高压电容器在特定谐波条件下的温升研究

摘要

本文介绍了谐波产生的原因，进而带来系统设备及典型用电负荷的不良影响。文中着重对系统中作为无功补偿设备的并联电容器与谐波的相互影响作用进行诠释，确定了在现行国标中对于设备正常运行电压、电流、容量的限制中以谐波条件下的容量作为电容器组的谐波过载保护主判据将更精准。对于谐波存在条件下，系统并联电容器可能引起电网放大的各类情况进行详细介绍。对电容器诸如极板褶皱、元件内部气泡、杂质等主要内部故障的场分布情况进行有限元分析，确定这些故障类型存在状况下，内部场强分布的变化规律，为减少存在内部隐患的电容器投运电网提供参考。
　　文中利用试验平台探究谐波对电容器介质损耗的影响，绘制各典型次数谐波存在时损耗与电压畸变率的变化关系，得出损耗会有一个顶峰，之后谐波次数再增加损耗反而会因电容器容抗随频率的变化关系减小。将电容器分别置于两种条件进行探究。首先在自然条件下，验证电容器正常运行过程中温度的分布规律，确定关键热点，为进一步探究其谐波影响状况确立主要观察节点，且电容器最热点温度会随外界环境变化而变化。基于上述试验基础，对电容器在60℃恒温条件下进行试验，得出对于电流严格控制在国标范围内时，电容器内部最热点温度上升在5～6℃左右。利用恒电流法分析得出各次谐波较纯基波时温度略低，而各次谐波对温度的变化影响并不明显。
　　本文结合对电容器温度试验中得出的相关结果，并针对现有通过巡视、红外测温等电容器监测中的不足，以及对影响电容器使用寿命的关键因素，可以通过试验测得电容器在不同温度下的热平衡曲线。利用热平衡曲线监测电容器在运行中参数变化情况，判定电容器的工作状态，及时更换电容器，降低故障发生几率，提高系统安全、可靠运行。目前由于试验平台代价较为昂贵且试验周期较长，对此类高压、大容量电力电容器的相关研究鲜有开展，因而对于将来加强谐波对电容器影响的研究具有一定指导价值。