高压陶瓷电容特性及在配网柱上开关的应用研究

电压传感器是深度融合型柱上开关的关键器件,其自身直接承受电压载荷,是深度融合柱上开关产品开发成败的关键。以无机物介质为载体的高压陶瓷电容器,具有体积小、容量大、寿命长的特点,尤其契合深度融合型固封极柱的结构特点和应用场景。文中首先分析了陶瓷电容器件特性,再结合深度融合柱上开关产品的具体应用场景,开发了基于高压陶瓷电容器的一二次融合柱上开关产品;相关研究表明,高压陶瓷电容器在配网领域应用具有相当潜力。

电容器薄膜用聚丙烯原料微量元素分析方法

为了精确分析电容器薄膜用聚丙烯原料中微量元素,介绍了电容器薄膜用聚丙烯原料进行元素测定时的干法灰化法以及微波消解法两种预处理方法,比较了不同方法对分析结果的影响。对比了几种分析手段的特点,选择电感耦合等离子体质谱法作为分析手段。相比于干法灰化法,微波消解法的准确度和精密度都较高,微波消解法结合ICP-MS法适用于测定电容器薄膜用聚丙烯原料中的微量金属元素,建立了基于ICP-MS法测定电容器薄膜用聚丙烯原料中微量金属元素含量的方法。

直流支撑电容器圆元件的散热模型与仿真研究

随着自愈干式金属化薄膜电容器应用范围的不断扩展,其散热方式与内部温升问题成为了重要的理论与工程问题。鉴于此,本文基于直流支撑电容器圆元件的发热规律,分析了电容器元件圆柱状整体均匀发热时发热体的热流分布。进一步,结合电热对偶原理,建立了圆元件热计算模型,并通过微分单元积分,得到了圆元件的热阻计算公式。最后,通过试验验证了圆元件的热计算模型的正确性,且提出了圆元件热计算的验证方法,为直流支撑电容器圆元件的发热提供理论与试验参考。

新型自愈式低压电容器研发及应用

介绍了新型自愈式低压电容器设计研发过程,详细叙述了此技术的主要特点及其在实际应用中对比传统同类型电容器的优越性。

重频大电流下金属化膜脉冲电容器温升累积效应研究

电磁发射技术中通常要求脉冲功率电源具有数十千安幅值、数毫秒脉宽的脉冲电流,并且具备重复频率连续发射能力。金属化薄膜电容器因其储能密度高、使用寿命长而被广泛应用于脉冲电源系统。根据脉冲电容器的结构及脉冲电源的工作模式,该文首先建立脉冲电容器的发热及散热模型;然后,在多物理场仿真软件COMSOL Multiphysics 5.6中建立瞬态温度场模型,并结合现有实验结果验证模型有效性,进而讨论重复频率脉冲放电应用中金属化膜脉冲电容器内部温升的累积现象。结果表明:在脉冲放电峰值1 kA、环境温度15℃、金属膜厚4 nm条件下,以12次/min的重复频率、30 s时间间隔连续工作10次后,脉冲电容器芯子最大温升为22.9℃。在此基础上,仿真分析环境温度、重复频率、脉冲电流峰值、电极厚度四方面因素对脉冲电容器温升的影响。该模型给出重频大电流下脉冲电容器内部瞬态发热规律,可为脉冲电容器合理运行和优化设计提供参考。

一种交错并联双向DC-DC变换器的新型磁集成技术

为了提高交错并联双向DC-DC变换器的功率密度,降低高频工作下的磁心损耗,提高变换器的整体效率,该文提出一种新型磁集成电感结构,采用分段绕组优化设计,通过计算磁心气隙以及各磁柱绕线匝数等参数,将两个分立的电感集成在一个EE型磁心上。使磁元件体积和重量分别减小了48.2%和46.7%。与现有的交错并联磁集成方案相比,该方法能有效降低磁心的饱和度,使磁心上的磁通分布更加均匀,减小电感磁心损耗,提高系统效率。最后,通过有限元仿真和实验样机验证该设计的正确性和有效性.

典型220 kV电容式电压互感器地震易损性研究

大量震害数据显示,高压电瓷型电气设备的地震易损性极高,在地震作用下,电气设备的瓷绝缘子根部最易发生破坏,进而导致设备失效、乃至电力系统失效。为了更加合理地描述该类设备在地震作用下的不确定性,并准确评估该类设备的抗震性能,文中以某220 kV电压互感器为研究对象,通过基于概率的易损性分析方法,考虑了4类不同类型的地震动,选用了峰值地面加速度和设备基本自振频率处对应的谱加速度做为地震动强度度量指标,给出了该220 kV电压互感器的多种易损性曲线。和传统的确定性方法相比,文中获取的易损性曲线可以更加合理地评估该类设备的地震易损性,可以更好地用于变电站系统的抗震韧性评估。

金属化膜电容器电热仿真分析

金属化薄膜电容器(Metallized film capacitor, MFC)是高压大容量电力电子系统领域广泛使用的储能器件,具有储能密度高和可靠性好等特点。在工作状态下,反复的充放电过程会使得电容器内部温度升高,过高的内部温度会导致电容器可靠性降低从而影响系统可靠性。对金属化膜电容器建立三维电场模型,获取其功率损耗;利用有限元软件,求解金属化膜电容器热模型,模拟实际工况下电容器的温升情况;最后搭建金属化膜电容器充放电试验平台,进行温度分布试验分析,验证了所建有限元模型的准确性。结果表明,建立的金属化膜电容器电热模型能够准确描述正常工况下的温升情况。所做工作将对电容器的寿命预测以及电力电子系统的可靠性分析提供参考。

高压全膜电力电容器热学数值模拟及实验研究

在设计高压电容器单元时,为了防止温度过高而引起薄膜电容鼓胀、击穿乃至爆炸等危险情况,有必要对其温升进行计算和校核。针对变电站补偿无功所使用的高压全膜电容器组,根据其几何结构与材料参数,设计一种包括热仿真边界条件的热学仿真模型,使用基于有限元方法的瞬态热仿真软件模块进行求解,得到电容器在热稳定状态下的整体温度云图;同时根据仿真结果,进一步分析3台电力电容器共同工作时的温度场分布;最后通过实验验证,研究对比电容器在额定工况下的内外部温度云图。仿真结果表明:电容器外部温度由头部至尾部呈上升后逐渐下降趋势,离底部约三分之一处温度最高,外壳底部温度略高于顶部;3台电容器同时工作时,外壳最高温度高出单台工作下外壁最高温度1.79℃。仿真与实验结果对比证明了建模方法的有效性。

脉冲用金属化膜电容器稳态热分析研究

在连续工作过程中,由于温度过高会影响金属化膜电容器的稳定性和安全性,有必要对其稳态进行热分析。通过有限元分析法和试验验证研究了一种脉冲用金属化膜电容器的稳态温度分布情况。分析了电容器内部热传导的过程,计算了电容器热传导载荷和散热边界条件,建立了电容器有限元仿真模型,对其施加热载荷情况下计算了内部温度分布情况,通过试验验证了仿真模型的正确性。并进一步分析了芯子卷绕参数和电容器工作周期对电容器内部温度分布的影响。结果显示:通过稳态热分析可以对电容器性能进行前置评估,对电容器优化设计有一定指导作用。

直流支撑电容器工作温升特性研究及优化设计

直流支撑电容器作为储能元件,在变流系统中主要起到电压支撑、滤波等作用。在连续工作中,持续的冲击电压、纹波电压及纹波电流加剧了电容器工作温升,严重影响电容器运行的可靠性。以某型号直流支撑电容器为研究对象,搭建了电容器有限元仿真模型,分析了芯子和铜排损耗对电容器工作温升的影响,通过仿真结果与试验结果对比分析验证了仿真模型的正确性。重点研究了铜排功率损耗对电容器工作温升的影响,通过遗传算法对铜排结构参数进行优化设计,设计方案有效降低了电容器内部温升。研究结果表明:当铜排厚度为0.4 mm,铜排宽度为9 mm时,电容器工作温度可以有效降低3.15℃。

高压电容器单元用内熔丝性能

内熔丝是高压电容器极间短路故障的重要保护措施,但是关于内熔丝分析计算目前还没有成熟的方法,内熔丝尺寸主要靠经验进行设计。为了得到电容器内熔丝的设计原则,开展了电容器元件击穿时的等值电路以及二阶电路理论分析,以特高压工程用BAM6.56-556-1W型电容器单元为例进行了计算、软件仿真和验证试验,得出了电容器元件击穿时流过击穿元件支路的暂态电流表达式和注入与击穿元件串联内熔丝能量的计算方法。利用该计算式得到的结果与EMTP-ATP软件仿真及试验结果一致,该成果解决了高压电容器单元用内熔丝能量计算和参数选择问题,研究成果可供内熔丝电容器设计参考。

基于模型识别的串补线路方向元件

提出了一种基于模型识别的串补线路方向元件的方向判别原理。采用时域算法,通过2种模型的模型误差、识别的电感值和电容值与实际值的差异构成方向判据。大量仿真验证表明,该方法不受衰减直流分量、故障类型、过渡电阻以及故障点位置影响,与传统工频量方向元件相比,不仅避免了电容器容抗大于背侧系统阻抗时引起的方向误判问题,而且提高了方向判别的准确性。

1000kV瓷外套MOA电阻片与瓷套电位关系的研究

为了提高电力系统运行的可靠性,笔者依据一个特定的实体模型,采用有限元ANSYS分析软件对1 000 kV系统用瓷外套MOA建立2-D模型,进行场强和电位分布计算,比较了采用并联均压电容前后MOA内部电阻片与瓷套内侧的电位和场强分布的变化。结果表明,MOA电阻片与瓷套内侧容易发生放电或闪络现象的位置分别为第1、4节单元距单元上法兰1/6～1/5处;并联均压电容之后各单元电阻片上的场强和承担的电压趋于均匀化,但某些单元的径向场强和电位差变大,在避雷器设计制造时应引起关注。

1000kV瓷外套MOA电阻片与瓷套电位关系的研究

依据实体模型,采用有限元ANSYS分析软件对1000kV系统用瓷外套MOA建立2-D模型,进行场强和电位分布计算。比较了采用并联均压电容前后MOA内部电阻片与瓷套内侧的电位和场强分布的变化,结果表明:MOA电阻片与瓷套内侧容易发生放电或闪络现象的位置分别为,第一节单元距单元上法兰的1/6～1/5处和第四节单元距单元上法兰的1/6～1/5处;并联均压电容之后,各单元电阻片上的场强和承担的电压趋于均匀化,但某些单元的径向场强和电位差变大,不利于MOA的安全运行。

一起220kV CVT二次电压偏高的分析处理

详细分析了一起CVT二次电压偏高故障的原因。结果表明,由于中压电容C22末端引出线未采用接线鼻子,而是通过铜绞线缠绕并锡焊处理。连接时,由于生产厂家工艺控制不严,末端引出线接线端部有缺陷。长期运行过程中,缺陷逐步扩大最终形成放电,破坏了油室之间的密封结构,造成高压电容C12上部电容元件由于缺油而击穿,引起二次电压升高。最后结合系统运行情况提出了相应的预防措施。

关于无熔丝电容器和内熔丝电容器优劣的一点看法

本文从理论上、试验情况、生产工艺、适用条件、运行条件要求和国内外运行条件的差异等多方面分析无熔丝电容器与内熔丝电容器的特点,从而得出两种不同结构的电容器具有什么样的适用条件,以及在适用条件下各自具有的优缺点。达到使电容器用户和电容器生产厂家能根据不同的使用条件,正确选择和生产适用结构的电容器产品,从而提高电容器装置使用的安全性和可靠性。

有限元法分析金属杂质对电力电容器元件内部电场的影响

用试验方法直接研究杂质对电力电容器元件内部电场的影响难度大,所以在考虑极板边缘结构的情况下,运用分析结构复杂模型有优势的有限元法进行电场仿真计算。通过有限元法对元件内部电场的计算结果以及电容器的实际运行经验,验证了改进元件模型的合理性。通过仿真计算结果,得到了不同粒径的金属杂质位于不同位置对电场分布的影响规律,为提高电容器的绝缘设计及生产工艺奠定了理论基础。

双断口结构对特高压SF_6断路器电场分布的影响分析

特高压断路器中常采用双断口或多断口串联,但串联结构在开断过程中会产生各断口间电位分布不均的情况,导致断口电场分布发生改变。为此,基于能量扰动法求得1 100 kV双断口SF6断路器灭弧断口等效电容及断口对地等效电容,确定并联电容值,进而得到双断口分压比。再采用有限元法仿真计算了断口的非对称3维电场,定量描述、对比分析了550 kV单断口灭弧系统与1 100 kV双断口灭弧系统触头沿面电场强度,得出了不同灭弧单元的电场变化规律,以及双断口结构对电场强度分布的影响。结果表明,采用双断口串联结构时,灭弧系统的断口间电压分配不均匀,且分压比随着开断距离的增大而减小;进而导致断口间电场强度以及开断故障电路时电弧重燃风险增大。因此有必要对双断口灭弧系统断口结构进行优化设计。

某500kV CVT的故障原因诊断及分析

针对一起由500 kV电容式电压互感器(CVT)的A相二次电压异常不稳定升高引起保护动作的故障,通过对该CVT的A相进行诊断试验发现,其上节耦合电容器的介损、绝缘电阻及电容值均严重不合格,初步分析是上节耦合电容器密封盖密封不严导致受潮,形成内部部分绝缘贯穿性放电通道,使得部分电容器元件被击穿或短接。通过吊芯检查证实了上部密封盖密封不严导致此CVT在一年的运行中逐渐受潮,电容器心子上有部分电容器元件被击穿或短接的放电痕迹。分析指出,部分电容器元件的被击穿或短接造成了分压比的变化,从而导致二次电压的升高,引起保护动作。