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電力電容器基礎(chǔ)知識(shí)及常見運(yùn)行問題④
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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)， 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(gè)電容器損壞時(shí)， 利用中性點(diǎn)不平衡電流啟動(dòng)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(yàn)項(xiàng)目
5.1 到貨后的驗(yàn)收試驗(yàn)
（1） 外觀檢查；
（2） 密封性檢查；
（3） 電容量測量；
（4） 工頻耐壓試驗(yàn)（通常為出廠試驗(yàn)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(yàn)（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(yàn)或出廠試驗(yàn)中的某些項(xiàng)目（比如沖擊試驗(yàn)、局部放電測量等） 。
5.2 安裝后的驗(yàn)收（交接） 試驗(yàn)
（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(yàn)（對絕緣有懷疑時(shí)） ；
（4） 并聯(lián)電容器交流耐壓試驗(yàn)；
（5） 沖擊合閘試驗(yàn)
5.3 預(yù)防性試驗(yàn)
（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(yàn)（耦合電容器， 必要時(shí)） ；
（8） 絕緣油試驗(yàn)（集合電容器） 。
6. 電容器的試驗(yàn)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(shí)間（2小時(shí)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(huì)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(shí)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(shí)，電容電流反而會(huì)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(shí)， 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(yàn)）
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(shí)記錄15秒和60秒時(shí)的絕緣電阻； 測量極化指數(shù)時(shí)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(yàn)接線見圖6.2。
圖6.2 電壓電流法測量電容量
電容量的計(jì)算：
(6.1)
式中：
I： 電流， A
U： 電壓， V
ω ： ω = 2πf， 電源頻率為50Hz時(shí)， 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(shí)不用打開電容器的連接線， 儀器自 動(dòng)根據(jù)電壓和電流值計(jì)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(shí)，試驗(yàn)前應(yīng)估算試驗(yàn)中的電容電流值， 以便確定試驗(yàn)電源的容量和選擇儀器的量程。
（4） 電容表法
適合測量單個(gè)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(gè)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(gè)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(shí)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(gè)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(gè)不同的元件并聯(lián)或串聯(lián)并聯(lián)時(shí)：
（4） 多個(gè)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(gè)， 正常單個(gè)元件的tanδ為0.2%。
a． 第一種情況， 某個(gè)元件的tanδ增大為5倍：
b． 第二種情況， 其中一個(gè)元件的tanδ 為零：
計(jì)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(gè)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(shí)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(xiàng)
（1） 由于試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)
6.6.1 概述
（1） 交接時(shí)只對并聯(lián)電容器進(jìn)行。試驗(yàn)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(shí)進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)。（按出廠試驗(yàn)值的75%考慮）
（3） 為了減小試驗(yàn)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(yàn)方法
圖6.9 常規(guī)交流耐壓試驗(yàn)接線
注意事項(xiàng)：
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(yàn)電壓的75%以下時(shí)不規(guī)定升壓速度，但從75%試驗(yàn)電壓升到100%試驗(yàn)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(yàn)電壓值， 避免在接近規(guī)定試驗(yàn)電壓附近停留太久的時(shí)間。
3） 試驗(yàn)前后要做好高壓試驗(yàn)的安全措施。
6.6.3 串聯(lián)諧振交流耐壓試驗(yàn)
圖6.10 串聯(lián)諧振法交流耐壓試驗(yàn)接線(調(diào)感式)
串聯(lián)諧振的特點(diǎn)：
在試驗(yàn)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(yàn)回路總的等效品質(zhì)因數(shù)Q S 會(huì)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(shí)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(huì)下降為Q份之一， 不存在過電流的問題， 所以試驗(yàn)比較安全。
串聯(lián)諧振耐壓的優(yōu)點(diǎn)：
（1） 減小升壓器輸出電壓為試驗(yàn)電壓的Q份之一， 從而減小試驗(yàn)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(yàn)
圖6.11 并聯(lián)諧振法 (調(diào)感式)交流耐壓
并聯(lián)諧振特點(diǎn)：
并聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)特點(diǎn)：
（1） 試驗(yàn)電流為試品電流的Q份之一， 從而減小試驗(yàn)設(shè)備容量；
（2） 試品擊穿時(shí)試驗(yàn)電流可能會(huì)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(jì)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(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定工頻耐壓時(shí)的頻率范圍為45Hz～65Hz， 在選擇電路參數(shù)時(shí)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(shí)，可按下式估算電感或電容：
對于調(diào)感或調(diào)容裝置， 可通過微調(diào)電感量或電容量使電路達(dá)到諧振狀態(tài)。 如果采用調(diào)頻裝置， 確定電感或電容后， 再按下式計(jì)算實(shí)際的諧振頻率：
如果頻率落在45Hz～65Hz范圍內(nèi)， 電感L或電容C就不用再調(diào)整， 如果頻率超過65Hz， 應(yīng)增加電感量或電容量； 如果頻率低于45Hz， 應(yīng)減小電感量或電容量。
2） 調(diào)諧方法
調(diào)諧時(shí)應(yīng)在約10%額定試驗(yàn)電壓下進(jìn)行。 串聯(lián)諧振法在調(diào)諧過程中主要是監(jiān)視回路的電流和試品上的電壓， 當(dāng)回路電流或被試品上的電壓達(dá)到最大
時(shí)， 說明回路已經(jīng)達(dá)到諧振狀態(tài)； 并聯(lián)諧振法在調(diào)諧時(shí)主要是監(jiān)視電源的電流， 當(dāng)電源電流下降到最小時(shí)， 說明回路已經(jīng)達(dá)到諧振狀態(tài)。 回路達(dá)到諧振
狀態(tài)后，再按正常的升壓速度升壓試驗(yàn)。
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