第31卷 第6期2010年12月电力电容器与无功补偿Pow er Capac itor&R eactive Pow er Compensa ti onV o.l31N o.6D ec.2010收稿日期:2010 06 02作者简介:刘尔宁(1979 ),女,助理工程师,主要从事电力电容器工艺技术工作。

设计与研究电容器损耗测量误差及其分析刘尔宁(西安西电电力电容器有限责任公司,陕西西安710082)摘 要:对于原材料介质相同,在同一真空罐内进行真空干燥浸渍处理的几种电压等级、容量相同的电容器,做出厂试验时,损耗角正切tan 测量值相差较大,对引起电容器损耗角正切tan 测量误差的原因进行分析,提出了改进措施。

关键词:电容器; 损耗测量; 误差; 分析中图分类号:T M531.4 文献标识码:B 文章编号:1674 1757(2010)05 0029 03LossM easure m ent Error and A nalysis of C apacit orLIU E r ning(X i an the E lectr i c Po w er Capacito r Co.,Ltd.,X i an710082,Ch i n a)Abst ract:Fo r the capac itors,w hich w ith sa m e m ed i u m for ra w m aterials,several vo ltage grades, sa m e capac ity,and i m pregnated in the sa m e vacuum,duri n g its rou ti n e tes,t the d ifference of the loss tangentm easured va l u e is h i g h.The reasons,wh ich causes the tan m easure m en t error o f ca pacito r,is analyzed,and t h e i m prove m ent m easures is pr oposed.K eyw ords:capacito r;l o ss m easure m en;t error;ana l y sis0 引言电力电容器介质损耗角正切值(以下简称电容器tan )是电力电容器的重要质量指标之一,电容器tan 的测量对于判断电容器设备的绝缘状况是比较有效的方法。

电容器tan 是在交流电压作用下,电介质中的电流有功分量与无功分量的比值。

在一定的电压和频率下,他反映电介质内单位体积中能量损耗的大小,他与电介质的体积尺寸大小无关。

因此,较准确测量电容器tan 数值,能直接了解电容器内部介质绝缘情况。

1 电容器tan 的分析电容器tan 与电容器的电导损耗、电介质损耗以及介质的极化损耗等有关[1 3]。

电介质损耗包括固体介质损耗以及液体浸渍剂的损耗;电导损耗主要取决于电容器内部的金属导体,如连接片、内熔丝和放电电阻等,以及相互连接锡焊处的接触电阻;介质的极化损耗主要包括介质内部杂质离子的极化损耗。

由上述分析可知,电容器介质损耗(如聚丙烯薄膜、浸渍剂等)基本上是由原材料决定的;电导损耗与设计参数选择有一定关系;而锡焊连接、浸渍剂的净化处理和除去介质材料中的水分,以及制造过程中各种杂质的污染等,均与制造过程的质量控制有直接关系,尤其是电容器真空干燥处理的效果直接影响电容器损耗(tan )。

但同一时期生产的各种电容器,原材料介质相同,在同1个真空罐内处理的几种电压等级的电容器(容量基本相同),在出厂试验时发现电容器tan 测试值相差较大[4 6]。

例如型号为BAM11/3-334-1W电容器和B AM11/23-334-1W,虽然后者电流比前者大1倍,而由此引起的电导损耗有可能随之略有增加,但实际情况不是这样。

经过分析原因,在一定程度上与测量方法有一定关系。

2 电容器tan 测量误差及分析电容器tan 在国标GB/T11024.1 2001中未明确规定,仅要求由制造厂和电容器买方协商确定。

在国标中对电容器tan 的测量仅规定了测量程序,即应在0.9~1.1U n下,用能排除由谐波引起的误差的方法进行测量。

近年来,在电容器合同的技术协议里规定,电容器tan 大多不大于0.02%,有的甚至小到0.01%。

这样很小范围的tan 值,由于测量方法误差而引起的tan 值超差是常有的事。

因此,这就需要认真分析电容器tan 测量误差原因。

实践经验表明,有诸多因素影响着电容器tan 的测量值[7]。

2.1 测量电容器tan 时外部线路损耗的影响在测量电容器tan 时,考虑到接线方法,电容器的2个接线端子与测量系统的导线连接,是借助于带有弹簧的2个上下可调(压缩空气传动)的圆形紫铜板,压在电容器接线端子上实现的。

紫铜板表面由于电火花的长期电蚀作用,其表面粗糙的铜氧化层产生较大的接触电阻,这就是电容器tan 的测量值也包含了外部接线接触不良引起发热的附加损耗。

其值影响大小,由电容器的电流大小、接触电阻大小以及导线的长短等决定的。

例如,以往集合式电容器内部的单元电容器,大多数额定电压低,单台容量较大,如额定电压为11/53、11/43、11/33kV;容量大多为134、200、278kvar等;其额定电流大,测量的tan 值多在0.03%~0.05%内。

而与上述单元电容器同一批材料,同种工艺(同一罐真空干燥浸渍处理)生产的B AM11/3-334-1W的tan 值仅为0.015%左右。

经分析可知,上述单元电容器tan 值偏大,可能是测量时外部接线的附加损耗所导致。

为减少由外部测量系统的接触电阻引起的附加损耗,一般采用以下方法校验。

如单元电容器B AM11/43-278-1W,将4台试验产品串接在一起,U t=11/3kV,其测量的tan 值平均约下降30%~60%左右,即测量系统的附加损耗,由原1台产品承担而变为4台产品分担,显然4台产品测试的tan 值就小得多了。

如果将上述的自动 压接式 接线改为下列接线方式:用两头带有线鼻子的多股镀锡铜绞线,用螺母拧紧在电容器接线端子和试验电源线上,其测量的tan 值又要小些。

如不久前,用自动电桥测试并联电容器B AM11/23-334-1W的tan 值介于0.020%~0.029%之间,而同一真空罐处理的BAM11/3-334-1W的tan 值约在0.013%~ 0.015%之间。

为进一步验证附加损耗的影响,取BAM11/23-334-1W2台损耗最大的电容器(tan 值分别为0.029%和0.028%),用50mm2截面积只带有线鼻子的镀锡铜绞线,分别接在电容器接线端子和试验电源线上,并用扳手旋紧。

当电压升到11/23kV时,测量的tan 分别为0.21%和0.20%,约下降30%。

B AM11/23-334-1W在同一真空罐处理的B AM11/3-334 -1W,前者电流为后者的2倍,其损耗比后者tan 略大40%左右,这可能与测量时接线方式引起的电导损耗有关[8]。

2.2 电容器tan 测试值与施加的测试电压时间有关众所周知,电容器的损耗tan 与其内部介质的温度有关,当温度大于0 时,tan 与温度T的曲线形似开口向上的扁平抛物线状,其顶点(即tan 的最小值)大多在65 左右。

因此,当对电容器试品施加试验电压(U t=0.9~1.1U n)时,电容器器内部温度随施加电压时间而逐步上升到一个稳定值,其过程约需45~60s左右,测试的tan 值亦由大到小。

这就是用普通电桥借助调节电阻值测试电容器tan 时,有一个约45~60s的调节过程,最终tan 值才能稳定下来。

但是,采用自动电桥测试电容器tan 时情况有所不同,当试验电压施加到测试电压时,其采集的信号是瞬时的,亦即该瞬时的tan 测试值,而不是内部温度稳定后的测试值。

例:对某一并联电容器BAM11.4/2-334-1W的tan 在自动电30电力电容器与无功补偿 第31卷桥上进行测试,设置的测定时间为70s,测试电压U s=5.688k V,刚开始第10s时,tan =0.021%;第20s时,tan =0.020%;第30s时,tan = 0.019%;直至最后,tan 值稳定在0.017%。

测试另1台型号B AM11.4/2-334-1W电容器的tan ,测试电压、时间设置同上。

同样tan 值由开始瞬间的0.020%降到最终稳定后的0.017%(第50s左右)。

跟踪试验为BAM11/3-334-1W电容器在测试电压为U s=6.38kV下,环境温度为12 ,不同的施加测试电压时间内测量的tan 值见表1。

表1 施加试验电压的不同时间内tan 测试值比较施加测试电压时间/s产品编号1#2#3#4#100.0180.0170.0200.019200.0180.0170.0190.019300.0160.0160.0180.018400.0160.0160.0180.017500.0150.0140.0160.015600.0140.0130.0150.014700.0140.0130.0150.014上述试验数据表明,利用全自动电桥测试电容器tan 时,必须保证一定的施加电压时间,方可得到较准确的tan 测试值。

2.3 电容器tan 测试值与施加电压值大小关系通常情况下,如果电容器设计合理,制造过程都处于正常受控的状态下,在0.9~1.1U n下,测试的tan 值应没有多大差异。

而且tan -V曲线在正常情况下,只有在较低电压及较高电压(如1.3U n以上)时的曲线出现上翘趋势。

如果电容器在元件卷绕、锡焊及真空干燥浸渍等关键工序不严格 三按 生产,则电容器有可能出现局部放电水平较低的情况,即在接近或等于1.1U n下就起始放电。

因之,在1.1U n下测试的tan 值很可能大于0.9U n或1.0U n下的测试值。

2.4 直流电容器的测试tan 要比交流电容器tan 大直流电容器内部心子串联段较多,每个串联段并联连接放电均压电阻,一是释放每个串联段的直流电流,二是该放电电阻兼起均压作用,取值不能太大[9 10];并且直流电容器的额定电容值较小。

根据电容器tan 的定义:tan =i R/i C= 1/( CR)(其中R相当于放电电阻的阻值),受这两方面因素的影响,直流电容器的tan 要比交流电容器的tan 测试值偏大。

3 结语1)在测量电流较大的电容器tan 时,一定要注意电容器端子接线要可靠,接线螺母要拧紧,而且导线要保持一定截面积,导线尽量要短,以减少不必要的线路损耗;2)利用全自动电桥测量电容器tan 时,如果要获得较准确的tan 值,其设定的施加电压时间要有保证,一般在40s以上;3)测试直流电容器tan ,可以根据产品的场强、电压特性和实际情况适当地调整测量电压值。