導(dǎo)語(yǔ)：膜脈沖電容器局部分析論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：對(duì)全膜結(jié)構(gòu)脈沖電容器在直流條件下進(jìn)行了局部放電試驗(yàn)研究。與壽命試驗(yàn)結(jié)果相結(jié)合，找出了一些用以判斷脈沖電容器絕緣狀況的試驗(yàn)參數(shù)。

關(guān)鍵詞：脈沖電容器局部放電放電次數(shù)

1引言

隨著工作時(shí)間的加長(zhǎng)，電容器的絕緣逐漸劣化，并最終以絕緣擊穿而告壽命結(jié)束。對(duì)電容器絕緣特性的變化，可以通過(guò)測(cè)量其電氣參數(shù)來(lái)進(jìn)行判斷。產(chǎn)生局部放電的條件取決于絕緣裝置中電場(chǎng)分布及絕緣材料的電氣物理性能。因此，測(cè)定局部放電的特性，就可能評(píng)價(jià)不同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝的脈沖電容器絕緣質(zhì)量，揭示其缺陷，甚至可能用局部放電特性試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，確定絕緣介質(zhì)的工作場(chǎng)強(qiáng)，預(yù)測(cè)電容器的壽命。

脈沖電容器中介質(zhì)的工作場(chǎng)強(qiáng)高于交流工作條件下的同樣的電容器。由于浸漬劑承受的場(chǎng)強(qiáng)低于絕緣膜，故有可能在層間、局部電場(chǎng)集中處及某些殘存氣泡的地方出現(xiàn)局部放電。局部放電處的輻射、發(fā)熱、化學(xué)作用等會(huì)逐步損壞絕級(jí)，導(dǎo)致絕緣緩慢劣化直至擊穿。

長(zhǎng)期以來(lái)，絕大多數(shù)電氣設(shè)備均運(yùn)行在工頻交流電壓下，局部放電研究也針對(duì)交流電壓工作條件進(jìn)行，直流條件下局部放電的研究進(jìn)行得很少［1］。由于脈沖電容器的工作條件隨用途而變化，故無(wú)統(tǒng)一的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。作者對(duì)全膜脈沖電容器進(jìn)行了大量的局部放電試驗(yàn)研究，試圖找出局部放電參數(shù)與壽命、擊穿電壓等電容器特性之間的關(guān)系。

2PD檢測(cè)試驗(yàn)方法

工頻高壓設(shè)備中出現(xiàn)的局部放電，往往發(fā)生在交流電壓一定的相位范圍內(nèi)。脈沖電容器以充一放電的方式工作，并不存在與交流電壓對(duì)應(yīng)的特定相位；相反，考慮到充電持續(xù)階段的特點(diǎn)，以直流高壓施加于電容器，然后測(cè)量其局部放電更接近實(shí)際。因此，對(duì)脈沖電容器局部放電的測(cè)量，作者選擇在直流電壓下進(jìn)行，采用電檢測(cè)法［2］。

圖1是試驗(yàn)裝置主回路接線及檢測(cè)系統(tǒng)原理框圖，低壓側(cè)電壓經(jīng)隔離變壓器、濾波器

和穩(wěn)壓電源供電。電流傳感器CT接在試品CX的接地側(cè)。檢測(cè)系統(tǒng)刻度因素的確定方法仍采用交流電壓試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定方法（即在試品的端子間注入電荷）。整套裝置在試驗(yàn)電壓范圍內(nèi)測(cè)得的干擾水平為8～10pC。

T1-調(diào)壓器T2-隔離變壓器T3-高壓試驗(yàn)變壓器R-限流電阻

D-硅堆CT-電流傳感器CK耦合電容CX-試品

試品電容器的結(jié)構(gòu)如下：三層15μm雙面粗化聚丙烯薄膜，電極為鋁箔，浸漬劑為S油。元件壓緊系數(shù)分別為0．78、0．81、0．84、0．86四種，單個(gè)試品元件電容量0．63μF。

試驗(yàn)中選擇記錄如下PD參數(shù)：

（1）第一次出現(xiàn)大于規(guī)定的PD量Q0時(shí)的外加直流電壓值U1。受試驗(yàn)裝置的干擾水平限制，試驗(yàn)中取Q0＝10pC。

（2）規(guī)定時(shí)間內(nèi)的放電次數(shù)Nt（t的單位為min）。指在一定的直流電壓作用下，規(guī)定時(shí)間t內(nèi)，放電量大于Q0的次數(shù)。Nt的多少取決于介質(zhì)中PD發(fā)展過(guò)程及電場(chǎng)恢復(fù)過(guò)程，此參數(shù)與絕緣的性能密切相關(guān)，該值越小越好。

（3）自行放電時(shí)，規(guī)定時(shí)間內(nèi)（1min）PD次數(shù)N0。指元件加壓到規(guī)定值時(shí)斷開(kāi)充電電源，電容器自行放電時(shí)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)大于Q0的放電次數(shù)。若電容器元件的泄漏電阻較小，則自行放電速度加快，電容器兩端電壓下降變快將導(dǎo)致N0減小。

（4）視在放電量的最大值Qm。指在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，試品PD視在放電量的最大值。

試驗(yàn)方法為：按500V／s的速度升壓到規(guī)定值，穩(wěn)定一段時(shí)間（0～10min）后，電容器自行放電（1～2min），最后經(jīng)大電阻釋放全部電荷。

3試驗(yàn)結(jié)果

3．1PD參數(shù)的重復(fù)性試驗(yàn)

通過(guò)對(duì)同一試品的多次重復(fù)試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)測(cè)量參數(shù)的重復(fù)性。每次試驗(yàn)時(shí)對(duì)電容器元件升到規(guī)定電壓值后，讓電容器自行放電2min，再經(jīng)大電阻值接地。試驗(yàn)中記錄U1、N0及Qm。試驗(yàn)結(jié)果表明，元件第一次出現(xiàn)明顯的局部放電幾乎都是在升壓過(guò)程中出現(xiàn)。究其原因，可能因?yàn)樵谧兓碾妷鹤饔孟拢娙菰橘|(zhì)中PP膜、S油或空隙雜質(zhì)等承受電壓是按介電常數(shù)分配的，油和氣隙承受的電場(chǎng)強(qiáng)度較高，而空氣及油的擊穿場(chǎng)強(qiáng)低于PP膜。

試驗(yàn)得到如下結(jié)果：在穩(wěn)定電壓U≤11kV時(shí)，被試元件每次測(cè)量的PD參數(shù)U1、N0及Qm均在一定的范圍內(nèi)，測(cè)量參數(shù)分散性較小，因此可以用這些參數(shù)反映電容器元件的PD特性。而當(dāng)U＞11kV時(shí)，由于絕緣性能可能受到損傷，PD特性越來(lái)越差，PD參數(shù)的分散性較大。

3．2不同壽命的電容器的PD檢測(cè)對(duì)比試驗(yàn)

選擇了兩組電容器試品進(jìn)行PD試驗(yàn)：一組為在一定電壓（充電電壓15kV）進(jìn)行過(guò)重復(fù)充放電試驗(yàn)1000次的元件，另一組是未做過(guò)壽命試驗(yàn)的元件。目的是通過(guò)PD試驗(yàn)，找出兩者PD參數(shù)的差距。對(duì)比試驗(yàn)的方法為：升壓后自行放電1min，期間測(cè)PD參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。表中N1表示穩(wěn)定電壓作用下第一分鐘內(nèi)PD電荷量大于Q0的次數(shù)。

從表1可以看出，經(jīng)過(guò)壽命試驗(yàn)的絕緣已有不同程度老化的試品與未經(jīng)壽命試驗(yàn)的試品的PD檢測(cè)有以下差別：

（1）老化了的試品的U1（平均4kV）遠(yuǎn)小于未經(jīng)試驗(yàn)的元件的U1（平均7kV）。第一次PD都是在升壓過(guò)程中出現(xiàn)，而老化了的試品的重復(fù)充放電試驗(yàn)后，經(jīng)強(qiáng)電場(chǎng)、大電流的作用，試品絕緣材料被劣化，膜及油中出現(xiàn)炭化微粒或產(chǎn)生的氣泡增多，在升壓的過(guò)程中氣泡、雜質(zhì)中易出現(xiàn)PD造成U1下降。可見(jiàn)，用U1的大小能反映出同樣結(jié)構(gòu)的絕緣的優(yōu)劣。

（2）老化了的試品的N1通常都大于N0，且N0接近于0；而未經(jīng)驗(yàn)的試品的N1與N0無(wú)明顯差別。

3．3不同壓緊系數(shù)試品的PD比較試驗(yàn)

表2為多個(gè)試品的在外加穩(wěn)定電壓4min的條件下測(cè)得的PD參數(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果電壓U1取3個(gè)范圍，表中N4表示穩(wěn)定加壓后第4min內(nèi)PD量大于Q0的次數(shù)。

由表2可以看出：

（1）壓緊系數(shù)K與U1值的大小對(duì)應(yīng)關(guān)系。

總體看來(lái)K小的電容器元件的U1值稍高。如K＝0．78、0．81的試品中，U1＞10kV的占試驗(yàn)總數(shù)的60％，而在K＝0．84、0．86的試品中僅占18％。分析其原因，可能在于

K值大的試品，介質(zhì)中的三層膜之間、膜與鋁箔之間的貼合更緊密；在真空干燥和浸漬時(shí)，K值大的元件中S油的滲透比較困難，氣泡難以脫出；升壓過(guò)程中氣隙易發(fā)生局部放電，因而U1值較小。

（2）在相近的外加穩(wěn)定電壓范圍內(nèi)（10．5～12kV），放電次數(shù)與K值的大小也呈相應(yīng)關(guān)系。

如穩(wěn)定加12kV的電壓4min，則K＝0．78和0．81的試品的N4遠(yuǎn)大于K＝0．84和0．86的試品。前者的N4＞N0，可見(jiàn)K小的試品在穩(wěn)定耐壓條件下，絕緣性能劣于K值大的試品。壽命試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了這一點(diǎn)，充電電壓為15kV的充放電壽命試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

（3）元件出現(xiàn)大量PD時(shí)臨界電壓的確定。

試驗(yàn)情況表明，隨著外加直流電壓的升高，試品出現(xiàn)PD的次數(shù)及放電量都會(huì)增加。重復(fù)充放電試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，當(dāng)電容器元件在穩(wěn)定直流電壓作用階段，每分鐘出現(xiàn)大于10pC的PD量達(dá)到30次以上時(shí)，脈沖電容器運(yùn)行在這種狀態(tài)下時(shí)將加快絕緣劣化，壽命大為下降。設(shè)出現(xiàn)大量PD時(shí)的最小外加穩(wěn)定直流電壓為臨界電壓UPD，確定脈沖電容器局部放電試驗(yàn)的UPD值對(duì)電容器結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)很有參考價(jià)值。

圖3為UPD與t的關(guān)系曲線。由圖可以看出，隨著t的上升，UPD迅速減小。而當(dāng)外加電壓低于9kV時(shí)，即使t＞10min試品也不會(huì)出現(xiàn)大量的PD。

由于UPD與加壓時(shí)間t密切相關(guān)，因此，需要選擇一個(gè)穩(wěn)定加壓時(shí)間的UPD。圖4是對(duì)20個(gè)試品在穩(wěn)定加壓條件下，記錄的第四分鐘內(nèi)出現(xiàn)大量PD的概率。當(dāng)外加電壓達(dá)到12kV，大量PD出現(xiàn)的概率為47％。此時(shí)的電壓小于電容器擊穿電壓，對(duì)電容器絕緣不造成損傷。若設(shè)定此時(shí)對(duì)應(yīng)外加電壓為臨界電壓，則該批試品的平均UPD可選10～12kV范圍，試驗(yàn)時(shí)加壓時(shí)間可選4min左右。

4結(jié)論

（1）脈沖電容器元件的PD特性可用出現(xiàn)第一次大于規(guī)定PD量時(shí)的外加直流電壓值U1、規(guī)定直流電壓下規(guī)定時(shí)間內(nèi)放電次數(shù)Nt、自行放電時(shí)間內(nèi)的N0及最大視在放電量Q0等參數(shù)來(lái)表征。

（2）絕緣性能良好的電容器的U1值較高，且Nt較小，并有Nt≈N0的現(xiàn)象，壽命也比較長(zhǎng)。可以據(jù)此判斷脈沖電容器元件的絕緣性能優(yōu)劣。

（3）根據(jù)壽命試驗(yàn)結(jié)果及PD試驗(yàn)結(jié)果，選擇合適的試驗(yàn)電壓UPD，在該電壓作用下，出現(xiàn)次數(shù)有限的PD，測(cè)量該電壓下固定時(shí)間內(nèi)局部放電的電量和次數(shù)，有助于判別絕緣的優(yōu)劣。

參考文獻(xiàn)：

［1］U．Formm，InterpretationofPartialDischargesatDCVoltage，IEEETrans．Vol．DEI－2，No．5，761－769，1995

［2］華中工學(xué)院，上海交通大學(xué)合編．高電壓試驗(yàn)技術(shù)，北京：水利電力出版社，1983