高壓容性開合直接試驗的參數計算方法探討

牛太煜 邢保玲 高穎 張潔瓊

摘 要：隨著經濟和科技水平的快速發展，超級電容器作為隨著社會的發展而出現的一種新興能源儲存元件，本身是一種極為特別的能源材料。超級電容器已經在現代的社會生產過程中被廣泛的進行應用，但實際上，超級電容器本身的性能較低，這是現代的研究者們著重進行探討的一個關鍵點。這就需要人們在對電容器電極的材料選擇上進行改變。下文將詳細探討在超級電容器的電極工藝過程中所使用的材料與因此產生的質量問題。本身使用壽命也比較長，這是因為超級電容器內部本身并沒有產生化學上的反應。因此，在社會生產的過程中對于超級電容器的使用也比較廣泛。

關鍵詞：大容量試驗室;容性開合;電容器組

引言

高壓交流斷路器電容器組開合直接試驗的回路參數計算方法。針對單個電容器組開合直接試驗，電壓起始部分的包絡線滿足標準要求。針對背靠背電容器組開合直接試驗，探討了關于涌流頻率、開斷電流、標準恢復電壓等方面。

1阻抗保護基本原理

在不考慮溫度、光照等外部因素的前提下，電容器組三相阻抗值保持不變。因此，可以通過直接測量三相阻抗來檢測電容器組內部故障。由于所有類型的故障均會引起電容器阻抗變化，阻抗保護不存在無法檢測對稱故障的死區問題。阻抗保護適用于所有結構的電容器組，文中以單星型電容器組為例進行分析。若中性點直接接地，僅需采集三相電壓和三相電流;若中性點不接地，還需額外采集中性點電壓。對于無熔絲電容器組，故障元件或單元會短接與之并聯的元件或單元，導致容抗值降低，實際測量阻抗朝Y軸正方向偏離額定值。因此，可根據電容器組實際結構來確定告警特性圓、跳閘特性圓的半徑。若測量阻抗位于告警特性圓以內，說明電容器組沒有發生內部故障;若測量阻抗位于告警特性圓和跳閘特性圓之間，說明電容器組內部發生了輕微故障，仍可持續運行一段時間，此時可通過保護裝置發出告警信號來提醒運維人員;若測量阻抗位于跳閘特性圓外側，則需要立即切除電容器組，以免故障進一步擴大甚至影響系統的安全穩定運行。

2單個電容器組開合試驗

2.1標準要求

標準對背靠背電容器組開合試驗的要求，還有涌流要求。由于涌流支路電容量大，恢復電壓的初始部分自動會保持在包絡線之下。因此，此試驗的回路參數計算方法主要在于涌流支路和負載支路的準確計算。為了滿足涌流阻尼系數Kd≥0.85且在開斷時電流波形畸變滿足標準的要求，涌流回路需要串聯阻尼電阻。如果TB開斷時開斷電流疊加高頻振蕩部分，TB開斷后的恢復電壓也疊加高頻振蕩部分，不滿足標準要求。

2.2動態補償

繼電保護裝置通過電流互感器采集中性點不平衡電流和電容器端部三相電流。電容器組的特性受環境溫度和長期運行熱累積的影響，實際測量阻抗與靜態補償后的基準阻抗有一定偏差，若不考慮動態補償，可能導致保護裝置誤動或拒動。不同電容器溫度特性的一致性差，且不易測量，因此很難根據電容器的溫度來調節基準阻抗。考慮到電容器阻抗隨溫度等環境因素的變化是一個連續緩慢的過程，且三相阻抗的變化具有相同的趨勢，而電容器組的故障總是導致阻抗突變，且故障相與非故障相的阻抗變化是不相同的。基于上述特點，可以區分溫度等外因和電容器組故障引起的阻抗變化，從而實現阻抗的動態補償。

2.3電聚合物電極

可以在實際設計時選取對應的不同電聚合物，進一步選擇能夠提高整體效力的電聚合物，提高超級電容器的整體性能。由電聚合物制作成的電極主要可分為三種結構：對稱結構、不對稱結構與摻雜結構。對稱結構是電容器中存在的兩種不同電極由相同的可摻雜電聚合物組成的。不對稱結構是電容器中兩種不同電極使用不同的可摻雜聚合物組成的。導電聚合物的摻雜分為P類型與N類型兩種方式，當超級電容器進行充電工作時，兩種電極分別為不同類型的摻雜方式。當超級電容器進行放電工作時，兩種電極是同樣的摻雜方式。這樣的電聚合物電極可以將超級電容器內的電壓進行有效的提高，達到3V。當電極的電聚合物是兩種不同的摻雜狀態時，超級電容器進行充電與放電操作時就能夠將電解液中產生的離子進行充分利用，產生與蓄電池相似的電力特征。因此，電聚合物電極所制造的超級電容器也是公認的最優發展潛力的超級電容器。

2.4過電壓的防止措施

投切斷路器在裝置中與電容器同樣是最關鍵部件，對它的選用要特別慎重。因為，如果開關性能存在缺陷（例如，開關關合時觸頭彈跳時間過長，將可能引起電力系統或設備產生LC高頻振蕩。開斷時發生單相或多相重擊穿，將造成電容器組能量的累加導致很高的過電壓），則在投切電容器組過程中所引起的事故，其危害性是最嚴重的，同時也是最常見的事故。通常操作過電壓、過電流會引起電容器損壞，諸如套管斷裂、極對殼絕緣擊穿、極間部分或全部元件擊穿短路，甚至外殼爆裂;外熔絲在電容器放電電流的沖擊下發生群爆等。

結語

現有的超級電容器在電極工藝的制作過程中大多會選擇碳材料來進行電極的制作。但是，導電聚合物、金屬氧化物等物質作為電極材料還依然處于探索之中，并沒有實際的被大范圍投入市場，還處于實驗室的研發階段。（1）針對單個電容器組開合試，選擇合適的TRV裝置容量提供計算依據。（2）針對背靠背電容器組開合試驗，在計算過程中使用等效寄生電感的初始值計算公式和涌流阻尼電阻計算公式，縮短計算時間且使解得的參數同時滿足涌流頻率、涌流峰值、阻尼系數和標準恢復電壓的要求，可為試驗站選擇合適的涌流阻尼電阻和布置回路提供依據。

參考文獻

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