串聯(lián)電容器及成套裝置技術(shù)

1、串聯(lián)電容器及其成套裝置介紹串聯(lián)電容器及其成套裝置介紹 高和平高和平 西安西電電力電容器有限責(zé)任公司西安西電電力電容器有限責(zé)任公司西安西電電力電容器有限責(zé)任公司西安西電電力電容器有限責(zé)任公司串聯(lián)電容器及其成套裝置介紹串聯(lián)電容器及其成套裝置介紹（一）（一） 串聯(lián)電容器串聯(lián)電容器（二）（二） 高壓串聯(lián)電容器裝置高壓串聯(lián)電容器裝置（一）（一） 串聯(lián)電容器串聯(lián)電容器n1 串聯(lián)補(bǔ)償發(fā)展簡(jiǎn)介；n2 串聯(lián)補(bǔ)償裝置在電力系統(tǒng)中的作用（注：題目）；n3. 串聯(lián)與并聯(lián)補(bǔ)償有哪些不同（注：題目）？n4. 串聯(lián)電容器設(shè)計(jì)中的幾個(gè)爭(zhēng)議問(wèn)題（注：題目）；n5. 串聯(lián)電容器設(shè)計(jì)可靠性估計(jì)；n6. 串聯(lián)電容器組內(nèi)部故障保護(hù)整定

2、計(jì)算；n7. 絕緣水平及絕緣配合、 成套機(jī)械強(qiáng)度；n8. 電容器組結(jié)構(gòu)及接線(xiàn)原理；n9. 成套故障箱殼爆破能量計(jì)算；1 串聯(lián)補(bǔ)償裝置發(fā)展簡(jiǎn)介n 隨著交流電力系統(tǒng)的發(fā)展，輸、配電線(xiàn)路的長(zhǎng)度不斷增長(zhǎng)，相應(yīng)的線(xiàn)路阻抗隨之增大，使線(xiàn)路的輸送能力受到限制。在中低壓電網(wǎng)中由于線(xiàn)路阻抗的增大，使電壓質(zhì)量不能保證，從而限制了線(xiàn)路的送電能力，在高壓遠(yuǎn)距離輸電線(xiàn)路上，很大的線(xiàn)路阻抗限制了系統(tǒng)的穩(wěn)定極限。n 1920年，美國(guó)H.M.Hobart提出將電容器接在配電變壓器上，以減輕變壓器負(fù)荷。n 1928年3月，美國(guó)紐約電力和照明公司所屬的一條33kV線(xiàn)路上，首先應(yīng)用電容器，使線(xiàn)路的輸送容量自33A提高到67A。但由

3、于一些技術(shù)問(wèn)題（如：電容器的過(guò)電壓保護(hù)裝置）沒(méi)有得到解決，沒(méi)有得到很大推廣。1 串聯(lián)補(bǔ)償裝置發(fā)展簡(jiǎn)介n 1950年在瑞典斯塔茨福（Stadsforsen）到哈爾斯堡（Hallsbery）480km的220kV線(xiàn)路上的阿爾夫塔（Alfta）建立了世界上第一條220kV的高壓串聯(lián)電容器站，安裝容量31.4Mvar，補(bǔ)償度20.4%。由于串聯(lián)電容器的投入，線(xiàn)路輸送容量從140MVA提高到175MVA，提高25%。n 我國(guó)的串補(bǔ)自1954年起步，先后在東北（雞密線(xiàn)、齊富線(xiàn)）、華北（張宣線(xiàn)）及浙江等地區(qū)的22kV及35kV裝設(shè)串聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置。n 1972年，我國(guó)330kV湯峪（固定式）串聯(lián)補(bǔ)償裝置投

4、入運(yùn)行。n串補(bǔ)裝置發(fā)展情況詳見(jiàn) -我國(guó)串補(bǔ)裝置一覽表。 我 國(guó) 串 聯(lián) 補(bǔ) 償 裝 置 一 覽 表站站 名名三堡三堡蔚縣蔚縣萬(wàn)全萬(wàn)全平果平果河池河池成碧成碧百色百色三堡三堡伊馮伊馮渾源渾源上承姜上承姜奉節(jié)奉節(jié)越南越南地地 點(diǎn)點(diǎn)徐州徐州河北河北張家口張家口廣西廣西廣西廣西甘肅成縣甘肅成縣廣西廣西徐州徐州馮屯馮屯山西渾山西渾源源承德承德重慶奉節(jié)重慶奉節(jié)老街老街線(xiàn)線(xiàn) 路路陽(yáng)城淮安陽(yáng)城淮安大同房大同房山山豐萬(wàn)順豐萬(wàn)順天廣天廣貴廣貴廣碧口成縣碧口成縣羅平羅平-百色百色馬窩馬窩-百色百色陽(yáng)城淮陽(yáng)城淮安安伊敏馮屯伊敏馮屯內(nèi)蒙北內(nèi)蒙北京京上都承德上都承德萬(wàn)縣萬(wàn)縣-龍泉龍泉 老街老街-安沛安沛電壓等級(jí)電壓等級(jí)

5、kV 500 500 500 500 500 220 500 500 500 500 500500雙回雙回 220類(lèi)型類(lèi)型固定串補(bǔ)固定串補(bǔ)固定固定固定固定可控串補(bǔ)可控串補(bǔ)固定固定可控串補(bǔ)可控串補(bǔ)固定串補(bǔ)固定串補(bǔ)固定固定可控串補(bǔ)可控串補(bǔ)固定固定固定串補(bǔ)固定串補(bǔ)固定串補(bǔ)固定串補(bǔ)固定串補(bǔ)固定串補(bǔ)安裝組數(shù)安裝組數(shù) 2 2 4 2 2 1 2 1 2 8 2 2 2補(bǔ)償度補(bǔ)償度 %40固固35控控550505041.4固固30+控控1534.946.6453570補(bǔ)償容量補(bǔ)償容量 /套套 Mvar50037225944440076295.41212529544.3326.6466.56*4539.42*

6、4478.361097過(guò)電壓保護(hù)系數(shù)過(guò)電壓保護(hù)系數(shù)2.32.32.3/2.42.32.32.25/2.352.32.32.3供貨商供貨商西門(mén)子西門(mén)子ABBNOKIAN西門(mén)子西門(mén)子西門(mén)子西門(mén)子電科院電科院美國(guó)美國(guó)GE電科院電科院電科院電科院電科院電科院電科院電科院西門(mén)子西門(mén)子電科院電科院投運(yùn)年份投運(yùn)年份200020012003200320032004.1220052006200720082008.102006.82007.5串聯(lián)電容器串聯(lián)電容器單元單元單元并串聯(lián)單元并串聯(lián)10*4*2*2*211*8*2，10*2*26*2*26串串*10*2*2*2額 定 電 壓額 定 電 壓 kV8.8265

7、.967.3/4.986.6154.38312.45額 定 容 量額 定 容 量kvar521736.7664/598722441367.4熔絲種類(lèi)熔絲種類(lèi)內(nèi)熔絲內(nèi)熔絲內(nèi)熔絲內(nèi)熔絲內(nèi)熔絲內(nèi)熔絲內(nèi)熔絲內(nèi)熔絲內(nèi)熔絲內(nèi)熔絲內(nèi)熔絲內(nèi)熔絲無(wú)熔絲無(wú)熔絲箱殼尺寸箱殼尺寸mm343*178*699343*178*1140343*178*1000重量重量 kg6210082/8894100制造商制造商COOPERABBNOKIANCOOPERCOOPER西安西安ABB美國(guó)美國(guó)GEC00PERNOKIAN上 海 庫(kù)上 海 庫(kù)柏柏 我 國(guó) 串 聯(lián) 補(bǔ) 償 裝 置 一 覽 表站 名桂 林硯 山建 水忻 都霍 州沽 源

8、長(zhǎng)-南-荊地 點(diǎn)桂林靈山縣云南文山州硯山縣云南紅河州建水縣忻都線(xiàn) 路墨江-紅河神木-石家莊長(zhǎng)治-南陽(yáng)-荊門(mén)電壓等級(jí) kV 500 500 500 500 1000類(lèi) 型固定串補(bǔ)固定串補(bǔ)固定串補(bǔ)固定串補(bǔ)固定串補(bǔ)安裝組數(shù)2（4分段）1（兩分段） 254組（遠(yuǎn)期12組）補(bǔ)償度 %35%20%補(bǔ)償容量 Mvar380.54*2297.44*31960+2720+1600 =（3000Mvar）過(guò)電壓保護(hù)系數(shù)2.32.3供貨商電科院電科院電科院電科院GE電科院投運(yùn)年份予計(jì)09.320082012建串聯(lián)電容器單元單元并串聯(lián)4串19并額定電壓 kV6.15、6.25額定容量kvarCAM6.15-558-1

9、CAM6.25-568-1熔絲種類(lèi)內(nèi)熔絲箱殼尺寸mm重量 kg90kg制造商桂容、西安ABB西安ABB西安ABB思源西安ABB 南陽(yáng)站2720桂林-荊門(mén)、思源-長(zhǎng)治1 串聯(lián)補(bǔ)償裝置發(fā)展簡(jiǎn)介n 按照補(bǔ)償阻抗的可控性，串聯(lián)電容補(bǔ)償分為：n 固定串補(bǔ)（FSC）和可控串補(bǔ)（TCSC）。n 我國(guó)串補(bǔ)工程18個(gè)項(xiàng)目，可控串補(bǔ)：廣西平果（西門(mén)子）、碧成、伊馮（電科院）。其余為固定串補(bǔ)。n 電壓等級(jí)分：2個(gè)220kV，15個(gè)500kV, 1個(gè)1000kV。330kV湯峪串聯(lián)電容器裝置（固定，72年代）單臺(tái)45kvar500kV江蘇三堡西門(mén)子（TCSC） 220kV碧成串補(bǔ)（TCSC）2004.12500kV

10、建設(shè)中的三堡二期（FSC）1000kV長(zhǎng)治-南陽(yáng)-荊門(mén)（FSC）1:1模型2. 串聯(lián)補(bǔ)償裝置在電力系統(tǒng)中的作用2.1 串補(bǔ)裝置主要作用是減小輸電線(xiàn)路的電壓降。n 當(dāng)線(xiàn)路負(fù)荷增大時(shí)，線(xiàn)路上的電壓損失使末端電壓水平不符合負(fù)荷正常工作要求，用串聯(lián)電容器補(bǔ)償一部分線(xiàn)路電抗，使線(xiàn)路電壓損失減少，以保障受端電壓達(dá)到要求。n 在滿(mǎn)足末端電壓達(dá)到要求的前提下，甚至可以把線(xiàn)路的輸送容量，提高到按導(dǎo)線(xiàn)發(fā)熱條件所決定的容量。2. 串聯(lián)補(bǔ)償裝置在電力系統(tǒng)中的作用2.2 改善電壓質(zhì)量減小末端電壓波動(dòng)。 當(dāng)線(xiàn)路上帶有大容量沖擊負(fù)荷時(shí)（如：電弧爐，軋鋼設(shè)備等）電壓波動(dòng)很劇烈，串聯(lián)電容器作為一種沒(méi)有延遲性沒(méi)有延遲性的調(diào)壓裝置

11、，可以有效地用來(lái)平息這種波動(dòng)。2.3 縮短線(xiàn)路電氣長(zhǎng)度。n 高壓電網(wǎng)線(xiàn)路的電抗約占輸電設(shè)備總電抗的2070%，且隨著高壓輸電線(xiàn)路的不斷增長(zhǎng)，線(xiàn)路的穩(wěn)定極限和送電能力將受到限制，串聯(lián)電容器的作用相當(dāng)于縮短了線(xiàn)路的電氣長(zhǎng)度電氣長(zhǎng)度，從而提高線(xiàn)路的穩(wěn)定極限。2. 串聯(lián)補(bǔ)償裝置在電力系統(tǒng)中的作用2.4增加線(xiàn)路輸送容量n 線(xiàn)路輸送容量往往是受線(xiàn)路電壓損失所限制，在線(xiàn)路上串聯(lián)電容器后，由于電壓的損失減少，可以提高同一線(xiàn)路的輸送容量輸送容量。補(bǔ)償度越大，線(xiàn)路的輸送功率提的越高。2.5 增大線(xiàn)路送端功率因數(shù)n 由于功率通過(guò)電容器時(shí)產(chǎn)生的容性無(wú)功功率，補(bǔ)償了一部分線(xiàn)路電抗中所消耗的感性無(wú)功功率，送端和末端電壓之

12、間的相角的減小，在末端負(fù)荷功率因數(shù)不變的條件下，使線(xiàn)路送端的功率因數(shù)增大。2. 串聯(lián)補(bǔ)償裝置在電力系統(tǒng)中的作用 2.6 減少線(xiàn)路有功損耗n 由于串聯(lián)電容器的接入，是線(xiàn)路末端電壓的升高，也附帶地減少了線(xiàn)路的功率損失。串聯(lián)補(bǔ)償減少線(xiàn)損不如并聯(lián)補(bǔ)償減少線(xiàn)損的效果顯著。n串補(bǔ)裝置在電力系統(tǒng)中的作用歸納：串補(bǔ)裝置在電力系統(tǒng)中的作用歸納： 減少線(xiàn)路電壓降、減小系統(tǒng)電壓波動(dòng)、增加輸送容量、提高減少線(xiàn)路電壓降、減小系統(tǒng)電壓波動(dòng)、增加輸送容量、提高送端功率因數(shù)和減少線(xiàn)路有功損失。送端功率因數(shù)和減少線(xiàn)路有功損失。 3. 串聯(lián)與并聯(lián)補(bǔ)償有哪些不同？（GE）3.1串聯(lián)與并聯(lián)補(bǔ)償?shù)淖饔貌煌饔貌煌簄并補(bǔ)裝置能夠減少線(xiàn)

13、路中和變壓器有功損耗和無(wú)功損耗；n并補(bǔ)裝置能夠提高連接點(diǎn)的電壓水平；n并補(bǔ)裝置可以提高電源側(cè)功率因數(shù)；n并補(bǔ)裝置能增加電源能力提高線(xiàn)路傳輸效率；3.2 接線(xiàn)方式不同：接線(xiàn)方式不同：n與負(fù)荷阻抗電氣相并聯(lián)的為并補(bǔ)裝置，見(jiàn)圖1。n與線(xiàn)路阻抗電氣相串聯(lián)的為串補(bǔ), 見(jiàn)圖2。 3. 串聯(lián)與并聯(lián)補(bǔ)償有哪些不同？ 從網(wǎng)絡(luò)等值電路圖（圖1）可以看出，并補(bǔ)裝置接在線(xiàn)路每個(gè)線(xiàn)路每個(gè)電壓等級(jí)電壓等級(jí)的末端，與負(fù)荷阻抗相并聯(lián)。流過(guò)線(xiàn)路電流的一部分。 而串補(bǔ)裝置是接在輸電線(xiàn)路上（圖2），輸電線(xiàn)路電流全部經(jīng)過(guò)串聯(lián)電容器組。 3. 串聯(lián)與并聯(lián)補(bǔ)償有哪些不同？3.3 可靠性要求不同n 不管那一電壓等級(jí)的并補(bǔ)裝置因故障退出，不

14、會(huì)影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。n 串補(bǔ)裝置退出運(yùn)行，將會(huì)影響系統(tǒng)電壓、輸送容量等。因此，對(duì)串補(bǔ)裝置運(yùn)行的可靠性要比并補(bǔ)可靠性要求高的多。3.4電壓調(diào)整效果不同n 并聯(lián)電容僅使電壓升高某一數(shù)值，且隨著負(fù)荷（電流）的增大（線(xiàn)路末端電壓下降），并聯(lián)電容無(wú)功輸出下降，用戶(hù)側(cè)需要容性無(wú)功時(shí)，并補(bǔ)裝置容性無(wú)功出力反而下降， （用電壓負(fù)反饋），對(duì)于電容器生產(chǎn)廠而言，反而更擔(dān)心輕負(fù)荷工況。n 串聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)恼{(diào)壓作用是連續(xù)的，能隨著負(fù)荷變化而自動(dòng)改變調(diào)壓能力，因而減少了受端電壓的波動(dòng)。用串聯(lián)補(bǔ)償來(lái)改善電壓水平要比并聯(lián)電容補(bǔ)償優(yōu)越的多。 3. 串聯(lián)與并聯(lián)補(bǔ)償有哪些不同？n 為了達(dá)到同樣的調(diào)壓效果，通常串聯(lián)電容器容量?jī)H為

15、并聯(lián)電容器容量的1/42/5。3.5 運(yùn)行工況不同3.5.1 串補(bǔ)裝置運(yùn)行工況n 串補(bǔ)裝置要經(jīng)受系統(tǒng)（異地或近地 ）短路故障時(shí)和切除短路故障時(shí)過(guò)電壓。n 串補(bǔ)裝置要經(jīng)受，接入串補(bǔ)電容時(shí)的過(guò)電壓、系統(tǒng)發(fā)生搖擺時(shí)的過(guò)電壓、以及鐵磁諧振過(guò)電壓等。n 當(dāng)線(xiàn)路按(N-1)方式運(yùn)行時(shí)，串聯(lián)電容器存在過(guò)負(fù)荷穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓。3.5.2 并聯(lián)裝置運(yùn)行工況 操作投切過(guò)電壓：用不重?fù)舸嗦菲鱽?lái)切合電容器組通常會(huì)產(chǎn)生第一個(gè)峰值不超過(guò)22UN, 持續(xù)時(shí)間不大于1/2周波（0.01s）。 3. 串聯(lián)與并聯(lián)補(bǔ)償有哪些不同？開(kāi)關(guān)重燃過(guò)電壓： 正常開(kāi)斷，電壓不大于1.37Um。n 單相重燃時(shí)過(guò)電壓，極間電壓1.37Um，極對(duì)殼電壓

16、4.5Um。n 兩相重燃極間電壓3.1Um，當(dāng)然幅值還與重燃的次數(shù)有關(guān)。 正常允許過(guò)電流：1.3IN，考慮允許電容偏差允許范圍，最大電流不大于1.5IN。 3. 串聯(lián)與并聯(lián)補(bǔ)償有哪些不同？串聯(lián)和并聯(lián)電容器組允許工況-過(guò)流和暫態(tài)極限過(guò)電壓對(duì)比表持續(xù)時(shí)間串聯(lián)過(guò)電流倍數(shù)（P.U）并聯(lián)允許的電壓水平GB/T6115.1項(xiàng)目要求GB11024.1長(zhǎng)期持續(xù)運(yùn)行1.0 IN1.0 IN1.0Un連續(xù)8h（間隔12h）1.1IN1.1 IN1.10Un8h（間隔24h）1.15 Un30（間隔24h）2h（間隔8h）1.2 IN1.2 Un5min1.3 Un1min30min（間隔6 h）1.35 IN1.

17、35 IN10min（間隔2h）1.5 IN1.5 IN10sIN10s1.15Ulim300500ms1.35Ulim 3. 串聯(lián)與并聯(lián)補(bǔ)償有哪些不同？3.6 試驗(yàn)內(nèi)容和條件不同序號(hào)試驗(yàn)內(nèi)容串聯(lián)電容器并聯(lián)電容器1試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) GB/T6115.1-2008GB/T11024.1-20012出廠試驗(yàn)電容測(cè)量3、1.5（實(shí)測(cè)）33電容器損耗測(cè)量0.02、0.016（實(shí)測(cè)）0.024端子間電壓試驗(yàn)4 . 3 U n4 . 3 U n （ D C ） / 1 0 s 、(1.3Ulim=1.32.3Un=2.99Un/AC）2.15Un （AC）/10s5端子與外殼間電壓試驗(yàn)50kV，10s50kV，1

18、0s6內(nèi)部放電器件試驗(yàn)10min、75V以下10min、75V以下7密封性試驗(yàn)80、8h無(wú)滲漏80、8h無(wú)滲漏8內(nèi)部熔絲放電試驗(yàn)1.7Un(DC)，短路放電1次1.7Un(DC)，短路放電1次 3. 串聯(lián)與并聯(lián)補(bǔ)償有哪些不同？3.6 試驗(yàn)內(nèi)容和條件不同序號(hào)試驗(yàn)內(nèi)容串聯(lián)電容器并聯(lián)電容器1試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T6115.1-2008GB/T11024.1-20019型式試驗(yàn)熱穩(wěn)定試驗(yàn)1.44Qn/50mm/55/48h /最熱點(diǎn)溫度 801.44Qn/50mm/55/48h /最熱點(diǎn)溫度 8010端子與箱殼間交流電壓試驗(yàn)50kV，60s50kV，60s 11端子與外殼間雷電沖擊試驗(yàn)125各15次125各

19、15次12冷工作狀態(tài)試驗(yàn)冷工作狀態(tài)試驗(yàn)-40/1.5Un/1.1Ulim/10周波/100次13放電電流試驗(yàn)放電電流試驗(yàn)無(wú)阻尼：2Ulim一次有阻尼：1.6Ulim，Ipeak132In2.5Un，10min內(nèi)5次14內(nèi)熔絲隔離試驗(yàn)下限0.52Un上限2Ulim下限0.92Un上限2.22Un15常溫下局部放電1.35Un/10min1.6Un/10min20Pc 3. 串聯(lián)與并聯(lián)補(bǔ)償有哪些不同？3.6 試驗(yàn)內(nèi)容和條件不同序號(hào)試驗(yàn)內(nèi)容串聯(lián)電容器并聯(lián)電容器1試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T6115.1-2008GB/T11024.1-200116型式試驗(yàn)常溫下局放起始/熄滅電壓1.31.317低溫局放熄滅電壓測(cè)

20、量-40，1.2-40，1.218電容、損耗與溫度曲線(xiàn)-40+80/Un/C/tan-40+80/Un/C/tan19耐久試驗(yàn)過(guò)電壓周期試驗(yàn)-40/1.1Un/2.25Un/15周波/850次-40/1.1Un/2.25Un/15周波/850次20老化試驗(yàn)(60/1.25Un/3000h)/(1.4Un/1000h)21特殊試驗(yàn)暫態(tài)過(guò)電壓試驗(yàn)1.15Ulim/10s221.35Ulim/(300ms500ms)3. 串聯(lián)與并聯(lián)補(bǔ)償有哪些不同？歸納：串聯(lián)與并聯(lián)補(bǔ)償不同點(diǎn)： 1. 作用不同; 2. 接線(xiàn)方式不同; 3. 可靠性要求不同; 4. 電壓調(diào)整效果不同; 5. 運(yùn)行工況不同; 6. 試驗(yàn)內(nèi)

21、容和條件不同 4. 串聯(lián)電容器設(shè)計(jì)中的幾個(gè)爭(zhēng)議問(wèn)題n4.1 內(nèi)熔絲下限熔斷試驗(yàn)應(yīng)該用交流還是直流進(jìn)行。n（GB/T6115.3-2002）電力系統(tǒng)用串聯(lián)電容器 第三部分：內(nèi)部熔絲3.3.2.1條中規(guī)定：熔絲的隔離試驗(yàn)方法：熔絲的隔離試驗(yàn)應(yīng)在0.5UN的下限交流試驗(yàn)交流試驗(yàn)電壓和1.1Ulim的上限試驗(yàn)電壓下進(jìn)行。n 如果試驗(yàn)用直流進(jìn)行，則試驗(yàn)電壓應(yīng)為相應(yīng)交流試驗(yàn)電壓的2倍。n一種觀點(diǎn)認(rèn)為：串聯(lián)電容器實(shí)際運(yùn)行在交流系統(tǒng)。且雙回路運(yùn)行條件下，存在0.5下限電壓的運(yùn)行工況，且交流電壓具有瞬變的特點(diǎn)，下限電壓時(shí)的元件儲(chǔ)能不容易使熔斷熔絲。認(rèn)定應(yīng)該以交流試驗(yàn)通過(guò)為準(zhǔn)。4. 串聯(lián)電容器設(shè)計(jì)中的幾個(gè)爭(zhēng)議問(wèn)題

22、4.1 內(nèi)熔絲下限熔斷試驗(yàn)應(yīng)該用交流還是直流進(jìn)行。n 持另一觀點(diǎn)認(rèn)為：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定下限試驗(yàn)即可以用交流，也可以用直流，直流試驗(yàn)易把控，直流儲(chǔ)能是一定的，熔絲熔斷或不熔斷只有一次釋放能量的機(jī)會(huì)，沒(méi)有交流工頻續(xù)流的作用，認(rèn)為直流不容易熔斷，建議以直流考核熔絲熔斷作為通過(guò)與否的手段。n 經(jīng)過(guò)試驗(yàn)：在相同試品的條件下，交流下限試驗(yàn)，熔絲在工頻續(xù)流作用下都能夠熔斷。直流試驗(yàn)條件下熔絲隔離試驗(yàn)則不容易通過(guò)試驗(yàn)。4. 串聯(lián)電容器設(shè)計(jì)中的幾個(gè)爭(zhēng)議問(wèn)題4.1 內(nèi)熔絲下限熔斷試驗(yàn)應(yīng)該用交流還是直流進(jìn)行。n 雖然直流試驗(yàn)時(shí)的元件儲(chǔ)能是確定的，但不存在故障元件的熔絲流過(guò)工頻續(xù)流的能量。n 交流擊穿時(shí)的儲(chǔ)能是不確定的，即使

23、擊穿時(shí)的儲(chǔ)能沒(méi)有熔斷，此后故障段工頻續(xù)流全部全部通過(guò)故障元件熔絲是熔絲熔斷關(guān)鍵。n 也就是說(shuō)：通過(guò)直流下限試驗(yàn)的熔絲，是可以通過(guò)交流下限試驗(yàn)的，反之則不然（充分不必要條件）。n 既然直流不容易熔斷， 熔絲下限試驗(yàn)通過(guò)與否，確定以直流試驗(yàn)為準(zhǔn)。4. 串聯(lián)電容器設(shè)計(jì)中的幾個(gè)爭(zhēng)議問(wèn)題n4.2 串聯(lián)電容器介質(zhì)結(jié)構(gòu)是采用三膜還是采用兩膜的好n 常言道：金無(wú)足赤人無(wú)完人，電容器固體介質(zhì)采用的是電工聚丙烯薄膜，同其它電介質(zhì)一樣，也不可避免存在著電弱點(diǎn)。這些電弱點(diǎn)包括：金屬、非金屬（如炭）粒子、灰分及針孔等。n 國(guó)標(biāo)（GB/T13542.3-2006）電氣絕緣用薄膜 第三部分：電容器用雙軸定向聚丙烯薄膜6.3

24、條 關(guān)于電氣弱點(diǎn)的規(guī)定：電氣弱點(diǎn)應(yīng)按IEC60674-2:1988中第19章的規(guī)定測(cè)試。施加的電氣強(qiáng)度為200V/m，被測(cè)試樣的最小面積5m2 ，所測(cè)得的弱點(diǎn)數(shù)不超過(guò)表3所規(guī)定的值。4. 串聯(lián)電容器設(shè)計(jì)中的幾個(gè)爭(zhēng)議問(wèn)題n4.2 串聯(lián)電容器介質(zhì)結(jié)構(gòu)采用三膜還是采用兩膜為好4. 串聯(lián)電容器設(shè)計(jì)中的幾個(gè)爭(zhēng)議問(wèn)題n4.2 串聯(lián)電容器介質(zhì)結(jié)構(gòu)采用三膜還是采用兩膜為好n 為了避開(kāi)電弱點(diǎn)的影響，將電容器極間固體介質(zhì)多層疊放，彼此弱點(diǎn)相互隔離，減少絕緣介質(zhì)電弱點(diǎn)貫穿的可能性。n 尚若采用兩膜結(jié)構(gòu)，當(dāng)一層膜存在弱點(diǎn)，極板間的耐電強(qiáng)度僅由一層膜承擔(dān)。n 顯然三膜介質(zhì)電弱點(diǎn)重合概率遠(yuǎn)小于兩膜介質(zhì)結(jié)構(gòu)。并聯(lián)電容器大多

25、數(shù)采用的三膜結(jié)構(gòu)。n 從可靠性角度看，串聯(lián)電容器應(yīng)當(dāng)采用三膜結(jié)構(gòu)的好。4. 串聯(lián)電容器設(shè)計(jì)中的幾個(gè)爭(zhēng)議問(wèn)題n4.2 串聯(lián)電容器介質(zhì)結(jié)構(gòu)采用三膜還是采用兩膜為好 實(shí)際試驗(yàn)情況： 在進(jìn)行1.15Ulim/10s和1.35Ulim/300500ms過(guò)電壓特殊試驗(yàn)時(shí)，在同樣的試驗(yàn)條件下，所有的三膜結(jié)構(gòu)的試品全部（全軍覆沒(méi)）擊穿，而兩膜結(jié)構(gòu)的試品則大部分通過(guò)了試驗(yàn)。n 究其原因，這和串聯(lián)電容器的運(yùn)行工況有關(guān)，串聯(lián)電容器需要經(jīng)受幅值較高暫態(tài)過(guò)電壓，而暫態(tài)過(guò)電壓造成元件擊穿主要發(fā)生在邊沿，兩膜結(jié)構(gòu)的邊沿電場(chǎng)分布較三膜邊沿的相對(duì)均勻，兩膜元件的額定電壓又比三膜元件額定電壓低。4. 串聯(lián)電容器設(shè)計(jì)中的幾個(gè)爭(zhēng)議問(wèn)

26、題4.2 串聯(lián)電容器介質(zhì)結(jié)構(gòu)采用三膜還是采用兩膜為好 最終串聯(lián)電容器的介質(zhì)結(jié)構(gòu)確定為兩膜結(jié)構(gòu)。4.3 短路放電試驗(yàn)和熔絲下限隔離試驗(yàn)是否矛盾？n 國(guó)標(biāo)（GB/T6115.1-2008）電力系統(tǒng)用串聯(lián)電容器 第一部分：總則5.2.1條例行試驗(yàn)中：內(nèi)部熔絲放電試驗(yàn)，5.2.2條型式試驗(yàn)中：放電電流試驗(yàn)。熔絲應(yīng)當(dāng)經(jīng)受上述試驗(yàn)下的儲(chǔ)能。n 國(guó)標(biāo)（GB/T6115.3-2002）電力系統(tǒng)用串聯(lián)電容器 第三部分：內(nèi)部熔絲2.2條隔離要求：當(dāng)元件在0.52UN和2 Ulim電壓范圍內(nèi)發(fā)生電擊穿時(shí)，熔絲應(yīng)能使故障元件隔離開(kāi)來(lái)。4. 串聯(lián)電容器設(shè)計(jì)中的幾個(gè)爭(zhēng)議問(wèn)題4.3 短路放電試驗(yàn)和熔絲下限隔離試驗(yàn)是否矛盾？

27、n 以CAM 6.15-558-1W型串聯(lián)電容器為例，內(nèi)部電氣連接19并4串，計(jì)算下限隔離儲(chǔ)能為105.2J，短路放電元件儲(chǔ)能為123.6J，短路放電元件儲(chǔ)能大于下限隔離儲(chǔ)能。n 選擇熔絲臨界熔斷能量時(shí)，通常要求熔絲的臨界熔斷能量大于短路放電能量，小于熔絲下限隔離能量為邊界條件。n 上述電容器，如果選擇臨界熔斷能量大于短路放電能量，滿(mǎn)足短路放電熔絲不被熔斷的條件，但熔絲下限隔離也不會(huì)熔斷，反之若選擇熔絲下限隔離熔斷，短路放電時(shí)熔絲也會(huì)熔斷，熔絲臨界能量選擇處于兩難境地。4. 串聯(lián)電容器設(shè)計(jì)中的幾個(gè)爭(zhēng)議問(wèn)題4.3 短路放電試驗(yàn)和熔絲下限隔離試驗(yàn)是否矛盾？4.串聯(lián)電容器設(shè)計(jì)中的幾個(gè)爭(zhēng)議問(wèn)題內(nèi)容欠阻

28、尼短路放電回路電阻/電感量熔絲吸收能量效率 回路電阻能量 吸收效率單次放電熔絲溫升數(shù)值0.127/5.688H1.7%98.3%31.1 一些專(zhuān)家形象的比喻：一條被子顧頭顧不了腳。 通過(guò)對(duì)欠阻尼短路放電波形分析，短路放電時(shí)的能量分配并不完全消耗在熔體上，其中大部分是消耗在熔絲以外的回路電阻上。 熔絲的設(shè)計(jì)重點(diǎn)應(yīng)當(dāng)放在下限隔離上。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)將驗(yàn)證，所設(shè)計(jì)的熔絲在欠阻尼短路放電時(shí)沒(méi)有出現(xiàn)熔斷，而在下限隔離試驗(yàn)時(shí)可靠熔斷。4.3 短路放電試驗(yàn)和下限隔離試驗(yàn)是否矛盾？5. 串聯(lián)電容器設(shè)計(jì)可靠性估計(jì)n 采用兩膜介質(zhì)結(jié)構(gòu)，制做了國(guó)產(chǎn)膜和進(jìn)口膜試品，進(jìn)行了交流和直流擊穿試驗(yàn)，試驗(yàn)接線(xiàn)原理圖，見(jiàn)圖3、圖4. 圖

29、3 交流擊穿試驗(yàn)回路 圖4 直流擊穿試驗(yàn)回路 Figure 3 AC breakdown test circuit Figure 4 DC breakdown test circu itT1-調(diào)壓器 T2-變壓器 R-保護(hù)電阻 V-靜電電壓表 T1-調(diào)壓器 T2-變壓器 R-保護(hù)電阻 V-靜電電壓表PT-電壓互感器 CX-被試電容 SB記憶示波器 CR-阻容分壓器 CX-被試電容 SB記憶示波器 D- 高壓硅堆5. 串聯(lián)電容器設(shè)計(jì)可靠性估計(jì) 試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)n交流電壓為方均根值，直流電壓為峰值。n 按照GB/T4883-2008數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理和解釋正態(tài)樣本離群值的判斷和處理中的判斷規(guī)則，用奈爾（N

30、air）檢測(cè)法，對(duì)每臺(tái)試品數(shù)據(jù)進(jìn)行了下側(cè)情形，統(tǒng)計(jì)離群值和岐離值判斷和處理。n元件（兩膜）交、直流擊穿電壓數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。n 按照國(guó)標(biāo)GB/T4885-2009正態(tài)分布完全樣本可靠度置信下限規(guī)定，運(yùn)用試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，進(jìn)行完全樣本置信下限電壓、場(chǎng)強(qiáng)估算。 5. 串聯(lián)電容器設(shè)計(jì)可靠性估計(jì)試驗(yàn)（個(gè)數(shù)）擊穿電壓/場(chǎng)強(qiáng)kV / MV/m樣本方差置信水平置信下限置信系數(shù)電壓置信下限kV場(chǎng)強(qiáng)置信下限MV/m國(guó)產(chǎn)膜交流1536.975/257.20.24/10.410.990.9993.6826.091218.9直流6810.54/388.90.245/9.030.990.9993.9069.583353.6進(jìn)口膜交

31、流1527.065/262.70.268/10.120.990.9993.6826.078225.4直流7310.47/392.080.259/9.680.990.9993.8739.467354.65. 串聯(lián)電容器設(shè)計(jì)可靠性估計(jì) 進(jìn)行4.3UN極間直流耐壓試驗(yàn)、1.15Ulim（10s）、1.35Ulim（300ms）短時(shí)過(guò)電壓試驗(yàn)條件下及保護(hù)水平電壓下的設(shè)計(jì)裕度估計(jì)。額定值保護(hù)水平UpL（peak）短時(shí)交流1.15Ulim(kV)、10s短時(shí)交流1.35Ulim(kV)、300ms4.3Un極間電壓(kV)（DC）(10s)國(guó)產(chǎn)膜交流電壓裕度%296.221.7949.7827.59-場(chǎng)強(qiáng)裕度%284.018.0745.1923.68-直流電壓裕度%-44.95場(chǎng)強(qiáng)裕度%-44.27進(jìn)口膜交流電壓裕度%295.321.5449.4627.32-場(chǎng)強(qiáng)裕度%295.421.5749.5027.36-直流電壓裕度%-43.19場(chǎng)強(qiáng)裕度%-44.686 串聯(lián)電容器組內(nèi)部故障保護(hù)n 單元配平對(duì)號(hào)安裝，相間、組間、臂間和段間容量偏差盡可能小，初始不平衡電流小于同一個(gè)串聯(lián)段