电容器命题热点分析六篇

电容器命题热点分析 篇1

近年来, 随着电网容量的不断增加, 并联电容器组被广泛应用于10kV及35kV配电系统, 补偿无功功率、提高功率因数、滤除谐波等。但是, 当电容器组附近存在谐波时, 谐波对并联电容器组的安全稳定运行造成一定的影响。特别是在暂态投切过程, 可能会引起暂态过电压, 击穿电容器, 引起电容器故障。根据近几年来, 对云南省各供电局及主要用户的无功补偿装置故障统计来看, 无功补偿装置出现的故障较多。就普查统计来看, 大多数的补偿装置的保护仅设有电流速断、过负荷及电压不平衡保护, 没有加装相关录波及其它保护。给电容器故障具体原因分析, 带来了一定的困难。以下应用PSAF及PSCAD/EMTDC分析软件从稳态和暂态两方面对电容器故障案例进行分析, 为电容器故障分析提供仿真分析借鉴。

2 并联电容器故障

并联电容器故障的主要原因一方面是由并联谐振引起, 另一方面是由过电压引起电容器材料绝缘水平的降低, 最后导致绝缘击穿使电容器损坏。以下根据《高压并联电容器》及IEEE标准, 通过建立仿真模型, 从稳态和暂态两方面对电容器故障进行定位分析。

3 电容器故障案例及相关参数

某33.3kV无功补偿装置投入时3次谐波支路瞬间发生故障, 其中B、C相各有一只电容器爆炸, 其余48只 (B、C两相共装有熔断器52只) 熔断器熔断, 经检测B、C两相各有10只电容器被击穿。因该滤波支路只加装电流速断、过负荷速断及三相电压不平衡三种保护给故障定性分析带来了一定的难度, 因此只能通过仿真分析研究, 还原故障过程。对该变电站进行建模仿真, 相关参数如下:

3.1 1#主变参数

220kV侧:三相短路容量Sd (3) =5235.6MVA;单相短路容量:Sd (1) =3867MVA;

110kV侧:三相短路容量为990.26MVA

主变型号:SFPSZ9-150000/150000/75000

短路电压:U12%=13.57, U31%=24, U23%=7.92;

短路损耗:Pk12=506.9kW;Pk31=193.2kW;Pk23=159.8kW

3.2 滤波变压器参数

型号:SFS7-38000

容量比:100/100/50

短路电压:U12=7%;U31%=10%;U23%=17%电容器参数, 见表1。

3.3 断路器合分闸时间

A相合闸时间55ms, B相合闸时间55.4ms, C相合闸时间56.2ms;A相分闸时间46ms, B相分闸时间46ms, C相分闸时间45.5ms。

4 稳态仿真

4.1背景谐波测试

对该厂进行背景谐波测试, 主要的谐波源来源于110kV1#、2#磷炉及6.3kV其它厂用电。测试数据如表2和表3所示。

4.2 稳态仿真图

应用PSAF仿真软件对该变电站进行谐波潮流建模仿真, 仿真图如图1所示, 因该厂滤波装置经滤波变压器接到110kV母线且主要谐波源存在于110kV系统。对110kV母线进行阻抗扫描, 结果如图2所示。从阻抗扫描图来看, 110kV系统的并联谐振点为2.5次及4.5次谐波。并联谐振点偏离特征谐波较远, 滤波器支路与系统间不会发生并联谐振, 因此在稳态运行过程中, 滤波器支路不会对3次及5次谐波放大。

因本次故障支路为3次支路, 因此重点对3次支路进行分析。3次滤波支路的电容器接线方式为2串13并。单只电容器故障时, 会引起系统并联谐振点偏移, 通过仿真分析, 当电容器支路总电容值由26.516uF降到14.0uF, 即有近一半的电容器 (6串) 击穿时, 才有可能与系统发生并联谐振。谐振阻抗扫描如图3所示。当从损坏的电容器故障分析来看, B、C相故障的电容器没有出现整串故障。因此, 谐振点偏移引起3次支路电容器故障的可能性是可以排除的。

5 暂态仿真

5.1 交流电源作用下的LC振荡回路

当正弦交流电源e (t) =Emsin (ωt+φ) 作用于LC串联回路时, 电容器承受的最大电压可以用下式 (1) 表示:

undefined

其中:undefined, 由式 (1) 可知, 电容器承受的最大电压与电源合闸时的初相角及LC串联回路的谐振频率有关。如果φ=0, 即在电源过零时合闸, 电容器极端的电压最大值为undefined, 如果undefined时, 即电源电压过最大值时合闸, 则电容器极端的最大电压值如式 (2) 所示

undefined

因断路器在开断过程中, 由于电弧的重燃与熄灭具有较大的随机性。如果当重燃发生时, 电容器处于反复充电过程, 使电容器两极端的电压成倍增加, 从而可能使电容器击穿引起故障。

因此, 通过暂态仿真, 验算涌流及断路器 (或熔丝熔断) 重燃时, 可能引起的过电压水平进行分析, 为电容器故障分析提供数据支持。

5.2 合闸涌流及断路器重燃仿真

上图中的次数含义为以2度为步长不同的初相角合闸的次数。

断路器的合闸涌流与母线电压初相角有关, 文中针对涌流及断路器 (或熔丝熔断) 重燃引起的电容器暂态过电压水平进行仿真, 仿真图如图4所示。仿真过程中利用snapshot及multiple run模块, 以2度为步长, 仿真在谐波工况下, 不同的合闸初相相角下, 计算3次滤波支路合闸及电弧重燃时, 滤波电容两极端的电压水平如图5和图6所示。

通过仿真分析, 投入3次滤波之路时, 涌流使电容器串两极端承受的最大电压为58.312kV (图5所示) 。因电容器接线方式为2串13并, 电容器的额定电压为15.3kV。因此, 单只电容器承受的电压峰值为29.158kV, 为额定电压峰值的1.35倍。参照IEEE标准18-11992[1]和IEEE标准1036-11992[2], 在该电压水平内, 电容器在0.5s内是安全的。然而如果在分闸过程存在电弧重燃时, 产生的过电压较高, 将危及电容器的安全稳定运行, 如图6所示。当断路器合闸后, 因故障分闸 (或熔丝熔断未弹出) 过程中, B、C两相在半周波内发生电弧重燃时, 电容器两极端承受的电压较大, 其中在13次～26次段, B、C两相电容器承受的电压远远大于A相。此时B相电容器串两端的电压最大值为116.45kV, C相电容器串两端的电压最大值为103.98kV, A相电容器串两端的电压最大值为84.99kV, 即A、B、C三相单只电容器承受的电压最大值分别为1.96UN、2.69UN、2.4UN 。综合稳态和暂态仿真分析可知:熔丝熔断过程引起的重燃或分闸过程电弧重燃是引起这次电容器故障的主要原因之一。

6 结论

参照一次接线图, 电容器是通过电磁式PT一次线圈构成放电回路, PT铁磁谐振引起的过电压的可能性是存在的, 因此应对PT进行伏安特性试验验算铁磁谐振的临界条件;又因33.3kV母线为不接地系统且经查实无接地故障发生, 单相接地引起的弧光接地过电压击穿电容器的可能性可以排除。仿真可知:熔丝熔断过程引起的重燃或断路器分闸过程中发生重燃时对电容器的反复充电引起的过电压较大。综上所述建议:1) 把现有熔丝全部更换改进型熔丝, 减小熔丝熔断过程引起重燃的机率;2) 断路器厂家对故障回路断路器进行重燃检验等相关试验, 确保断路器动作的可靠性。

应用PSAF和PSCAD/EMTDC分析软件建立电容器投切仿真模型, 从稳态和暂态两方面进行仿真分析, 能为电容器故障原因分析提供仿真数据支持, 同时也为滤波器设计中额定参数选择提供数据参考。

参考文献

[1]解广润.电力系统过电压[M].水利电力出版社, 1985.

[2]盛小韦.谐波条件下并联电容器过电压保护的一种实现方法[M].电力电容器, 2006.

电容器命题热点分析 篇2

高压电容器是目前电力系统使用最多的配件之一, 随着我国电力电容器制造技术与设计水平的不断提高, 高压电容器的故障率也在不断降低。但由于影响电容器稳定运行的因素较多, 除电容器本身缺陷外, 电网过电压、电网谐波引起的过电流、电容器失压、断路器操作引起的过电压与运行温度都会严重影响电容器的正常运行, 甚至引发电容器爆炸起火等恶性事故的发生。本文通过对高压电容器损坏故障进行分析, 对高压电容器的保护措施提出了一些简单的意见与看法。

1 高压电容器损坏故障分析

1.1 电容器运行电压过高

高压电容器运行电压可以反映出变电所母线系统电压的状况, 并直接影响电容器的寿命和出力功能。高压电容器内部在运行中的有功功率损耗主要由介质损失和导体电阻损失两部分组成, 而其中的介质损失占高压电容器总有功功率损耗的98%以上。高压电容器介质损耗会直接影响电容器的运行温度, 可用下式表示:

式中Pr为高压电容器的有功功率损耗;Qc为高压电容器的无功功率;tgδ为高压电容器的介质损失角正切值;ω为电网角频率;C为高压电容器的电容率;U为高压电容器的运行电压。

由公式可知, 高压电容器有功功率损耗与无功功率同高压电容器运行电压的平方成正比;随着运行电压的增高, 高压电容器的有功功率损耗会迅速增加, 进而温度升高的速度也会增加, 游离增大, 导致电容器的绝缘寿命降低。另外, 因高压电容器连续运行的过电压一般定为额定电压的1.10倍, 当电容器长时间处于过电压下运行时, 会导致电容器产生过电流而损坏;所以, 高压电容器组建需要安设完善的过电压保护装置。

1.2 电网高次谐波引起的过电流

当电网中的谐波电流流入电容器, 就会叠加在高压电容器的基波电流上, 使其运行电流增大, 同时也会使高压电容器基波电压上的峰电压有效值增大。如果电容器容抗与系统感抗相匹配, 会对高次谐波产生放大作用而产生过电流和过电压, 引起电容器内部绝缘介质局部放电, 使电容器产生鼓肚、熔丝群爆等故障。

1.3 电容器所接母线失压

如果电容器在运行中突然失去电压, 可能会导致变电所电源侧瞬时跳闸或主变压器断开。若电容器在电源合闸或备用电源自动投入使用时未被移除, 可能会导致电容器带负荷产生过电压而损坏。另外, 当变电所失去电压恢复时不拆除电容器, 可能会产生谐振过电压, 使变压器或电容器损坏。因此, 电容器应设置失压保护装置, 保证电容器在所接母线失压后可靠动作, 又可在母线电压恢复正常后可靠接入。

1.4 断路器操作产生的过电压

电容器断路器多采用真空断路器, 当断路器合闸时, 断路器触头可能会发生弹跳现象而产生过电压。虽然由此产生的过电压峰值较低, 对电容器的影响也不大, 但由于电容器年投切次数在千次以上, 且断路器断开时可能引发击穿电容器的过电压, 因此, 必须采取有效的保护措施来限制断路器操作产生的过电压。

1.5 运行温度过高

由于温度升高10℃, 电容器容量下降速度就会加快一倍;如果电容器长期处于高电场与高温下运行, 会引起绝缘介质老化和介质损失增大, 进而导致电容器内部快速升温而发热, 是电容器寿命降低, 甚至导致电容器产生热击穿而损坏。按规程规定, 如果环境温度超过30℃, 电容器外壳温度超过50℃, 应开启通风装置降温, 当环境温度超过40℃时, 应立即停止电容器运行。因此, 为防止电容器因运行温度过高而损坏, 应设置温度监控装置随时监控制电容器的运行温度, 并采用强制通风装置改善电容器的散热条件, 使电容器产生的热量以对流和辐射的方式散发出来。

2 高压电容器组保护措施研究

2.1 高压电容器过电压保护

利用电容器与电抗器串联, 因容抗压降与感抗压降相位相反, 将测量电压互感器装于母线上。当电容器电压高于母线电压时,

式中Udz为动作电压;Kv为过电压系数;为感抗与容抗之比;Ue为电容器额定电压。

过电压是威胁电容器安全稳定运行的最大因素, 为防止电容器运行电压过高, 应合理配置电容器过电压保护装置。当电容器端电压高于1.10倍额定电压时, 该保护装置产生预动作信号, 当运行电压超过1.20倍额定电压5s~10s时, 产生动作信号跳闸以切断过电压继续对电容器产生损坏, 当电压恢复正常后投切以保证电容器继续进入电路工作。

2.2 高压电容器高次谐波保护措施

由于电网谐波可以产生损坏电容器的过电压与过电流, 为防止谐波损坏电容器, 应对电容器使用地区的电网谐波谐波进行测试并找出谐波源, 然后根据谐波源产生的原因采取相应的措施, 以降低谐波源的高次谐波分量。目前降低电网高次谐波最有效的办法是在电容器回路中串联适当参数的电抗器或阻尼式限流器。在电抗器参数选择时, 采用容抗与感抗相匹配的谐振点为原则, 以抑制5次及以上谐波。此外, 电抗器还能有效抑制电容器因合闸而产生的过电压, 减小断路器断开时所产生的过电压。

2.3 断路器操作过电压保护措施

断路器开关质量的好坏, 与氧化锌避雷器动作特性的好坏密切相关。为防止断路器开合产生过电压, 必须提高断路器触头的分闸速度、提高触头介质恢复强度。因此, 断路器的真空开关出头一定要选用铜铬合金触头。考虑到电容器投切操作频繁, 真空开关难免产生能够击穿电容器的操作过电压, 所以必须安装无间隙氧化锌避雷器来限制断路器产生的过电压。

3 结论

随着我国高压配电网无功补偿需求的增大, 作为电力系统中最常用的无功补偿设备电容器的使用率也大量增加。合理配置电容器保护装置, 保证电容器安全运行越显重要。在具体设计高压电容器保护装置时, 不仅要从高压电容器可能发生的故障出发, 还需充分考虑到单个电容器内熔丝与电容器组内熔丝保护特性、电容器使用温度限上与熔丝熔断时间、电容器耐爆时间之间的配合, 从而保证电容器保护装置能够有效保证电容器安全稳定运行。

参考文献

[1]SDJ-25-89, 并联电容器装置设计技术规程及条文说明[S].水利电力部.

[2]GB/T11024-2001, 标称电压1kV以上交流电力系统用并联电容器[S].

电容器命题热点分析 篇3

1．1 解析几何在历年试卷中的比重：

2．圆锥曲线与方程

中心在坐标原点椭圆的标准方程与几何性质√

中心在坐标原点双曲线的标准方程与几何性质√

顶点在坐标原点抛物线的标准方程与几何性质√

1.3 参照近几年江苏卷我们会发现：

（1）解析几何内容在近几年江苏高考中，从所占的分值来看平均大约占21分，在理科附加题的考查中也常有解析几何的影子；

（2）从题型上看，一般填空题为1~2题，解答题一般为1题；

（3）从试题命题的难度看，仅有2010年第6题考查的是有关双曲线的问题是属于基础题，其他试题均属于中档题或综合性较强的问题.

事实上，从江苏高考考纲对这一部分的要求来看，也只有对双曲线与抛物线的要求是A级，所以我们在复习这两种圆锥曲线时切忌挖得太深．当然，关于空间直角坐标系的考查主要是放在理科附加题部分空间向量在立体几何中的应用．

2 解析几何题高考指向

2.1 指向1：有关直线的问题

考题1（08 江苏 9）如图，在平面直角坐标系xOy中，设三角形ABC的顶点分别为A(0,a),B(b,0),C(c,0)，点P(0,p)是线段AO上的一点（异于端点），这里a,b,c,p均为非零实数，设直线BP,CP分别与边AC,AB交于点E,F，某同学已正确求得直线OE的方程为(1b－1c)x+(1p－1a)y=0，请你完成直线OF的方程：( )+(1p－1a)y=0．

【解析】本小题考查直线方程的求法．画草图，由对称性可猜想填1c－1b．事实上，由截距式可得直线AB：xb+ya=1，直线CP：xc+yp=1，两式相减得(1c－1b)x+(1p－1a)y=0，显然直线AB与CP 的交点F 满足此方程，又原点O 也满足此方程，故为所求直线OF 的方程．

【答案】1c－1b.

2.2 指向2：有关圆锥曲线的问题

考题2（10 江苏 6）在平面直角坐标系xOy中，双曲线x24－y212=1上一点M，点M的横坐标是3，则M到双曲线右焦点的距离是__________.

【答案】4

考题3（08 江苏 12）在平面直角坐标系xOy中，椭圆x2a2+y2b2=1(a>b>0)的焦距为2c，以O为圆心，a为半径作圆M，若过P(a2c，0)作圆M的两条切线相互垂直，则椭圆的离心率为__________.

【解析】设切线PA、PB 互相垂直，又半径OA 垂直于PA，所以△OAP 是等腰直角三角形，故a2c=2a，解得e=ca=22．

【答案】22

考题4（09 江苏 13）如图，在平面直角坐标系xOy中，A1,A2,B1,B2为椭圆x2a2+y2b2=1(a>b>0)的四个顶点，F为其右焦点，直线A1B2与直线B1F相交于点T，线段OT与椭圆的交点M恰为线段OT的中点，则该椭圆的离心率为__________

【答案】27-5

【解析】用a,b,c表示交点T，得出M坐标，代入椭圆方程即可转化解得离心率.

2.3 指向3：有关直线与圆的问题

考题5（10 江苏 9）在平面直角坐标系xOy中，已知圆x2+y2=4上有且仅有四个点到直线12x－5y+c=0的距离为1，则实数c的取值范围是__________.

【答案】(－13,13)

【解析】考查圆与直线的位置关系．圆半径为2，圆心(0,0)到直线12x－5y+c=0的距离小于1，|c|13<1，所以c的取值范围是(－13,13).

考题6（08 江苏 18）在平面直角坐标系xOy中，记二次函数f(x)=x2+2x+b（x∈R）的图象与两坐标轴有三个交点．经过这三个交点的圆记为C．

（1）求实数b的取值范围；

（2）求圆C的方程；

（3）问圆C是否经过某定点（其坐标与b无关）？请证明你的结论．

解析：（1）令x=0,由b≠0且Δ>0,得b<1且b≠0.

(2)涉及圆与坐标轴的交点问题，设圆的一般方程转化为二次方程解的问题，可得圆C的方程为x2+y2+2x-(b+1)y+b=0.也可以首先求出三个交点的坐标，利用待定系数法，将点的坐标代入圆的方程.

（3）将圆C过定点转化为方程恒成立问题，求得圆C过定点(0,1),(-2,1).

考题7（09 江苏 18）在平面直角坐标系xOy中，已知圆C1:(x+3)2+(y－1)2=4和圆C2:(x－4)2+(y－5)2=4

（1）若直线l过点A(4,0)，且被圆C1截得的弦长为23，求直线l的方程；

（2）设P为平面上的点，满足：存在过点P的无穷多对互相垂直的直线l1和l2，它们分别与圆C1和圆C2相交，且直线l1被圆C1截得的弦长与直线l2被圆C2截得的弦长相等，试求所有满足条件的点P的坐标.

【解析】(1) y=0或y=－724(x－4)，

(2)利用垂径定理可知弦心距相等，再转化为关于k的方程恒成立问题.或由题意知P在线段C1C2的中垂线上，且与C1、C2成等腰直角三角形，利用几何关系计算可得点P坐标为(－32,132)或(52,－12)．

2.4 指向4：有关直线与椭圆的问题

考题8（10 江苏 18）在平面直角坐标系xOy中，如图，已知椭圆x29+y25=1的左、右顶点为A、B，右焦点为F．设过点T(t,m)的直线TA、TB与椭圆分别交于点M(x1,y1)、N(x2,y2)，其中m>0，y1>0,y2<0．

（1）设动点P满足PF2－PB2=4,求点P的轨迹；

（2）设x1=2,x2=13，求点T的坐标；

（3）设t=9,求证：直线MN必过x轴上的一定点（其坐标与m无关）．

［解析］ （1）点P的轨迹为直线x=92．

（2）点T的坐标为(7,103)．

（3）将直线AT、BT分别与椭圆联立方程组.考虑到A、B两点为定点，

解得：M(3(80－m2)80+m2,40m80+m2)、N(3(m2－20)20+m2,－20m20+m2)．

（方法一）当x1≠x2时，直线MN方程为：y+20m20+m240m80+m2+20m20+m2=x－3(m2－20)20+m23(80－m2)80+m2－3(m2－20)20+m2

令y=0，解得：x=1．此时必过点D（1，0）；

当x1=x2时，直线MN方程为：x=1，与x轴交点为D（1，0）．

所以直线MN必过x轴上的一定点D（1，0）．

（方法二）若x1=x2，则由240－3m280+m2=3m2－6020+m2及m>0，得m=210，

此时直线MN的方程为x=1，过点D（1，0）．

若x1≠x2，则m≠210，直线MD的斜率kMD=40m80+m2240－3m280+m2－1=10m40－m2，

直线ND的斜率kND=－20m20+m23m2－6020+m2－1=10m40－m2，得kMD=kND，所以直线MN过D点．

因此，直线MN必过x轴上的点（1，0）．

3 2012年江苏高考数学预测

3.1 从近几年的命题及考纲要求看，有这样一个现象值得关注：那就是直线与圆和直线与椭圆的轮番交替出现．08年在填空题第12题考查了求椭圆的离心率，随即在第18题考查了直线与圆的综合题；09年在填空题第13题考查了求椭圆的离心率，随即在第18题考查了直线与圆的综合题；10年在填空题第9题考查了直线与圆，随即在第18题考查了运算量较强的直线与椭圆的综合题．也就是说直线与圆和直线与椭圆这几年考查规律基本上是以一大一小的形式进行，而且均有一定的综合性．

3.2 新考纲对双曲线及抛物线的要求较低（均为A级要求），从这几年的高考命题来看，仅有一题考察了双曲线的基本知识，这就提示我们在复习这两种圆锥曲线时，一定要大胆摒弃一些难度偏大的填空题，运算量偏大的解答题，那些在旧考纲要求下的繁琐问题要坚决舍弃，不能因此让我们复习偏离了方向．

电容器命题热点分析 篇4

在庆祝中国共产党成立95周年大会的讲话上，习近平对文化自信特别加以阐释，指出：“文化自信，是更基础、更广泛、更深厚的自信。在5000多年文明发展中孕育的中华优秀传统文化，在党和人民伟大斗争中孕育的革命文化和社会主义先进文化，积淀着中华民族最深层的精神追求，代表着中华民族独特的精神标识。我们要弘扬社会主义核心价值观，弘扬以爱国主义为核心的民族精神和以改革创新为核心的时代精神，不断增强全党全国各族人民的精神力量。”文化自信于是成为继道路自信、理论自信和制度自信之后，中国特色社会主义的“第四个自信”。2017命题分析：

1.道路自信：考查《毛特》与《史纲》结合“道路、路线、纲领"线索。特别时结合长征胜利80周年考查“新旧长征路”分析题。

2.制度自信：结合美国大选，中国今年人大换届选举，考查“我国人民代表大会大会制度”、协商民主等。

3.文化自信：今年命题大热点，考查“文化自信与文化强国”关系，为什么要“文化自信”？等 如：

(1)结合共产党走过95周年的风雨历程，怎样理解“今天的中国进步与发展，是从长征中走出来的”？

（2）“履不必同，期于适足”，结合“四个自信”，谈谈我们如何建设中国特色社会主义民主制度？（为什么不能照搬照抄西方的民主政治制度？）

中频电热电容器损坏的原因分析 篇5

中频感应熔炼炉电路中,电热电容器与感应线圈并联或串联组成了负载谐振电路,用来补偿感应线圈的无功功率并向逆变电路提供换相电流。而生产中运行参数变化或维护不当,常导致电容器出现鼓肚、绝缘击穿甚至外壳爆裂等故障。本文针对电容器发生故障的原因进行分析,并结合实际给出相应的预防措施,以提高电容器运行的安全性。

1 中频电热电容器介绍

1.1 电热电容器结构

中频电热电容器采用通水冷却结构,其外壳为长方体铝合金油箱,心子由2～6组元件并联构成,心子的公共极板焊有铜冷却水管且引出与外壳相连作为一极,元件的另一极以瓷柱绝缘子配铜螺杆为引出端子,箱内充满液体介质,如图1所示。

1.2 中频电容器组

电容器组为熔炼炉提供无功功率,它由多台电容器用铜排或铜软带与水冷汇流铜排并联而成,其中并联电容器台数N=Qc/Q(Qc为总无功功率,Q为单台电容器容量),电容器组接线原理如图2所示。电容器组安装在电容器机架或电容器柜中,并配有冷却水路,电容器外壳是一电极,且与机架绝缘。

2 电容器损坏的原因分析

2.1 无功出力增大

电容器单元在散热良好,实际无功出力不超过135%铭牌无功出力时能持续运行,但中频感应熔炼炉在运行中会因电路参数变化而引起电容器单元无功出力增大、损耗上升,长期运行会使其绝缘加速老化并损坏,而无功出力增大的原因主要是运行电压或频率升高。

2.1.1 运行电压升高

为了加快熔炼炉熔炼速度,运行中常调高中频运行电压,但这会使电容器承受持续过电压,当运行电压高于电容器标称电压时,电容器无功出力将会增大。无功出力与运行电压的关系为:

例如电压升高10%,无功出力将上升21%。技术规范规定电容器能够在110%标称额定电压下运行,且其峰值电压不能超过倍额定电压,以防止发生过电压绝缘击穿故障,故中频过电压保护限幅应整定在110%标称额定电压的极限值以内,但运行中应使中频电压在额定值以内。

2.1.2 运行频率升高

由于电热电容器与感应线圈构成了负载谐振电路,谐振频率,电容或电感减小都会使谐振频率增大,而电容器的运行频率又与无功出力成正比,因此,运行频率增大会导致无功出力增大,二者关系为:

熔炼炉工作时,感应线圈的电感是个变量,坩埚厚度、熔炼温度、金属熔化程度、加料多少等因素的变化及感应线圈匝间短路都会引起电感变化,其中感应线圈匝间短路会使电感明显减小,导致工作电流、工作频率异常升高,甚至引起中频电源过流保护动作跳闸。而造成感应线圈匝间短路的原因主要有线圈粘附钢渣、绝缘支撑损坏、漏水及线圈受热应力作用变形使线圈匝间绝缘损坏等。当工作频率明显升高,超过20%额定频率时,应及时停机检查感应线圈是否发生了匝间短路,并及时处理,以避免造成进一步的故障。

减少电容器是在电容器单元故障后短时维持生产的常用措施。故障电容器单元被解开后,电容器组的电容值变小,电路谐振频率增大,完好电容器单元的无功出力将会增大。例如由5个电容器单元组成的电容器组,当1个电容器单元故障被解开后,谐振频率将上升为

,导致无功出力上升12%。因此,在解开故障电容器单元后,若工作频率升高超过20%额定频率,则必须降低运行功率,以避免完好电容器过热损坏。

2.2 放电涌流

电容器单元通过铜排直接与水冷汇流排连接,当某个电容器发生绝缘损坏或因积落导电粉尘使接线端子短路时,完好电容器单元上的全部储能将通过故障电容器释放(如图3所示),放电涌流将非常大且频率很高,这会导致完好电容器损坏。当电容器的放电涌流能量I2t超过其额定耐能水平时,会导致电容器外壳爆裂。

由于熔炼炉的运行环境比较恶劣,且电容器单元没有专设保护元件,因此必须定期停机清理电容器上积落的导电粉尘,以防止粉尘短路和外壳对地放电。条件允许时,应给电容器单元加装熔断器,用于快速隔离故障单元。

2.3 壳体漏油

安装时磕碰、运行中外壳因对地绝缘不良而放电或壳体制造缺陷都会造成电容器壳体破损漏油,而漏油会使电容器心子部分露出油面,导致绝缘击穿损坏,严重时会起火引发更大的事故,因此一旦发现电容器漏油要及时将其更换。

2.4 冷却不良

冷却不良是电容器过热损坏的又一重要因素,通常要求电容器的运行温度不超过40℃。为了保证散热,常采用水冷式热交换器来带走电容器产生的热量。热交换器有内循环和外循环两路水路:内循环使用软化水,通过循环泵循环冷却电容器;外循环使用自来水,通过热交换器冷却内循环水。电容器冷却水路如图4所示。

影响电容器散热的原因主要有以下两个方面。

(1)内循环水路。内循环水水质下降、水管腐蚀结垢、水路漏水、水压下降等会使水流量减小,从而影响散热。运行中要巡视监测电容器的运行温度、循环水水压、水路是否漏水等,发现异常要及时停机处理,并定期化验水质,对不合格的冷却水要进行更换。

(2)热交换器。热交换器换热片结垢、积灰都会影响换热效果,运行中要巡视监测交换器进出口水温并定期清灰,必要时进行酸洗除垢,以保证换热效果。

3 结束语

由于中频感应熔炼炉负载参数变化较大、运行环境较差,电容器经常运行在非正常条件下,无功出力增大、环境和运行温度高、瞬时电流过大等都会加速电容器单元的损坏,因此,运行中要加强对电容器的巡视监测,及时处理异常情况,使电容器运行在允许的极限值下,以提高运行的安全性。

摘要：结合中频感应熔炼炉电热电容器的运行条件,分析其损坏的可能原因,并给出相应的预防措施

电容器命题热点分析 篇6

目前在线路上运行的大功率和谐机车中, 电力电容器成为了机车上不可或缺的重要部件之一。从电容器在机车上使用的功能来分, 主要分为支撑电容器和二次滤波电容器。支撑电容器的作用是稳定中间直流电压, 提供瞬时能量交换, 与电源及负载交换无功, 对于IGBT/IPM牵引变流器, 支撑电容器通过低感母排与IGBT/IPM并联, 简化了电路结构。二次谐振滤波电容作用是滤除单相四象限脉冲整流器输出的二次电流, 稳定中间直流电压。

1 机车上电力电容器的特点

由于机车运行环境的特殊性, 对电容器提出了极高的可靠性要求, 需要耐受剧烈的振动, 能在苛刻的环境中长时间运行。目前, 机车上使用的电力电容器大多是采用真空注油工艺而成的自愈式金属化薄膜电容器。该电容器主材采用聚丙烯膜为介质, 表面蒸镀了一层带花纹的薄金属作为导电电极。当通过电容的电压过高时, 聚丙烯膜的薄弱点将被击穿, 击穿点周围的金属导体迅速分解蒸发, 形成金属镀层空白区, 同时击穿点迅速恢复绝缘, 从而大大提高了电容的可靠性。

虽然目前电力电容器使用的膜可靠性比较高, 但若发生故障, 仍有可能造成机破风险, 甚至带来安全隐患, 所以进一步提高电容器的可靠性和安全性成了机车运行上新的要求。

2 电力电容器的主要故障分析

电力电容器的主要故障表现为鼓肚、渗油、极间短路、极壳短路等。

2.1 鼓肚

在运行过程中, 若电容器过热, 将导致电容器内部的膜、油分解“汽化”, 从而使电容器内部压力增大, 在外部的表现为电容器鼓肚。一旦电容器内瞬间压力增加过大, 将可能引起电容器的裂开或爆炸, 给行车安全带来很大的隐患。分析其产生的原因主要有: (1) 过电流或线路谐波含量大, 造成电容器在运行中温升过高。 (2) 电容器在制造过程中, 可能出现焊点焊锡与喷金层连接不可靠, 连接线载流量过小, 或散热效果差等原因。 (3) 电容器内部有部分元件的材料镀层被氧化, 而这些氧化层会导致ESR的升高, 造成电容器发热增加。 (4) 实际运行环境的要求超过设计余量。

2.2 渗油

电容器渗油一般常出现在注油孔、绝缘子根部、焊缝等位置。产生的原因主要有: (1) 注油孔或绝缘子根部密封性不良。 (2) 外壳上存在虚焊、砂眼等现象。

2.3 极间短路

电容器极间短路主要是指内部金属化膜之间产生了短路。产生的原因主要是外部的过电压导致电容器内部过热, 造成电容器的介质短路。

2.4 极壳短路

电容器极壳短路主要是电容器芯子与外壳之间产生了短路, 产生的原因主要有: (1) 外部过电压造成。 (2) 环境温度过高, 例如电容器安装在大电阻旁边, 均可能产生电容过热。

3 对电力电容器故障应对措施的探讨

由于电力电容器在机车运行中的重要性, 因此它的可靠性和安全性成了重要的运行考核指标。为了更好地解决电容器的常见故障, 根据故障产生的原因, 我们从产品设计、工艺及管理上提出以下解决建议。

3.1 从电容器设计上解决问题

(1) 在电容器设计之初, 最好能对实际的运用环境进行调研, 保证电容设计数据的准确性及合理性。 (2) 对于容易造成尖端放电的部位, 适当的考虑增加爬电距离, 或者将电容器内的卡板设计由直角改为倒角。 (3) 金属化薄膜采用波浪分切技术, 使元件的喷金接触面积大大增加, 提高电容的耐涌流能力。 (4) 改善注油孔、端子根部的设计, 加强该部位设计的密封可靠性, 解决渗油问题。 (5) 在系统设计时, 尽量避免在电容器周围放置大电阻的发热元件, 给电容器创造良好的散热工作环境。 (6) 针对电容器存在爆炸的风险, 建议在电容器中设计防爆保护装置, 一旦达到电容器能承受的最大压力, 则防爆保护装置自动开启, 避免电容器爆炸事故的发生。

3.2 从电容器制造工艺上解决问题

1) 为确保锡焊的可靠性, 使用可控性高、一致性高的全自动焊接机进行焊接, 可避免由手工焊接引起的低可控性、一致性差等焊接问题;同时, 对外壳的焊接做焊接金相分析, 确保焊接方法、参数的可靠性, 防止电容器外壳虚焊, 减少发生渗漏的可能性。

2) 提升外壳密封性的检验。在电容外壳的关键部位及焊缝处涂上石灰水, 一旦焊缝有穿透性缺陷时, 内部的油将渗出, 外壳将出现油斑, 通过这种方法可以进一步防止渗油现象的发生。

3.3 从管理上进行提升

(1) 加强密封材料的检验, 防止将老化的橡胶件用于产品中。 (2) 加强员工的质量意识, 及制造环节中的监管力度, 杜绝因连接不可靠, 造成接触电阻过大导致电容器过热的故障。 (3) 由于金属化膜有易被氧化的特性, 所以建议改善金属化膜的存放环境, 加强对金属化膜的检验频次。

4 结语

综上所述, 电力电容器常见故障包括:鼓肚、渗油、极间短路、极壳短路等现象。在预防时, 要根据不同的产生原因进行分析, 不仅对电容器本身进行仔细检查分析, 还应对其工作环境进行分析和控制, 以充分发挥电力电容器的效能, 并保证电力电容器的运行安全。

参考文献

[1]陈燕平, 忻力, 李中浩.牵引变流器中支撑电容器研究[J].铁道机车车辆, 2011, 31 (2) :76-81.