、 C參數(shù)產(chǎn)生諧振。

主要危害：長時間的過電流和過電壓。

4.2 保護(hù)措施

a. 串聯(lián)電抗器限流；

b. 采用無重燃開關(guān)（如SF 6 開關(guān)），末經(jīng)老練的真空開關(guān)剛投入使用時，重燃幾率為2～6%，運(yùn)行中斷開電容電流30次后，基本上就不重燃了；

c. 開關(guān)中增加輔助觸頭和并聯(lián)電阻；

d. 單元件熔斷絲保護(hù)；

e. 加裝避雷器保護(hù)；

f. 三相電容器組采用雙星形接法，當(dāng)其中某個電容器損壞時，利用中性點不平衡電流啟動保護(hù)電路。

圖4.2 電容器的保護(hù)措施

圖4.3 電容器組的雙星形接法

5. 電容器試驗項目

5.1 到貨后的驗收試驗

（1）外觀檢查；

（2）密封性檢查；

（3）電容量測量；

（4）工頻耐壓試驗（通常為出廠試驗的75%）；

（5） tanδ測量；（并聯(lián)電容器、集合電容器不做）

（6）絕緣油試驗（集合電容器）。

用戶可以根據(jù)需要與廠家協(xié)商增加型式試驗或出廠試驗中的某些項目（比如沖擊試驗、局部放電測量等）。

5.2 安裝后的驗收（交接）試驗

（1）測量絕緣電阻；

（2）測量耦合電容器、斷路器電容器的tanδ及電容值；

（3） 500kV耦合電容器的局部放電試驗（對絕緣有懷疑時）；

（4）并聯(lián)電容器交流耐壓試驗；

（5）沖擊合閘試驗

5.3 預(yù)防性試驗

（1）極對外殼絕緣電阻測量（集合電容器增加相間）；

（2）電容量測量；

（3）外觀及滲漏油檢查

（4）紅外測溫；

（5）測量tanδ（并聯(lián)電容器及集合電容器不做）；

（6）低壓端對地絕緣電阻（耦合電容器）；

（7）交流耐壓和局部放電試驗（耦合電容器，必要時）；

（8）絕緣油試驗（集合電容器）。

6. 電容器的試驗方法

6.1 外觀檢查

外觀檢查主要是觀察電容器是否存在變形、銹蝕、滲油、過熱變色、鼓脹等問題。

6.2 密封性檢查

用戶一般只能采用加熱的方法，在不通電的情況下將試品加熱到最高允許溫度加20℃的溫度，并維持一段時間（2小時以上），仔細(xì)檢查容易產(chǎn)生滲油的部位。

6.3 絕緣電阻測量

6.3.1 基本概念

在夾層絕緣體上施加直流電壓后，會產(chǎn)生三種電流，如圖6.1所示。

圖6.1 夾層絕緣體的等值電路

1) 電導(dǎo)電流i R ，與絕緣電阻有關(guān)；

2）電容電流i C ，與電容量有關(guān)；

3）吸收電流i 1 ，由絕緣介質(zhì)的極化過程引起。

一般認(rèn)為電容電流衰減很快，吸收電流的衰減時間較長，對絕緣電阻的測量影響較大，這種分析只是在電容量C比較小的情況下才成立。當(dāng)電容量較大、而兆歐表又不能提供較大的充電電流時，電容電流反而會成為影響測量結(jié)果的主要因素。試品電容量越大，對兆歐表的短路輸出電流要求越高。

表6. 1 對兆歐表短路電流的要求（參考值）

6.3.2測量方法

1）測量部位：并聯(lián)電容器只測量兩極對外殼的絕緣電阻；分壓電容器以及均壓電容器測量極間絕緣電阻；耦合電容器測量極間及低壓電極對地的絕緣電阻；

2）測量接線：兆歐表的L端子接被試設(shè)備的高壓端，E端子接設(shè)備的低壓端或地，當(dāng)需要屏蔽其它非被試設(shè)備時，兆歐表的屏蔽端G與其它非被試設(shè)備連接；

3）測量步驟：

a．測量前應(yīng)將電容器兩極對地短接充分放電5分鐘以上；（放電）

b．兆歐表建立電壓后分別短接L、 E端子和分開L、 E端子，兆歐表應(yīng)顯示零或無窮大；（效驗）

c．兆歐表的高壓端子L與被試品的連接或分開均應(yīng)在兆歐表建立電壓的情況下進(jìn)行；（準(zhǔn)確、反充電）

d．測量吸收比時記錄15秒和60秒時的絕緣電阻；測量極化指數(shù)時記錄1分鐘和10分鐘的絕緣電阻值；

e．測量后應(yīng)將電容器兩極對地短接放電5分鐘以上。

6.4 電容量測量

（1）電壓電流法

試驗接線見圖6.2。

圖6.2 電壓電流法測量電容量

電容量的計算：

(6.1)

式中：

I：電流， A

U：電壓， V

ω ： ω = 2πf，電源頻率為50Hz時， ω =314

如果取電壓U=159. 2 V， Cx的單位為μ F，側(cè)有：

Cx=20 I(μF) (6.2)

成套的電容、電感測量裝置，其原理一般是基于電壓電流法，有些儀器為了避開50Hz的電源干擾，采用低于或高于50Hz的電源進(jìn)行測量，儀器采用開口CT測量電流，因此在測量時不用打開電容器的連接線，儀器自動根據(jù)電壓和電流值計算電容值或電感值。

（2）雙電壓表法

（3）電橋法

在采用電橋測量時，試驗前應(yīng)估算試驗中的電容電流值，以便確定試驗電源的容量和選擇儀器的量程。

（4）電容表法

適合測量單個電容器的電容量。

6.5 tanδ測量

6.5.1 tanδ的概念

電容器中介質(zhì)損耗的組成：

（1）泄漏電流引起的損耗；

（2）介質(zhì)極化損耗；

（3）局部放電引起的損耗。

tanδ是電容器的有功損耗

P與電容器消耗的無功功率Q 圖6.3 介質(zhì)損耗角

的比值：

δ為介質(zhì)損耗角。

圖6.4 串聯(lián)等值電路

串聯(lián)等值電路和并聯(lián)等值電路可以互相轉(zhuǎn)換，而且有： R b ＞＞R C

圖6.5 并聯(lián)等值電路

6.5.2 多個元件電容器的tanδ

多元件的電容器總的介質(zhì)損耗為：

（1）多個不相同的元件并聯(lián)

為了便于分析，電容元件也采用并聯(lián)等值電路。

圖6.6 多元件并聯(lián)

此時各元件的有功損耗和無功損耗各為：

式中， X = 1～n，將這些關(guān)系代入(6. 6) 式，整理后可得：

（2）多個不相同的元件串聯(lián)為了便于分析，電容元件也采用串聯(lián)等值電路

圖6.7 多元件串聯(lián)

將以上關(guān)系代入(6. 6) ，整理后可得：

（3）只有兩個不同的元件并聯(lián)或串聯(lián)并聯(lián)時：

（4）多個相同元件串聯(lián)或并聯(lián)

即正常情況下總體介質(zhì)損耗因數(shù)與單元件的介質(zhì)損耗因數(shù)相等。現(xiàn)假定元件總數(shù)為50個，正常單個元件的tanδ為0.2%。

a．第一種情況，某個元件的tanδ增大為5倍：

b．第二種情況，其中一個元件的tanδ 為零：

計算結(jié)果說明總體介質(zhì)損耗因數(shù)總是小于元件中的最大值而大于元件中的最小值，元件數(shù)越多，總體的變化越不明顯，說明總體tanδ對個別元件的缺陷不靈敏。

6.5.3 tanδ測量

一般用交流電橋測量，電橋的幾種接線方式如下。

圖6.8 電橋的三種接法

a．正接法：適用于電容器無接地端的情況，測量準(zhǔn)確度高，電橋測量電路處于低電位，比較安全；

b．反接法：適用于電容器一端接地的情況，測量結(jié)果受引線對地電容的影響，所以測出的電容值比正接法大，不能反映真實的電容值。電橋測量電路處于高電位，安全性差；

c．角接法：適用于電容器一端接地的情況，測量結(jié)果受升壓器、引線的對地電容影響，準(zhǔn)確性稍差，但由于電橋的測量電路位于低電壓，安全性好。

6.5.4 測量注意事項

（1）由于試驗設(shè)備容量的原因，目前不要求測量并聯(lián)電容器的tanδ。

（2）耦合電容器電容量相對也較大，試品本身容抗小，受與其串聯(lián)的接觸電阻、接地電阻影響比較大，應(yīng)注意：

a. 試驗接線接觸必須良好；

b. 接地線應(yīng)可靠接地，最好接在設(shè)備的接地端上；

c. 如果采用地刀接地，應(yīng)防止地刀接地不良造成的測量誤差。

6.6 交流耐壓試驗

6.6.1 概述

（1）交接時只對并聯(lián)電容器進(jìn)行。試驗電壓加在電極引線與外殼之間，主要檢查外包油紙絕緣、油面下降、瓷套污染等缺陷。

（2）對耦合電容器必要時進(jìn)行交流耐壓試驗。（按出廠試驗值的75%考慮）

（3）為了減小試驗設(shè)備容量，通常都采用串聯(lián)或并聯(lián)諧振法進(jìn)行。

（4）測量高壓的電壓表或分壓器應(yīng)直接接在被試品的高壓端上

6.6.2 常規(guī)試驗方法

圖6.9 常規(guī)交流耐壓試驗接線

注意事項：

1）電壓表的高壓端子必須直接接在被試品的高壓端子上；

2）升壓速度在試驗電壓的75%以下時不規(guī)定升壓速度，但從75%試驗電壓升到100%試驗電壓則要求升壓速度為每秒2%，即在12.5秒左右升到100%試驗電壓值，避免在接近規(guī)定試驗電壓附近停留太久的時間。

3）試驗前后要做好高壓試驗的安全措施。

6.6.3 串聯(lián)諧振交流耐壓試驗

圖6.10 串聯(lián)諧振法交流耐壓試驗接線(調(diào)感式)

串聯(lián)諧振的特點：

在試驗回路中，由于電容器也存在一定的損耗，相當(dāng)于增大了損耗電阻R，所以試驗回路總的等效品質(zhì)因數(shù)Q S 會比電抗器的Q值要小一些：

一旦試品擊穿， X C 變?yōu)榱悖?諧振條件被破壞，此時回路阻抗變?yōu)椋?/span>

試品擊穿后電流為：

即：串聯(lián)諧振耐壓中一旦試品擊穿，回路電流就會下降為Q份之一，不存在過電流的問題，所以試驗比較安全。

串聯(lián)諧振耐壓的優(yōu)點：

（1）減小升壓器輸出電壓為試驗電壓的Q份之一，從而減小試驗設(shè)備容量；

（2）試品擊穿后電流下降為原來的Q份之一，比較安全。

（3）不需要串接限流電阻。

6.6.4 并聯(lián)諧振交流耐壓試驗

圖6.11 并聯(lián)諧振法 (調(diào)感式)交流耐壓

并聯(lián)諧振特點：

并聯(lián)諧振耐壓試驗特點：

（1）試驗電流為試品電流的Q份之一，從而減小試驗設(shè)備容量；

（2）試品擊穿時試驗電流可能會增加，過流保護(hù)應(yīng)可靠；

（3）需要串接限流電阻。

6. 6. 5 諧振耐壓的調(diào)諧方式

1）電路參數(shù)的計算前面已介紹通過調(diào)節(jié)電路的電感、電容或頻率都可以使電路達(dá)到諧振狀態(tài)。試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定工頻耐壓時的頻率范圍為45Hz～65Hz，在選擇電路參數(shù)時應(yīng)滿足這一要求。當(dāng)頻率為50Hz、電容的單位為μF、電感的單位為H時，可按下式估算電感或電容：