干式直流电容器全链条国产化关键技术探讨

高性能薄膜电容器广泛应用于新能源交通工具、输变电工程、医疗救治器械和电磁脉冲武器等领域,其中干式直流电容器更是柔性直流输电的重要装备。目前薄膜电容器生产过程中从原料到重要装备完全依靠国外技术,高端薄膜电容器超净聚丙烯(PP)原料完全依赖从国外进口,加工双向拉伸BOPP薄膜和电极蒸镀等大型生产设备都是从发达国家购买,严重制约了我国薄膜电容器技术研发和工程应用,特别是在当前的复杂国际环境下带来诸多隐患,一旦国外禁止向我国出售相关原料和设备,将严重影响我国高科技领域的发展。由此,在当前复杂的国际环境和我国政府提出的“双碳”目标背景下,必须下大力气着力解决影响薄膜电容器领域发展的诸多关键因素,依靠自主技术服务于新能源系统建设。在国家重点研发计划“干式直流电容器用电介质薄膜材料”重点专项支持下,本文从薄膜电容器用电工级超净PP原料入手,探讨通过相关领域科研院所与相关企业深度合作,进行电工级超净PP原料技术攻关,解决研发验证过程中存在的问题,从全局观出发力图解决我国干式直流电容器工程应用面临的重大问题,形成我国干式直流电容器全链条国产化关键技术。

国产电容器的质量评价方法

电容器作为电路系统中广泛使用的基本元件,其质量直接影响到电路性能的发挥。面向信息领域国产化替代需求,系统研究和探讨了开展国产电容器(器件级)验证评价时可选择的质量检测和可靠性评价方法,以及可参考的通用评价准则。同时,结合实践案例,重点阐述了国产电容器在实施验证过程中和实际使用中的注意事项,为相关领域工程师开展国产电容器的可用性和可靠性评价工作提供了参考范例。

全膜脉冲电容器电热老化分析

全膜脉冲电容器是脉冲功率系统的重要储能单元,其寿命影响着整个系统的可靠性。在脉冲工况下,全膜脉冲电容器的失效多为突发失效,且寿命的分散性较大。为探究全膜脉冲电容器老化失效机理,开展了其寿命试验及电场与温度场的仿真。利用LTD基本放电单元(Brick)实验腔体对电容器进行寿命测试并获得失效电容器,分析了失效电容在不同故障形式下的失效原因,并利用有限元分析软件对电容器局部“电场易畸变”区域进行了电场仿真,说明上述区域存在的畸变电场是发生绝缘介质击穿的主要原因;对电容器进行温度场分析,发现电容器温度与充放电频率成正相关,温度最高点位于电容器几何中心处附近,在充放电频率较低时,电容器温升不明显,说明在较低充放电频率下,电容器绝缘介质老化以电老化为主,而非热老化。

基于自适应模拟退火优化算法的集合式电容器局放定位研究

集合式电容器内部局部放电问题可能导致绝缘介质破坏和设备故障。已有的局部放电检测技术在集合式电容器中受到电磁干扰的限制。为此,提出了一种自适应模拟退火粒子群超声定位方法。该方法结合超声检测法克服电磁干扰对定位精度的影响,通过对粒子群参数进行自适应优化,并应用模拟退火和轮盘赌策略进行优化。为检测该方法的效果,通过对比实验表明,该方法提高了定位的准确性和稳定性,为集合式电容器局部放电定位问题提供了有效的解决方案。

基于性能退化的铝电解电容寿命预测方法研究

应用表明铝电解电容是电源系统中故障率最高的元件,是影响电源系统长期运行可靠性的关键器件。为了评估铝电解电容在长期应用条件下的可靠性与寿命,对铝电解电容退化机理与退化模型进行研究分析,在已有模型研究成果的基础上,结合铝电解电容加速退化试验数据,提出了一种基于幂函数的电容量退化轨迹模型。采用该退化轨迹模型,开展了基于退化量分布的铝电解电容退化数据统计分析与寿命预测。根据寿命预测结果,某型铝电解电容在正常工作条件下95%可靠寿命超过18年。

液体钽电容失效分析

液体钽电容漏液会直接影响到电子设备长期可靠稳定工作,是钽电容应用过程中经常遇到的问题。基于此,从井下仪器电源板液体钽电容漏液失效故障入手,针对液体钽电容的失效原因开展了失效试验、失效检测与失效分析。首先,对试验样品施加周期性环境应力使其暴露故障;然后,通过5个阶段对试验样品进行检测与分析,确定液体钽电容漏液是由于外部应力导致其阳极密封结构有裂纹造成的。最后,针对液体钽电容的安全使用提出了建议。

柔性直流输电用干式直流电容器工况验证试验回路研制

干式直流电容器作为柔性直流输电换流阀的核心组件,尚未开展阀组级工况试验验证。通过对目前实验室条件下换流阀组件运行情况的调研,确定采用被试阀段与陪试阀段对拖运行的拓扑,以满足验证试验回路构建的要求。通过仿真分析和系统试验,证明在满足经济性和实用性要求下,正常工作时回路各阀段至少需要5个子模块串联。考虑到该试验回路需要针对不同型号规格的电容器开展运行试验,叠层母排采用了特殊的设计,方便参数测量和电容器更换。

面向新鲜乳品质量检测的RFID传感器设计

针对新鲜乳品质量便捷测量的需求,提出一种基于电容传感器阻抗分析以及射频识别能量与数据传输的柔性射频识别传感器标签。设计并优化了叉指电容传感器前端,通过阻抗分析感知乳品质量变化。通过天线仿真优化提高无线供电效率,利用近场通信数据交换格式归一化数据实现无线传输与显示。通过研究传感器前端和高频天线线圈屏蔽作用并对其优化改进,提升了传感器的抗干扰能力。利用pH值作为参考值确定乳品变质时间节点,并对所提出方法进行了实验验证,结果显示传感器标签在1.5cm内能够稳定工作,测量最大相对误差为3.28%,新鲜度判断结果能够有效反应乳品实际变质情况。

换流阀用直流支撑电容器试验方法探讨

换流阀用直流支撑电容器在用电力电子电容器标准中的试验项目进行试验时,存在一些问题,主要有对电容器缺乏可供参考的参数;国内换流阀用直流支撑电容器电气性能按GB/T 17702标准规定条款要求进行的试验,由于国内生产是处于开始阶段,一些厂家的生产试验设备也在完善中,不能完全满足标准方面的要求;金属化膜电容器在运行中存在电容量会随着时间的增加缓慢衰减,国内外无相关高压金属化膜电容器长时间运行的经验,要保证长时间可靠的运行等问题。本文就这些问题进行分析。主要讨论的试验项目有电容及损耗角正切测量、密封性试验、热稳定性试验、短路放电试验、破坏试验、外壳爆破能量试验、自愈性试验等,并提出笔者的见解与建议。

薄膜电容器加速寿命预测研究

为缩短高可靠性、长寿命薄膜电容器寿命评估周期,降低评估费用,针对薄膜电容器开展加速寿命预测方法研究。选择温度为加速应力,开展加速寿命试验,并根据电容器容量衰减特征,对测试结果进行线性拟合得到伪寿命数据。基于阿伦尼斯加速模型和威布尔分布模型,得到薄膜电容器常温条件下的寿命数据和寿命分布模型。结果表明,该加速寿命预测方法是合理且有效的,可为对电容器及相关产品寿命评估提供有益借鉴。

基于国产粒子的BOPP膜性能测试及高压电容器试验研究

聚丙烯薄膜是电力电容器核心材料之一,其原材料聚丙烯粒子全部依赖国外进口,为解决这一“卡脖子”问题,近年来多家高校、企业都针对电容器产业链国产化开展了许多研究。本文测试了不同聚丙烯粒子制备的聚丙烯粗化薄膜电气强度、相容性、老化性能等,测试结果表明,国产粒子制备的聚丙烯薄膜与进口粒子制备的聚丙烯薄膜性能相当,在直流电场作用下国产粒子薄膜的击穿场强高于进口粒子薄膜,但分散性较大。基于国产粒子薄膜研制的电容器通过第三方检测机构的试验认证,主要技术指标方面与进口材料电容器性能相当,表明国产粒子制备的聚丙烯粗化薄膜能满足电容器使用需求,有望替代进口粒子实现国产化。

电容式电压互感器铁磁谐振试验测控装置

电容式电压互感器的铁磁谐振试验,需要对试验波形进行分析处理,人工处理比较繁琐,耗时较长。针对这一问题,本文介绍了一种电容式电压互感器铁磁谐振试验测控装置,可对短路开关进行控制,自动采集和分析试验波形,自动存储试验结果和波形数据,。将该装置用于实际电容式电压互感器进行铁磁谐振试验中,结果显示,测控装置比人工处理波形省去了人工处理波形的时间,提高了工作效率。

电力电容器外壳耐受爆破能量试验系统设计

电容器外壳耐爆性能是电力电容器的重要安全性指标之一,相关的行业标准仅给出了该项测试的具体要求,并未对测试方法进行明确的要求。通过分析现行标准对电力电容器外壳耐受爆破能量试验的具体要求,基于RLC回路电流法,对试验回路参数设计进行理论计算。基于理论计算数据,设计出电力电容器外壳耐受爆破能量试验系统所需储能电容、电阻、电感等元件参数,并根据放电电流特点选取了电流测量元件参数,最终搭建出完整测试系统。同时选取了3种规格电容器进行了验证测试,测试结果表明,基准放电波形的相邻峰值比均大于0.8,放电电流波形的频率均大于4kHz,符合DL/T1774中关于电容器外壳耐受爆破能量试验中对放电电流波形的要求,进一步验证了该方法设计的电容器外壳耐受爆破能量试验装置符合实际应用需求。

高压直流输电换流阀阻尼电容器故障机理分析和防范对策研究

详细论述了高压直流输电换流阀阻尼电容器的电气工作原理以及不同类型阻尼电容器的工艺结构和电气特性,对该电容器运行中出现故障的机理进行了分析,通过仿真及大量冲击放电试验结果的对比,说明大电流冲击下不同类型阻尼电容器元件结构及材料对其电气参数的影响,得出金属铝箔式电容器耐电流冲击特性更优,更适合作为高压直流输电换流阀阻尼电容器的结论。

currentMKMJ25-22型自愈式脉冲电容器耐久性试验条件的验证及其重要意义

随着电力装备制造技术的不断提升,自愈式脉冲电容器作为一种关键的电子元器件,在多个领域的应用逐渐得到广泛推广。为了确保这些电容器在实际应用中的稳定性和可靠性,必须对其进行严格的耐久性试验。然而,目前主流的试验方法尚不能准确快速地反映MKMJ25–22型自愈式脉冲电容器的实际性能。针对MKMJ25–22型自愈式脉冲电容器的试验问题,文章对标行业试验标准,对试验设备的能力进行了理论分析,并在元件选取、充放电回路等方面对试验回路进行了优化设计。通过对1台MKMJ25–22型自愈式脉冲电容器进行2000次的耐久性试验,证明回路、设备、配件均能够满足MKMJ25–22型自愈式脉冲电容器的试验要求。

温度对PDC法测试冲击电容器结果的影响解析

基于温度对PDC法测试冲击电容器的结果影响展开研究,了解PDC法测试冲击电容的详细情况,保证PDC法测试冲击电容器的结果可靠性,可以提升测试水平。但是受到温度的影响,不利于PDC法测试冲击电容器的水平,可能导致结果出现变化。在测试时,要注意对结果的控制,降低温度的影响,提高测试水平。

天然酯绝缘油与电容式电压互感器的相容性研究

本文作者从天然酯绝缘油与CVT的使用材料入手,研究彼此间的相容性,通过电容器心子小型样件的元件击穿耐压试验,验证电容器心子浸渍天然酯绝缘油的性能,对后续天然酯绝缘油在CVT及耦合电容器上的利用提供了依据。

10 kV并联电容器组不平衡保护动作诊断及分析

针对一起10 kV并联电容器组不平衡保护动作的故障案例,通过现场对并联电容器、电抗器、放电线圈、避雷器等进行诊断性试验,利用PSCAD对不平衡电压仿真计算,以及根据规程重新核算保护定值,最终确认了引起保护动作原因为该电容器内部存在故障以及不平衡保护定值设置不当。

金属化膜电容器的恒定湿热试验

随着新能源汽车领域的兴起,电动汽车的发展趋势迅猛,金属化膜电容器以其独特优势在此领域的需求量越来越大。电动汽车的集成模块通常结构紧凑,但散热较差,使得金属化电容器在高温度高湿度的恶劣环境下运行,因此如何提高金属化膜电容器的耐高温高湿性能逐渐成为一项重要的研究内容。本文主要介绍恒定湿热的相关概念和标准,研究金属化膜电容器在恒定湿热(双85)试验中电容量衰减反应机理,阐述加速老化使电容器在早期失效期暴露缺陷双85试验的目的。通过恒温恒湿箱对X2产品进行双85试验,解剖产品心子,呈现金属化膜内部金属层缺失情况,并作出相应分析,并提出了金属化膜电容器通过双85试验的建议,为提高电容器的耐高湿热性能提供理论及试验依据。

基于虚拟电容的构网型MMC快速平滑切换策略

为减小构网型模块化多电平换流器黑启动完成后的并网瞬间冲击,提出一种综合考虑并网点电压的幅值、频率及相位的最优并网控制策略。通过实时检测并网两端的电压幅值、频率及相位,达到阈值后开始并网。同时,针对该策略同步时间过长的问题,提出一种基于虚拟电容的构网型模块化多电平换流器快速并网切换控制策略,在控制环节引入虚拟电容快速调节构网型模块化多电平换流器的电压相位,节省储能型模块化多电平换流器的备用容量。最后,通过搭建硬件在环测试平台验证最优并网控制和快速并网切换控制策略的有效性和正确性。