應(yīng)用于電力系統(tǒng)的干式金屬化膜電容器性能研究.pdf

1、金屬化膜電容器具有自愈特性，其可靠性高、使用壽命長且損耗較小。與傳統(tǒng)油浸箔式電容器相比，金屬化膜電容器具有體積小、重量輕、能量密度高、干式無油等特點(diǎn)。當(dāng)應(yīng)用于電力系統(tǒng)中時，金屬化膜電容器可能遇到高環(huán)境溫度、過電壓、過電流等惡劣運(yùn)行條件的影響，會出現(xiàn)自愈、擊穿、溫升過高等問題。因此，需要研究金屬化膜電容器的自愈特性、保護(hù)措施和溫升特性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴推導(dǎo)了金屬化膜電容器等效串聯(lián)電阻的計算方法，并對比了應(yīng)用于交流和直流場

2、合的金屬化膜電容器發(fā)熱情況的區(qū)別。結(jié)合電容器在電力系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，分析了金屬化膜電容器面臨的問題，包括：自愈造成的電容量損失、電容器元件擊穿故障和電容器溫升過高。⑵研究了金屬化膜電容器的自愈特性。建立了考慮溫度和壓強(qiáng)作用的金屬化膜自愈模擬試驗(yàn)平臺，基于電熱擊穿理論，研究了溫度對金屬化膜自愈性能、擊穿場強(qiáng)的影響；結(jié)合自愈能量和自愈點(diǎn)形態(tài)特征分析了金屬化膜電容器自愈失敗的關(guān)鍵影響因素，開展了自愈產(chǎn)氣的成分分析及產(chǎn)氣特性研究。研究表明：自愈能

3、量與溫度滿足Wsh=a·ebt的關(guān)系；大能量自愈點(diǎn)出現(xiàn)的概率隨溫度的升高而增大；溫度升高會導(dǎo)致金屬化膜電導(dǎo)率增大，降低其擊穿場強(qiáng)；高溫和過電壓使得金屬化膜自愈能量大大增加，擊穿點(diǎn)電弧能量過大是造成金屬化膜電容器自愈失敗的主要原因；自愈產(chǎn)氣成分中氫氣體積占85％；產(chǎn)氣體積與電容量損失成正比；單位電容量損失的產(chǎn)氣體積與金屬化膜方阻的0.46次方成反比。⑶研究了金屬化膜電力電容器的保護(hù)措施。研究了電容器壓力保護(hù)動作閾值的確定方法、運(yùn)用元件擊穿

4、產(chǎn)氣成分特征實(shí)現(xiàn)元件擊穿故障檢測以及提高元件局部放電起始電壓的措施，結(jié)合電爆炸理論、金屬相變過程的能量特征研究了熔絲熔斷機(jī)理和熔斷判據(jù)，建立了T型金屬化安全膜自愈和自愈失敗過程的仿真模型，結(jié)合電容器運(yùn)行工況進(jìn)行了 T型金屬化安全膜的設(shè)計。研究表明：電容器元件擊穿產(chǎn)氣以H2為特征氣體，使用電阻隨氫氣濃度增大而減小的氫氣傳感器可實(shí)現(xiàn)電容器故障的檢測；經(jīng)過真空熱定型和表面灌封的元件局部放電起始電壓由230Vac提高到780Vac；結(jié)合熔斷判據(jù)

5、和仿真模型給出了 T型金屬化安全膜的設(shè)計，對于給定的分塊尺寸（長30mm×寬69mm）和熔絲尺寸（長2mm×寬1mm），計算得到單個分塊上合適的熔絲個數(shù)N的取值范圍為3

6、整機(jī)并進(jìn)行試驗(yàn)用于驗(yàn)證仿真模型的準(zhǔn)確性；結(jié)合理論推導(dǎo)和仿真模型對電容器進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。研究結(jié)果表明：交流電壓作用下，電容器熱量主要是由介質(zhì)產(chǎn)生，電容器側(cè)面對流散熱系數(shù)大于頂面和底面，元件軸向?qū)嵯禂?shù)大于徑向?qū)嵯禂?shù)；對制造的樣機(jī)加電壓試驗(yàn)，并建立相應(yīng)的仿真模型，試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果具有較好的一致性，仿真模型可用于指導(dǎo)電容器溫升優(yōu)化設(shè)計；對于扁矩形金屬化膜電容器整機(jī)，采用較厚的金屬化膜、較窄的膜寬、元件噴金端對外殼大面擺放的設(shè)計有利于降低電