电力电容器在多频率电源下的损耗测量方法

摘要

本发明涉及一种电力电容器在多频率电源下的损耗测量方法，将电容器损耗测量等效为其散失热能的测量，把会受电源频率影响的电桥法转换为不受电源频率影响，而直接测电容器耗散能量的方法。该方法具有广泛的适用性，不仅适用于电力电容器，也适用于其它电器设备，不仅适用于多频率电源，也同样适用于其它各类电源下的损耗测量。

说明书

技术领域

本发明涉及如高压并联电容器、滤波电容器以及其它有可能工作在多频率电源条件下的电容设备的损耗测量方法，具体是一种电力电容器在多频率电源下的损耗测量方法。

背景技术

损耗是电力电容器设备的一项重要参数，它与设备的工作效率、发热状况、绝缘性能、寿命等参数密切相关。目前，电容器产品都是以介质损耗角的正切值(tanδ)作为度量其损耗大小的参数。tanδ等于有功功率和无功功率的比值，在无功功率不变的条件下，tanδ越小表示有功损耗越小。

通常，电容器都是采用电桥法来测量tanδ的，即通过调节电桥四臂阻抗比的方法来进行tanδ的测量。

当电容器工作在单一频率电源下时，电桥法是有效的。然而，当电源包含多个频率，如电源中存在谐波时，电容器回路实际上是两个或多个相互独立的线性系统的叠加，每个线性系统都有各自的tanδ值。在这种条件下，再用电桥来测量就不可能了。因为桥的四臂阻抗关系被打乱了，电桥不可能在多个频率下同时保持平衡。因此，普通的电桥法也就无法对tanδ进行测量，而且，此时也不能用单一的tanδ值来表征设备的损耗。

在电力系统中，滤波电容器、并联电容器等设备都是长期工作在工频叠加多个谐波条件下的。尤其是滤波电容器，其设计工况下的谐波电流值很大，有时甚至大于工频电流值。目前都是测量工频额定电压条件下的tanδ值，用以计量电容器损耗的大小。而设备的损耗值都是随着频率的变化而变化的，所以工频下的tanδ值并不能真实反映含谐波电源下的损耗情况。因此，本发明提出一种在多个电源频率条件下的电容器损耗测量方法。

中国专利2008102118511.5“一种电力电容器的介质损耗在线测量装置”，该装置采用的方法中利用测量电容器外壳表面温度和环境温度来计算电容器的有功功率，根据电容电压、电流计算电容器的视在功率，再用有功功率除以实在功率得到介质损耗角。不足之处在于：(1)方法主要是用于在线监测电容，器在工频电源下的介质损耗角，当电源含有谐波时介质损耗角的物理意义不清晰，该方法将无法测得准确的介质损耗角，因此也无法体现电容器的损耗状况，适用范围小；(2)该方法所测得的电容器损耗结果与其用热电偶测得的电容器外壳表面温度的准确度有很大关系，在电容器运行发热过程中，其本体各处的温度是不同的，各面的散热系数也各不相同，因此，准确计算电容器的散热量需要用微元法，计算过程较复杂，通常需要借助计算机或微处理器来完成，有试验表明，电力电容器运行时各处的最大温差可以达到10K以上，而该方法将热电偶贴于电容器本体外壳的三分之二高度处，用这一点的温度来代表整个电容器外壳的温度，这样会导致较大的误差。

发明内容

本发明的目的是：提供一种电力电容器在多频率电源下的损耗测量方法，将电容器损耗测量等效为其散失热能的测量，把会受电源频率影响的电桥法转换为不受电源频率影响，而直接测电容器耗散能量的方法。该方法具有广泛的适用性，不仅适用于电力电容器，也适用于其它电器设备，不仅适用于多频率电源，也同样适用于其它各类电源下的损耗测量。

本发明解决问题的具体方案是：电力电容器在多频率电源下的损耗测量方法，其特征在于：将被测电容器放置于绝热容器之中，容器内灌满比热较小的绝缘液态介质，将电容器加电压至测量状态，开始计时，经过一段时间发现介质温度有明显升高之后断电；此后，保持电容器在绝热容器之中若干时间，直至电容器和绝缘介质温度都不再变化为止，此时电容器温度和加电压之前电容器温度之差即为电容器和绝缘介质的温升值，根据电容器和绝缘介质的质量、比热、温升，就可以求出它们吸收的热量，即电容器的损耗热能，再用这个热能值除以电容器通电时间，就得到了电容器的损耗功率。

本发明的原理是：由于电容器中的损耗以介质损耗、电极损耗为主，极化损耗只占很小的一部分，损耗基本都转化为热能，一方面会提高电容器的温度，另一方面会提高周围环境介质的温度。因此，在热平衡条件下，电容器单位时间散发出的热能就基本等于其损耗功率。基于这一点，本发明将损耗功率的测量转化为热能的测量，由于热能是真实客观存在的物理量，与来自什么样的电源无关联性，完全有效地反映着消耗的有功量的大小。因此，该测量方法有效地避免了电源频率对测量损耗的影响，十分巧妙地解决了多频率电源下的损耗测量问题。

本发明所述方法的有益效果为：可以较准确地测量电容器及其它电器在多个频率电源下的损耗值，对电容器及其它电器在多频率电源下的发热状况有一准确了解和评价，防止电容器及其它电器因损耗、测量不准而在运行中发生热崩溃，从而提高电容器及其它电器在特殊条件下的运行可靠性。

附图说明

图1电容设备在多频率电源下的损耗测量原理图。

具体实施方式

下面通过附图对本发明做进一步描述。

图1中标记说明：1-温度传感器，2-绝热箱，3-电源，4-支架，5-绝缘油。

如图1所示，将待测电容器放置在一个密闭的长方体绝热箱2中，固定在支架4上。支架4应由热容量较低的材料制成，且应具有足够的机械强度，能支撑待测电气设备的重量。绝热箱2的内空尺寸不宜过大，也不能过小，应在保证电容器放置其中不会与箱壁接触的条件下，尺寸尽量小。这样电容器发出的热量在短时间内可以使得介质温度产生明显的上升，从而缩短试验的时间。同时，绝热箱2的6个面都应具有足够低的导热系数，以保证当容器内部装满100℃绝缘油5、外界空气温度为20℃的条件下，绝缘油5的温度在24小时内下降不超过0.5℃，从而试验测量计算热量时，可以忽略通过箱壁散失到空气中的热量。将电气设备的电源3通过穿墙套管引入绝热箱2内，套管处应密封良好，套管也应采用绝热材料(或导热系数很低的材料)制成。

将绝热箱箱2内灌满绝缘油5，静置12小时左右，使绝热箱2内的油和电容设备各处均达到统一的温度，记为T₀。给待测电容设备通电，快速将电容器的电压和电流调节至设定值，开始计时，此时时间t₀＝0。持续通电8小时，此时贴在电容器表面和绝热箱内壁上的温度传感器1都应出现明显温升，如果某一传感器温升低于2℃，则应继续通电，直至温升超过2℃时断开电源，记下此时的时间点t₁。静置一段时间(一般要求24小时以上)，直至电容器和油温达到均匀一致为止，此时的温度记为T₁。按式(2)即可算出待测电容器的有功损耗功率。

$W=\frac{(m_1\times c_1+m_2\times c_2)\times (T_1-T_0)}{t_1}---\left(2\right)$

式中：

W：待测电容器的有功损耗功率，单位W；

m₁：绝缘油的质量，单位kg；

c₁：绝缘油的比热容，单位J/kg·K；

m₂：待测电容器的质量，单位kg；

c₂：待测电容器的比热容，单位J/kg·K。

在多个频率电源条件下，测出实际的有功损耗对提高电容器运行可靠性是十分有意义的。因为这真实地体现了电容器总损耗量的大小，对电容器的实际运行条件有着客观的评价，使运行单位可针对问题采取措施，达到提高运行可靠性之目的。因此，以有功损耗作为一个鉴定电容器质量的参数是合理也是必要的。