金属化膜电容器自愈理论及规律研究

主要研究金属化膜电容器的自愈特性及影响自愈过程的关键因素。研究表明,降低自愈放电过程中的自愈能量,是提高金属化膜电容器工作寿命和可靠性的有效途径。通过分析金属化膜自愈的物理过程,采用电测量法对影响自愈过程的各种参数及其相关性规律进行研究。对方阻R>30/□的金属化膜,在场强200V/m时开始出现击穿并发生自愈,在600V/m附近时击穿概率达到80%,电容器在高场强下工作可靠性降低。自愈面积与自愈持续时间随着自愈能量的增加而增加,自愈能量与电压的二次方成正比、与方阻的二次方成反比,采用高方阻金属化膜可有效降低电容量损失,提高电容器寿命。层间压强增大,自愈能量减小,自愈面积和自愈持续时间减小,在这种情况下,电弧易熄灭,降低了电容量损失,提高了电容器工作可靠性。

基于性能退化数据的金属化膜电容器可靠性评估

在对激光惯性约束聚变试验装置所用金属化膜脉冲电容器进行可靠性分析时 ,利用假设其寿命分布为Weibull分布的传统可靠性分析方法所得结果不能满足工程要求 .作者通过分析电容的退化机理 ,给出了一个该型电容器的寿命分布模型 ,模型的求解是利用电容器的退化数据进行的 ,它具有比Weibull分布模型更为精确的特点 ,在工程实践中使用该模型对该型电容器进行可靠性分析可以大量的节约试验成本且结果精度更高 .

综合多种信息的金属化膜电容器可靠性评估

金属化膜电容器是惯性约束聚变激光装置能源系统最重要的元器件之一,其可靠性水平对整个装置的可靠性和运行维护费用有着重要的影响。在分析金属化膜电容器失效机理的基础上,采用Wiener过程对其性能退化过程进行建模,得到了其寿命分布。在此基础上,提出了一种综合性能退化数据和寿命数据的可靠性评估方法。给出了一种评估精度的分析方法,对综合评估方法和基于性能退化数据评估方法的精度进行了分析,结果表明,综合评估方法的评估精度高于基于性能退化数据的评估方法的评估精度。

基于维纳过程金属化膜电容器的剩余寿命预测

金属化膜电容器是惯性约束聚变激光装置能源系统最重要的元器件,对个体电容器的剩余寿命进行有效的预测对整个装置的可靠性水平有着重要的影响。为有效地预测个体电容器的剩余寿命,提出了融合单个电容器性能退化数据与先验性能退化数据信息的预测方法。采用Wiener过程对其性能退化过程进行建模,并根据先验退化数据信息构造参数的先验分布,由Bayes方法融合个体退化数据实现剩余寿命的实时预测,通过一个实例表明了本文的研究意义和实用价值。

高场强下金属化膜电容器绝缘电阻特性

分析了高电场强度下金属化膜电容器绝缘电阻的特点,得出高电场强度下金属化膜电容器绝缘电阻是电容器介质膜泄漏和自愈过程的综合反映。针对高场强下的应用条件提出一种金属化膜电容器绝缘电阻的测试方法,并对高场强下电容器的绝缘电阻进行测试。测试结果表明:在300～400V/μm工作场强范围内金属化膜电容器绝缘电阻随工作场强增大会急剧减小,由于自愈的作用,绝缘电阻下降幅度随场强增加会逐渐变缓;在20～50℃工作温度范围内,金属化膜电容器绝缘电阻随温度升高会急剧减小,同样由于自愈的作用,绝缘电阻下降幅度随温度增高会逐渐变缓。分析得出,高温高场强下金属化膜电容器介质膜泄漏将会导致电容器电压出现明显下降,影响电容器和脉冲功率系统的储能效率。

金属化膜电容器Gamma过程性能退化建模的自助法

针对安全关键系统中长寿命高可靠性产品失效数据稀缺的问题,研究了一种部件寿命预测的自助法。首先建立了基于Gamma过程的性能退化模型。而后,考虑到各个体间的制造及运行环境等随机差异,应用自助法对个体退化数据再抽样求得了个体形状参数α和尺度参数β;在此基础上,对个体α、β再自助抽样求得总体形状参数和尺度参数;之后,运用Gamma过程寿命预测方法得到了总体任务可靠度寿命的频率分布图。最后,以金属化膜电容器为例进行了应用分析。结果表明,该方法有益于全面掌握产品的寿命特征,提高系统可靠性安全性。

交流高压金属化膜电容器温升特性和优化设计

金属化膜电容器具有自愈特性,可用于较高的工作场强,具有较高的工作稳定性和储能密度。目前,金属化膜电容器在低压交直流滤波、脉冲放电领域已得到较为广泛的应用。而高压交流滤波领域目前还应用较少。文中的研究对象为应用于交流无功补偿场合的金属化膜电容器。由于温度过高会影响电容器运行稳定性和使用寿命,因此有必要对其运行时的温升特性进行研究,并基于降低电容器内部温升对其进行优化设计。分析了电容器内部的热传导过程,计算了电容器内部发热和表面散热,建立有限元仿真模型,对其在通过交流电流的情况下的内部温升进行了计算,并通过实验验证了计算模型的正确性。在此基础上,对电容器的结构和参数进行了优化设计。研究结果表明:在合适的范围内采用较厚的金属化膜,较小的膜宽和元件喷金端对外壳大面摆放有利于降低电容器内部温升。

脉冲功率应用中的金属化膜电容器寿命预测

分析了金属化膜电容器的寿命特性,根据电容器寿命Weibull分布、可靠性分析和影响因素等建立了从元件到整机的电容器寿命预测模型。通过电容器元件和整机的寿命试验,验证了该预测模型的适用性。研究结果表明:储能密度0.5kJ/L下寿命达到6万次以上;储能密度0.95kJ/L下寿命达到2万次以上;通过新技术措施改进,2.0kJ/L下寿命达到1000次以上。

金属化膜电容器层间压强计算

金属化膜电容器的优点是储能密度高、可靠性高及成本低,其自愈特性和端部通流能力与层间压强有关。笔者用理论方法计算了层间压强,并根据液体表面产生附加压强原理,分析和计算了金属化膜电容器热处理前后层间压强的变化。计算结果表明,电容器的层间压强是由里向外是递减的,经热处理后的压强是热处理前压强的3倍以上。

利用T型性能退化试验的金属化膜电容器可靠性评估

金属化膜电容器具有长寿命、高可靠性等特点,因此传统的基于大样本寿命试验数据的统计推断方法在其寿命与可靠性评估中存在困难。为了更加有效地评估金属化膜电容器的寿命与可靠性,提出了一种T型性能退化试验设计方法,该方法将性能退化试验分为若干阶段,每个阶段中参与的电容器个数依次递减,直至极少量电容器完成较长时间的性能退化试验。然后,给出了基于T型性能退化试验数据的可靠性评估方法。最后,结合激光装置能源系统的可靠性评估工作给出了一个应用实例,得到了该型电容器的寿命以及进行10000次和20000次充放电试验后电容器可靠度的点估计与区间估计。结果表明所提出的试验方法在试验样品数、试验时间和试验费用之间较好地取得了一个平衡点,更加有效地评估了金属化膜电容器的寿命与可靠性。

金属化膜电容器组保护研究

为解决高功率固体激光装置能源系统金属化膜储能电容器组两种故障模式的保护问题,分析了相应的两种保护方法的优点和缺点,其中重点研究并改进了爆炸丝保护方法。根据Tucker的爆炸丝物理模型分析爆炸丝气化结束前的物理过程发现,由于保护元件在爆炸丝气化过程中会出现较高的过电压,导致爆炸丝灭弧困难,由此采用在保护元件上并联火花隙的改进方法,通过火花隙释放保护电感的储能,抑制过电压的产生以利于爆炸丝熄弧。实验结果说明了改进电路的原理和有效性,进一步工程化后,有可能较好地解决高功率固体激光装置能源系统金属化膜储能电容器组的保护问题。

金属化膜电容器元件自愈失败过程研究

金属化膜电容器的自愈性虽能在发生局部击穿时自动恢复绝缘,但持续性放电引发自愈失败仍能导致灾难性故障的发生。为探其自愈失败过程,对电容器元件施加较高直流电压,通过并联电容间接测量击穿点处的电压和电流,分析自愈失败时的发展过程,推导其击穿点的阻抗特性。试验结果表明:自愈失败是以一个较大的自愈过程为先导,在元件彻底击穿之前,会有持续时间为几毫秒的频繁自愈过程,这些自愈电流的峰值随电压的减小而下降;在元件彻底击穿的过程中,随着持续放电的进行,击穿点的等效电阻在逐渐减小,阻值最小值已基本接近完全短路。本文通过对自愈失败过程的研究,为熔丝保护和安全膜设计提供参考。

金属化膜电容器受谐波影响的寿命模型

随着金属化膜电容器在电力系统中的广泛应用 ,谐波对其寿命的影响越来越受到人们关注 ,论文介绍了谐波影响金属化膜电容器寿命的因素 。

基于维纳过程金属化膜电容器的可靠性评估

金属化膜电容器作为惯性约束聚变(ICF)激光装置的重要元器件,其可靠性直接影响着系统的性能。为此,很多研究者对电容器的可靠性进行了评估,然而这些评估方法得到的只是电容器的总体特性,无法给出单个电容器的可靠性水平。鉴于此,提出了融合单个电容器性能退化数据与先验性能退化数据信息的可靠性分析方法,首先采用W inner过程对其性能退化过程进行建模;其次基于B ayes方法对单个电容器的可靠性进行实时评估;最后通过一个实例表明了其研究意义和实用价值。

金属化膜电容器接触电阻的计算

依据实验结果讨论了金属化膜电容器端部损坏机理。电容器端部喷金层与膜上金属蒸镀层的不完全连接性,是电容器损坏的主要原因之一。由端部接触电阻初步的建模计算分析了各种影响因素。

电力系统谐波对金属化膜电容器老化的影响

电力系统中谐波问题日趋严重 ,谐波的存在对电力设备及绝缘会造成危害。本文介绍了谐波对金属化膜电容器寿命的影响 ,并归纳出

“金属化膜电容器技术及应用”专题特约主编寄语

接到《电力电容器与无功补偿》编辑部的电话,告知原定2020年6月刊出的“金属化膜电容器技术及应用”专题,因新型冠状病毒肺炎影响2020年8月可刊出,并邀请撰写专题出刊寄语。《电力电容器与无功补偿》是我国电力电容器行业唯一公开发行的科技期刊,反映了我国电容器的技术应用和发展。伴随着电力系统和新能源产业的蓬勃发展,金属化膜电容器因体积小、可靠性高、可自愈的特点,引起了越来越广泛的关注,作为电力电容行业新兴的技术呈现出旺盛的生命力。

高场强下金属化膜电容器自愈失败的原因

通过简单试样的模拟试验分析了高场强下金属化膜自愈失败的原因 ,认为在自愈过程中 ,自愈点注入能量的大小是决定自愈能否成功的关键因素 ,阐述了注入能量过大引起自愈失败的机理。

金属化膜电容器交流和直流电压劣化特性分析

金属化膜电容器是模块化多电平换流器(MMC)的关键设备,在长期的电热应力作用下其状态不断劣化,给换流器和柔性直流输电系统的安全运行带来隐患。文中分别搭建了交、直流加速劣化试验平台,得到了不同电压作用形式和不同状态劣化程度的样品。进而利用共聚焦显微镜和扫描电子显微镜对解剖样品进行表面观测,结合能谱扫描的元素分析结果,掌握金属化膜电容器在不同电压形式下的状态劣化特性。结果表明,电容器由于在不同电压下的劣化机理不同,电容值下降规律和劣化点形貌有明显不同;通过加速老化试验,得到了电容器在交、直流电压下劣化点的典型形貌特征,从而可以进一步分析金属化膜电容器劣化机理,具有实用价值。

柔性直流输电用金属化膜电容器多频介损在线获取方法研究

金属化膜电容器具有储能密度高、可靠性高及使用寿命长的特点,被广泛应用于柔性直流输电系统的核心设备模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)中。实际工程中,金属化膜电容器用量大且难以拆卸,因此实现柔性直流输电系统中金属化膜电容器的在线监测具有重要意义。本文提出一种金属化膜电容器多频率介质损耗角正切(tanδ)的在线获取方法,通过对电容器承受的电压电流信号进行频谱分析,获得不同频率下电容器的tanδ,最终实现对电容器的在线监测。