基于容性儲(chǔ)能恢復(fù)響應(yīng)及聲學(xué)噪音聯(lián)合分析的高壓電容器故障隱患批量技術(shù)探討

張晟 周禮紅 莊紅軍

摘 要：目前，電壓器故障如漏油、裂痕、破損、老化等現(xiàn)象，嚴(yán)重地威脅著電力系統(tǒng)的運(yùn)行，影響著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)秩序和人民群眾生活。通過采用新的技術(shù)方案，檢測(cè)高頻短時(shí)脈沖流過電容器的電流頻響及其恢復(fù)電流特性，繪制出基于頻率為坐標(biāo)的電流充放電恢復(fù)響應(yīng)及聲波噪音圖譜等，可以很好地解決內(nèi)部缺陷。

關(guān)鍵詞：電容器；故障；設(shè)備；技術(shù)

高壓電容器是電力系統(tǒng)的一種特殊的關(guān)鍵設(shè)備，其主要功能是通過某種方式，為整個(gè)電力系統(tǒng)供給無功功率，因而使功率因數(shù)得到提高。在實(shí)踐工作中，我們采用了一些方法，比如就地?zé)o功補(bǔ)償，相應(yīng)減少了線路能量損耗，也壓低了電降，同時(shí)使電能質(zhì)量得到一定幅度提高，使設(shè)備利用率也相應(yīng)提高，但是，由于運(yùn)行環(huán)境、人為因素等原因，電容器故障屢見不鮮，且發(fā)生的頻繁較高。

一、技術(shù)方案要點(diǎn)

現(xiàn)實(shí)中，我們了解到：電容器的故障往往很難直接體現(xiàn)出電容值的明顯變化，而且即使電容器出現(xiàn)故障，也不一定是絕緣不良，而且，通過局部放電的試驗(yàn)方法也存在不足。本項(xiàng)目提出了一種給電容器施加短時(shí)高頻脈沖信號(hào)的方案：檢測(cè)高頻短時(shí)脈沖流過電容器的電流頻響及其恢復(fù)電流特性，同時(shí)結(jié)合一套超薄聲波壓電傳感器監(jiān)測(cè)電容器的電氣諧振誘發(fā)的噪音，繪制出基于頻率為坐標(biāo)的電流充放電恢復(fù)響應(yīng)及聲波噪音圖譜。該套方案具備4只電容器同時(shí)測(cè)試的能力，通過快速測(cè)試與建檔，故障電容器因外部觸發(fā)脈沖的作用下內(nèi)部故障缺陷的等效電容和信號(hào)輸出回路形成高Q值諧振，該諧振Q值超過一定門限幅度值可直接進(jìn)行故障缺陷的判別。

二、研究?jī)?nèi)容分析

（一）技術(shù)研究對(duì)于解決內(nèi)部缺陷的作用

業(yè)內(nèi)人士清楚，電容器內(nèi)部一旦發(fā)生什么故障，勢(shì)必出現(xiàn)一種狀況，那就是讓電容器等效電容的分布和以前并不一樣，通過對(duì)等效電路進(jìn)行認(rèn)真而仔細(xì)分析，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)這樣一種現(xiàn)象：故障隱患假如存在的話，出現(xiàn)的結(jié)果就是：阻抗在高頻階段會(huì)吸收更多的電流成分，以至于出現(xiàn)了曲線偏移的結(jié)果，假如說，故障情況進(jìn)一步惡化，那么，相應(yīng)來說，阻抗變化的趨勢(shì)是向低頻段移動(dòng)的。

（二）試驗(yàn)系統(tǒng)及技術(shù)路線評(píng)價(jià)

要知道，要對(duì)技術(shù)路級(jí)進(jìn)行分析，首先，我們要對(duì)電器設(shè)備的功能模塊進(jìn)行充分的了解。從專業(yè)的角度上講，電器設(shè)備的功能模塊可以劃分成如下幾個(gè)部分：一是試驗(yàn)電源功效；二是試驗(yàn)電壓發(fā)生器，三是試驗(yàn)反饋信號(hào)通道，四是控制試驗(yàn)電壓頻率和電壓，五是AD采樣的MUC單元，此外，電器設(shè)備功能模塊還包括通信和供電設(shè)備等多個(gè)部分。

在了解電器功能模塊的前提下，我們?cè)僬J(rèn)真地對(duì)電容器結(jié)構(gòu)的等效電氣回路仿真，我們會(huì)很清晰地看到這樣一種狀況：電器故障隱患可以在頻率0.1-30Khz內(nèi)進(jìn)行阻抗譜值分析的方式充分體現(xiàn)出來。居于以上的分析，我們可以得出結(jié)論，本技術(shù)路線的基礎(chǔ)在于：

一方面，我們要獲取的阻抗譜曲線，包括如下兩種：一是阻抗頻率特性曲線；二是奈奎斯特曲線，包括實(shí)部與虛部的關(guān)系。

二方面，我所所進(jìn)行的特征曲線的解釋，需要建立起與故障的內(nèi)部關(guān)聯(lián)。那么，可以這樣定論，非破壞性測(cè)試手段成為阻抗譜的獲取的主要手段，在寬頻域的阻抗測(cè)試方法的基礎(chǔ)之下，我們才得以實(shí)現(xiàn)整個(gè)頻帶的阻抗性曲線繪制，這就為我們打開了一扇方便之門。

1）頻可調(diào)（變頻以壓）試驗(yàn)源：我們不難發(fā)現(xiàn)，在市場(chǎng)上，我們用的掃頻儀，它的功能僅局限于針對(duì)功率（DB）進(jìn)行的有效測(cè)試，問題的關(guān)鍵在于，它對(duì)工率角區(qū)分變得困難了，而功率角是一個(gè)十分重要的指標(biāo)，它反映了復(fù)阻抗特性的關(guān)鍵參數(shù)，這是我們?nèi)f不可忽視的事情。

2）寬頻信號(hào)響應(yīng)采集。

3）圖形生成與解釋，建立儲(chǔ)能響應(yīng)分析平臺(tái)。

三、創(chuàng)新點(diǎn)及推廣應(yīng)用

（一）基于阻抗頻率響應(yīng)的小信號(hào)分析

在輸出容量、輸出頻率以及選擇頻率自動(dòng)測(cè)試的領(lǐng)域比同類裝置有明顯創(chuàng)新。有一個(gè)重要原因，其他同類設(shè)備基本上都沒有針對(duì)電容器測(cè)試的技術(shù)配套參數(shù)，它的測(cè)試頻率是不可以進(jìn)行調(diào)整的，并且，測(cè)試時(shí)間非常的長(zhǎng)，甚至可以達(dá)數(shù)小時(shí)。在本項(xiàng)目中，我們采用了新的方式，即頻率可調(diào)整的方法，對(duì)于電容器而言，一般情況下只需要0.1-50k范圍的快速測(cè)試就行，很快即可完成。

（二）內(nèi)部缺陷的性能分析

實(shí)踐工作中，我們非常熟悉的是，電容器內(nèi)部故障會(huì)導(dǎo)致電容器等效電容的分布與以前不同，發(fā)生一些變化，如果我們采用了新的方式，通過等效電路分析，假定在故障隱患已然存在的前提下，阻抗它就能在高頻階段吸收更多的電流成分，這是勿容置疑的事實(shí)，所以曲線當(dāng)然會(huì)發(fā)生偏移，甚至故障越嚴(yán)重，阻抗變化就會(huì)出現(xiàn)向低頻段移動(dòng)的趨勢(shì)。

（三）試驗(yàn)原理與分析方法

業(yè)內(nèi)人士似乎都清楚這樣一點(diǎn)，信號(hào)源完全可以在人為作用下，直接施加在絕緣層和導(dǎo)體之間，由于受到被測(cè)容量的重要影響，或者說在它的直接作用下，輸出功率會(huì)自動(dòng)地做出響應(yīng)，進(jìn)行調(diào)整。從科學(xué)的角度上來說，大量的試驗(yàn)驗(yàn)證之后，我們才能夠得到理想的結(jié)果，那就是相對(duì)最優(yōu)的試驗(yàn)電壓。

（四）新技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

我們清楚，高壓電容器是電網(wǎng)無功補(bǔ)償十分關(guān)鍵的元件，如何合理控制運(yùn)行電壓，包括合理控制電流以及溫度環(huán)境，如何科學(xué)處理電阻電容器絕緣不良等故障，才能保障電容器在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)候內(nèi)有效運(yùn)行。當(dāng)然，我們?cè)诒ＷC電容運(yùn)行中，一定要定期巡視電容器，如發(fā)現(xiàn)電容器存在漏油、滲油、熔絲熔斷等不良現(xiàn)象時(shí)，我們應(yīng)立即停止使用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張血琴，吳廣寧，等.高壓儲(chǔ)能電容器直流局部放電檢測(cè)儀的研制[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，06.

[2] 陳勇，于成龍，等.直流局部放電測(cè)試技術(shù)在電容器老化判斷中的應(yīng)用[J].中國(guó)測(cè)試技術(shù)，2003，05.

作者簡(jiǎn)介：張晟（1980-），男，貴州人，本科，貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司畢節(jié)供電局技師，主要研究方向：電力技術(shù)。