基于容性儲能恢復響應及聲學噪音聯合分析的高壓電容器故障隱患批量技術探討

張晟 周禮紅 莊紅軍

摘 要：目前，電壓器故障如漏油、裂痕、破損、老化等現象，嚴重地威脅著電力系統(tǒng)的運行，影響著工農業(yè)生產秩序和人民群眾生活。通過采用新的技術方案，檢測高頻短時脈沖流過電容器的電流頻響及其恢復電流特性，繪制出基于頻率為坐標的電流充放電恢復響應及聲波噪音圖譜等，可以很好地解決內部缺陷。

關鍵詞：電容器；故障；設備；技術

高壓電容器是電力系統(tǒng)的一種特殊的關鍵設備，其主要功能是通過某種方式，為整個電力系統(tǒng)供給無功功率，因而使功率因數得到提高。在實踐工作中，我們采用了一些方法，比如就地無功補償，相應減少了線路能量損耗，也壓低了電降，同時使電能質量得到一定幅度提高，使設備利用率也相應提高，但是，由于運行環(huán)境、人為因素等原因，電容器故障屢見不鮮，且發(fā)生的頻繁較高。

一、技術方案要點

現實中，我們了解到：電容器的故障往往很難直接體現出電容值的明顯變化，而且即使電容器出現故障，也不一定是絕緣不良，而且，通過局部放電的試驗方法也存在不足。本項目提出了一種給電容器施加短時高頻脈沖信號的方案：檢測高頻短時脈沖流過電容器的電流頻響及其恢復電流特性，同時結合一套超薄聲波壓電傳感器監(jiān)測電容器的電氣諧振誘發(fā)的噪音，繪制出基于頻率為坐標的電流充放電恢復響應及聲波噪音圖譜。該套方案具備4只電容器同時測試的能力，通過快速測試與建檔，故障電容器因外部觸發(fā)脈沖的作用下內部故障缺陷的等效電容和信號輸出回路形成高Q值諧振，該諧振Q值超過一定門限幅度值可直接進行故障缺陷的判別。

二、研究內容分析

（一）技術研究對于解決內部缺陷的作用

業(yè)內人士清楚，電容器內部一旦發(fā)生什么故障，勢必出現一種狀況，那就是讓電容器等效電容的分布和以前并不一樣，通過對等效電路進行認真而仔細分析，我們會發(fā)現這樣一種現象：故障隱患假如存在的話，出現的結果就是：阻抗在高頻階段會吸收更多的電流成分，以至于出現了曲線偏移的結果，假如說，故障情況進一步惡化，那么，相應來說，阻抗變化的趨勢是向低頻段移動的。

（二）試驗系統(tǒng)及技術路線評價

要知道，要對技術路級進行分析，首先，我們要對電器設備的功能模塊進行充分的了解。從專業(yè)的角度上講，電器設備的功能模塊可以劃分成如下幾個部分：一是試驗電源功效；二是試驗電壓發(fā)生器，三是試驗反饋信號通道，四是控制試驗電壓頻率和電壓，五是AD采樣的MUC單元，此外，電器設備功能模塊還包括通信和供電設備等多個部分。

在了解電器功能模塊的前提下，我們再認真地對電容器結構的等效電氣回路仿真，我們會很清晰地看到這樣一種狀況：電器故障隱患可以在頻率0.1-30Khz內進行阻抗譜值分析的方式充分體現出來。居于以上的分析，我們可以得出結論，本技術路線的基礎在于：

一方面，我們要獲取的阻抗譜曲線，包括如下兩種：一是阻抗頻率特性曲線；二是奈奎斯特曲線，包括實部與虛部的關系。

二方面，我所所進行的特征曲線的解釋，需要建立起與故障的內部關聯。那么，可以這樣定論，非破壞性測試手段成為阻抗譜的獲取的主要手段，在寬頻域的阻抗測試方法的基礎之下，我們才得以實現整個頻帶的阻抗性曲線繪制，這就為我們打開了一扇方便之門。

1）頻可調（變頻以壓）試驗源：我們不難發(fā)現，在市場上，我們用的掃頻儀，它的功能僅局限于針對功率（DB）進行的有效測試，問題的關鍵在于，它對工率角區(qū)分變得困難了，而功率角是一個十分重要的指標，它反映了復阻抗特性的關鍵參數，這是我們萬不可忽視的事情。

2）寬頻信號響應采集。

3）圖形生成與解釋，建立儲能響應分析平臺。

三、創(chuàng)新點及推廣應用

（一）基于阻抗頻率響應的小信號分析

在輸出容量、輸出頻率以及選擇頻率自動測試的領域比同類裝置有明顯創(chuàng)新。有一個重要原因，其他同類設備基本上都沒有針對電容器測試的技術配套參數，它的測試頻率是不可以進行調整的，并且，測試時間非常的長，甚至可以達數小時。在本項目中，我們采用了新的方式，即頻率可調整的方法，對于電容器而言，一般情況下只需要0.1-50k范圍的快速測試就行，很快即可完成。

（二）內部缺陷的性能分析

實踐工作中，我們非常熟悉的是，電容器內部故障會導致電容器等效電容的分布與以前不同，發(fā)生一些變化，如果我們采用了新的方式，通過等效電路分析，假定在故障隱患已然存在的前提下，阻抗它就能在高頻階段吸收更多的電流成分，這是勿容置疑的事實，所以曲線當然會發(fā)生偏移，甚至故障越嚴重，阻抗變化就會出現向低頻段移動的趨勢。

（三）試驗原理與分析方法

業(yè)內人士似乎都清楚這樣一點，信號源完全可以在人為作用下，直接施加在絕緣層和導體之間，由于受到被測容量的重要影響，或者說在它的直接作用下，輸出功率會自動地做出響應，進行調整。從科學的角度上來說，大量的試驗驗證之后，我們才能夠得到理想的結果，那就是相對最優(yōu)的試驗電壓。

（四）新技術的實際應用

我們清楚，高壓電容器是電網無功補償十分關鍵的元件，如何合理控制運行電壓，包括合理控制電流以及溫度環(huán)境，如何科學處理電阻電容器絕緣不良等故障，才能保障電容器在相當長的時候內有效運行。當然，我們在保證電容運行中，一定要定期巡視電容器，如發(fā)現電容器存在漏油、滲油、熔絲熔斷等不良現象時，我們應立即停止使用。

參考文獻：

[1] 張血琴，吳廣寧，等.高壓儲能電容器直流局部放電檢測儀的研制[J].西南交通大學學報，2006，06.

[2] 陳勇，于成龍，等.直流局部放電測試技術在電容器老化判斷中的應用[J].中國測試技術，2003，05.

作者簡介：張晟（1980-），男，貴州人，本科，貴州電網有限責任公司畢節(jié)供電局技師，主要研究方向：電力技術。