基于恒流充電原理的電力電容器試驗(yàn)系統(tǒng)研究

張映雪

摘 要：電力電容器是電力系統(tǒng)中一個(gè)重要的器件，其在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)絕緣介質(zhì)老化的情況，造成電容器壽命降低甚至擊穿損壞。設(shè)計(jì)了電力電容器試驗(yàn)系統(tǒng)，采用了恒流充電原理實(shí)現(xiàn)對(duì)電容量的測(cè)量，進(jìn)行了相應(yīng)的試驗(yàn)。由試驗(yàn)結(jié)果可知.該系統(tǒng)滿足電力電容器的測(cè)試要求。

關(guān)鍵詞：恒流充電；電力電容器；電容量測(cè)量

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.178

0 引言

電力電容器作為一種無功補(bǔ)償裝置，是電力系統(tǒng)中重要的電氣設(shè)備。正常運(yùn)行時(shí)，可以向電力系統(tǒng)提供無功功率，消除諧波，改善電能質(zhì)量。由于環(huán)境及系統(tǒng)電壓的作用，電力電容器在實(shí)際應(yīng)用中常出現(xiàn)故障，威脅系統(tǒng)安全并影響電能質(zhì)量。因此，確保電力電容器的安全運(yùn)行具有重要意義。

造成電力電容器不正常運(yùn)行的因素有很多，例如，環(huán)境和工作溫度，電容器散熱不良或溫度過低時(shí)，介質(zhì)都容易老化甚至擊穿。例如，工作電壓，長期過電壓會(huì)使電容器絕緣加速老化甚至電擊穿。又例如，工作電流和諧波，諧波電流容易使電容器擊穿引起相間短路。[1]

1 電容測(cè)試存在的問題

為了保證電力電容器的安全有效運(yùn)行，需要對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，并對(duì)狀態(tài)進(jìn)行顯示和記錄，以便維護(hù)人員及時(shí)處理故障?！峨娏υO(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定，在試驗(yàn)時(shí)要測(cè)量電力電容器的電容值并進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。

電容量C是診斷介質(zhì)老化、受潮等劣化情況重要參數(shù)，可以較靈敏地反映出設(shè)備的絕緣狀況。目前電容測(cè)試存在一些問題。

一般，有三種方法來測(cè)量電容量，電流電壓表法、萬用表法、交流電橋法。但是，用電流電壓表和萬用表測(cè)電容，測(cè)量誤差較大，而且，上述三種方法都是在低壓的狀態(tài)下進(jìn)行，無法檢測(cè)到存在軟擊穿故障的電容器（由于在低壓狀態(tài)故障點(diǎn)未發(fā)生擊穿）。因此，需要對(duì)電容量的檢測(cè)提出新的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓運(yùn)行狀態(tài)下電容器真實(shí)電容量的測(cè)量。

耐壓試驗(yàn)是預(yù)防性試驗(yàn)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，但是，目前電力電容器的交流耐壓試驗(yàn)和直流耐壓試驗(yàn)也存在一些缺點(diǎn)。交流耐壓試驗(yàn)的主要缺點(diǎn)是所需要的容量大。電容器功率損耗公式，ω是電網(wǎng)角頻率，C是電容器的電容量，U是電容器的工作電壓，可知電容器的功率損耗與電容器的運(yùn)行電壓的平方成正比，隨著電容器的工作電壓增高，電容器功率損耗迅速增加，溫度迅速升高，導(dǎo)致絕緣壽命降低。另一個(gè)缺點(diǎn)是，由于必須供應(yīng)待測(cè)物的離散電容所需的電流，儀器所需輸出的電流會(huì)比采用直流測(cè)試時(shí)的電流大很多。

直流耐壓試驗(yàn)的缺點(diǎn)是，直流電壓下電力電容器元件上的電壓按電阻分布，進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)時(shí)，電阻率高的良好的電容元件上承受的電壓比不良電容元件高出幾倍，反而容易使絕緣不良的電容元件通過試驗(yàn)，其絕緣缺陷在運(yùn)行電壓下會(huì)很快暴露出來，發(fā)展成為故障或?qū)е率鹿?。另一個(gè)缺點(diǎn)是，不能及時(shí)反映出軟擊穿故障，而且充電時(shí)間緩慢。

綜上所述，傳統(tǒng)的電容量試驗(yàn)系統(tǒng)存在兩個(gè)缺陷：1）低電壓下無法檢測(cè)由軟擊穿故障引起的缺陷；2）整個(gè)交流試驗(yàn)系統(tǒng)存在體積大、所需電源容量大等缺陷，不便于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。因此本文采用恒流充電的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力電容器的試驗(yàn)。電力電容器試驗(yàn)的相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 11024.1—2010標(biāo)稱電壓1000V以上交流電力系統(tǒng)用并聯(lián)電容器的第1部分總則，它規(guī)定試驗(yàn)分為例行試驗(yàn)、型式試驗(yàn)、驗(yàn)收試驗(yàn)和特殊實(shí)驗(yàn)。本文研究的電容量測(cè)量屬于例行試驗(yàn)[4-6]。

2 恒流充電系統(tǒng)的框架

上述提出傳統(tǒng)的電容量試驗(yàn)系統(tǒng)存在缺陷，因此采用恒流充電原理對(duì)電容器進(jìn)行試驗(yàn)，其系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)如圖1所示。恒流電源對(duì)待測(cè)電容進(jìn)行充電，系統(tǒng)的控制單元進(jìn)行控制，采樣電路對(duì)電壓進(jìn)行定時(shí)采樣，得到的數(shù)據(jù)送入單片機(jī)中，經(jīng)程序處理在液晶顯示屏上顯示數(shù)據(jù)，當(dāng)待測(cè)電容上的電壓達(dá)到飽和時(shí)，充電系統(tǒng)存在一定的延時(shí)，用來進(jìn)行耐壓測(cè)試。最后閉合高壓開關(guān)進(jìn)行放電，放電結(jié)束后，打開開關(guān)利用公示計(jì)算電容量。待測(cè)電容上電壓隨時(shí)間的變化情況如圖2所示[3]。

根據(jù)電流、電壓和電容的關(guān)系：，

采用恒流進(jìn)行充放電，若電容量C為恒電位，那么C將會(huì)是一個(gè)常數(shù)，即電壓隨時(shí)間是線性變化的關(guān)系，也就是說理想電器的恒流充放電曲線是一條直線。

恒流電源的輸出不變，對(duì)測(cè)試電容進(jìn)行充電，電容的電壓隨著時(shí)間而變大直到飽和。在這個(gè)期間測(cè)量時(shí)間t和電壓U，得出、，由得出容值C。

因此，需要設(shè)計(jì)一個(gè)直流高壓恒流電源，并采用恒流充電的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)電力電容器的試驗(yàn)。