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电力电容器基础知识及常见运行问题④
4 电力电容器常见运行问题
4.1 常见问题（并联电容器）
（1） 投运时的涌流
产生原因： LC串联谐振， 涌流频率为几百至几千Hz，可达正常电流的数十倍， 其维持时间一般在几十至几百ms；
主要危害： 造成CT击穿， 开关触头电磨损。
（2） 退出时的过电压
产生原因： 开关重燃， 产生的过电压倍数最大可达5倍以上。
主要危害： 造成电容器及相关设备过电压击穿。
图4.1 开关的重燃原因
（3） 运行中的过电流及过电压
产生原因： 电源中的高次谐波与电路的L、 C参数产生谐振。
主要危害： 长时间的过电流和过电压。
4.2 保护措施
a. 串联电抗器限流；
b. 采用无重燃开关（如SF 6 开关） ， 末经老练的真空开关刚投入使用时， 重燃几率为2～6%， 运行中断开电容电流30次后， 基本上就不重燃了；
c. 开关中增加辅助触头和并联电阻；
d. 单元件熔断丝保护；
e. 加装避雷器保护；
f. 三相电容器组采用双星形接法， 当其中某个电容器损坏时， 利用中性点不平衡电流启动保护电路。
图4.2 电容器的保护措施
图4.3 电容器组的双星形接法
5. 电容器试验项目
5.1 到货后的验收试验
（1） 外观检查；
（2） 密封性检查；
（3） 电容量测量；
（4） 工频耐压试验（通常为出厂试验的75%） ；
（5） tanδ测量； （并联电容器、 集合电容器不做）
（6） 绝缘油试验（集合电容器） 。
用户可以根据需要与厂家协商增加型式试验或出厂试验中的某些项目（比如冲击试验、局部放电测量等） 。
5.2 安装后的验收（交接） 试验
（1） 测量绝缘电阻；
（2） 测量耦合电容器、 断路器电容器的tanδ及电容值；
（3） 500kV耦合电容器的局部放电试验（对绝缘有怀疑时） ；
（4） 并联电容器交流耐压试验；
（5） 冲击合闸试验
5.3 预防性试验
（1） 极对外壳绝缘电阻测量（集合电容器增加相间） ；
（2） 电容量测量；
（3） 外观及渗漏油检查
（4） 红外测温；
（5） 测量tanδ（并联电容器及集合电容器不做） ；
（6） 低压端对地绝缘电阻（耦合电容器） ；
（7） 交流耐压和局部放电试验（耦合电容器， 必要时） ；
（8） 绝缘油试验（集合电容器） 。
6. 电容器的试验方法
6.1 外观检查
外观检查主要是观察电容器是否存在变形、 锈蚀、渗油、 过热变色、 鼓胀等问题。
6.2 密封性检查
用户一般只能采用加热的方法，在不通电的情况下将试品加热到最高允许温度加20℃的温度，并维持一段时间（2小时以上），仔细检查容易产生渗油的部位。
6.3 绝缘电阻测量
6.3.1 基本概念
在夹层绝缘体上施加直流电压后， 会产生三种电流， 如图6.1所示。
图6.1 夹层绝缘体的等值电路
1) 电导电流i R ， 与绝缘电阻有关；
2） 电容电流i C ， 与电容量有关；
3） 吸收电流i 1 ， 由绝缘介质的极化过程引起。
一般认为电容电流衰减很快，吸收电流的衰减时间较长，对绝缘电阻的测量影响较大，这种分析只是在电容量C比较小的情况下才成立。当电容量较大、而兆欧表又不能提供较大的充电电流时，电容电流反而会成为影响测量结果的主要因素。试品电容量越大，对兆欧表的短路输出电流要求越高。
表6. 1 对兆欧表短路电流的要求（参考值）
6.3.2测量方法
1） 测量部位： 并联电容器只测量两极对外壳的绝缘电阻； 分压电容器以及均压电容器测量极间绝缘电阻；耦合电容器测量极间及低压电极对地的绝缘电阻；
2） 测量接线： 兆欧表的L端子接被试设备的高压端，E端子接设备的低压端或地，当需要屏蔽其它非被试设备时， 兆欧表的屏蔽端G与其它非被试设备连接；
3） 测量步骤：
a． 测量前应将电容器两极对地短接充分放电5分钟以上； （放电）
b． 兆欧表建立电压后分别短接L、 E端子和分开L、 E端子， 兆欧表应显示零或无穷大； （效验）
c． 兆欧表的高压端子L与被试品的连接或分开均应在兆欧表建立电压的情况下进行； （准确、 反充电）
d． 测量吸收比时记录15秒和60秒时的绝缘电阻； 测量极化指数时记录1分钟和10分钟的绝缘电阻值；
e． 测量后应将电容器两极对地短接放电5分钟以上。
6.4 电容量测量
（1） 电压电流法
试验接线见图6.2。
图6.2 电压电流法测量电容量
电容量的计算：
(6.1)
式中：
I： 电流， A
U： 电压， V
ω ： ω = 2πf， 电源频率为50Hz时， ω =314
如果取电压U=159. 2 V， Cx的单位为μ F， 侧有：
Cx=20 I(μF) (6.2)
成套的电容、电感测量装置，其原理一般是基于电压电流法，有些仪器为了避开50Hz的电源干扰，采用低于或高于50Hz的电源进行测量，仪器采用开口CT测量电流， 因此在测量时不用打开电容器的连接线， 仪器自 动根据电压和电流值计算电容值或电感值。
（2） 双电压表法
（3） 电桥法
在采用电桥测量时，试验前应估算试验中的电容电流值， 以便确定试验电源的容量和选择仪器的量程。
（4） 电容表法
适合测量单个电容器的电容量。
6.5 tanδ测量
6.5.1 tanδ的概念
电容器中介质损耗的组成：
（1） 泄漏电流引起的损耗；
（2） 介质极化损耗；
（3） 局部放电引起的损耗。
tanδ是电容器的有功损耗
P与电容器消耗的无功功率Q 图6.3 介质损耗角
的比值：
δ为介质损耗角。
图6.4 串联等值电路
串联等值电路和并联等值电路可以互相转换， 而且有： R b ＞＞R C
图6.5 并联等值电路
6.5.2 多个元件电容器的tanδ
多元件的电容器总的介质损耗为：
（1） 多个不相同的元件并联
为了便于分析， 电容元件也采用并联等值电路。
图6.6 多元件并联
此时各元件的有功损耗和无功损耗各为：
式中， X = 1～n， 将这些关系代入(6. 6) 式， 整理后可得：
（2） 多个不相同的元件串联为了便于分析， 电容元件也采用串联等值电路
图6.7 多元件串联
将以上关系代入(6. 6) ， 整理后可得：
（3） 只有两个不同的元件并联或串联并联时：
（4） 多个相同元件串联或并联
即正常情况下总体介质损耗因数与单元件的介质损耗因数相等。现假定元件总数为50个， 正常单个元件的tanδ为0.2%。
a． 第一种情况， 某个元件的tanδ增大为5倍：
b． 第二种情况， 其中一个元件的tanδ 为零：
计算结果说明总体介质损耗因数总是小于元件中的最大值而大于元件中的最小值，元件数越多，总体的变化越不明显，说明总体tanδ对个别元件的缺陷不灵敏。
6.5.3 tanδ测量
一般用交流电桥测量，电桥的几种接线方式如下。
图6.8 电桥的三种接法
a． 正接法： 适用于电容器无接地端的情况， 测量准确度高， 电桥测量电路处于低电位， 比较安全；
b． 反接法： 适用于电容器一端接地的情况，测量结果受引线对地电容的影响，所以测出的电容值比正接法大，不能反映真实的电容值。电桥测量电路处于高电位， 安全性差；
c． 角接法： 适用于电容器一端接地的情况，测量结果受升压器、引线的对地电容影响，准确性稍差，但由于电桥的测量电路位于低电压，安全性好。
6.5.4 测量注意事项
（1） 由于试验设备容量的原因， 目 前不要求测量并联电容器的tanδ。
（2） 耦合电容器电容量相对也较大，试品本身容抗小，受与其串联的接触电阻、接地电阻影响比较大，应注意：
a. 试验接线接触必须良好；
b. 接地线应可靠接地， 最好接在设备的接地端上；
c. 如果采用地刀接地， 应防止地刀接地不良造成的测量误差。
6.6 交流耐压试验
6.6.1 概述
（1） 交接时只对并联电容器进行。试验电压加在电极引线与外壳之间，主要检查外包油纸绝缘、油面下降、 瓷套污染等缺陷。
（2） 对耦合电容器必要时进行交流耐压试验。（按出厂试验值的75%考虑）
（3） 为了减小试验设备容量， 通常都采用串联或并联谐振法进行。
（4） 测量高压的电压表或分压器应直接接在被试品的高压端上
6.6.2 常规试验方法
图6.9 常规交流耐压试验接线
注意事项：
1） 电压表的高压端子必须直接接在被试品的高压端子上；
2） 升压速度在试验电压的75%以下时不规定升压速度，但从75%试验电压升到100%试验电压则要求升压速度为每秒2%，即在12.5秒左右升到100%试验电压值， 避免在接近规定试验电压附近停留太久的时间。
3） 试验前后要做好高压试验的安全措施。
6.6.3 串联谐振交流耐压试验
图6.10 串联谐振法交流耐压试验接线(调感式)
串联谐振的特点：
在试验回路中， 由于电容器也存在一定的损耗，相当于增大了损耗电阻R， 所以试验回路总的等效品质因数Q S 会比电抗器的Q值要小一些：
一旦试品击穿， X C 变为零， 谐振条件被破坏， 此时回路阻抗变为：
试品击穿后电流为：
即： 串联谐振耐压中一旦试品击穿， 回路电流就会下降为Q份之一， 不存在过电流的问题， 所以试验比较安全。
串联谐振耐压的优点：
（1） 减小升压器输出电压为试验电压的Q份之一， 从而减小试验设备容量；
（2） 试品击穿后电流下降为原来的Q份之一， 比较安全。
（3） 不需要串接限流电阻。
6.6.4 并联谐振交流耐压试验
图6.11 并联谐振法 (调感式)交流耐压
并联谐振特点：
并联谐振耐压试验特点：
（1） 试验电流为试品电流的Q份之一， 从而减小试验设备容量；
（2） 试品击穿时试验电流可能会增加， 过流保护应可靠；
（3） 需要串接限流电阻。
6. 6. 5 谐振耐压的调谐方式
1） 电路参数的计算前面已介绍通过调节电路的电感、 电容或频率都可以使电路达到谐振状态。 试验标准规定工频耐压时的频率范围为45Hz～65Hz， 在选择电路参数时应满足这一要求。当频率为50Hz、电容的单位为μF、电感的单位为H时，可按下式估算电感或电容：
对于调感或调容装置， 可通过微调电感量或电容量使电路达到谐振状态。 如果采用调频装置， 确定电感或电容后， 再按下式计算实际的谐振频率：
如果频率落在45Hz～65Hz范围内， 电感L或电容C就不用再调整， 如果频率超过65Hz， 应增加电感量或电容量； 如果频率低于45Hz， 应减小电感量或电容量。
2） 调谐方法
调谐时应在约10%额定试验电压下进行。 串联谐振法在调谐过程中主要是监视回路的电流和试品上的电压， 当回路电流或被试品上的电压达到最大
时， 说明回路已经达到谐振状态； 并联谐振法在调谐时主要是监视电源的电流， 当电源电流下降到最小时， 说明回路已经达到谐振状态。 回路达到谐振
状态后，再按正常的升压速度升压试验。
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