專利名稱：電力電容器在多頻率電源下的損耗測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及如高壓并聯(lián)電容器、濾波電容器以及其它有可能工作在多頻率電源條
件下的電容設(shè)備的損耗測(cè)量方法，具體是一種電力電容器在多頻率電源下的損耗測(cè)量方 法。
背景技術(shù)：
損耗是電力電容器設(shè)備的一項(xiàng)重要參數(shù)，它與設(shè)備的工作效率、發(fā)熱狀況、絕緣性 能、壽命等參數(shù)密切相關(guān)。目前，電容器產(chǎn)品都是以介質(zhì)損耗角的正切值(tanS)作為度 量其損耗大小的參數(shù)。tanS等于有功功率和無功功率的比值，在無功功率不變的條件下， tanS越小表示有功損耗越小。 通常，電容器都是采用電橋法來測(cè)量tan S的，即通過調(diào)節(jié)電橋四臂阻抗比的方 法來進(jìn)行tanS的測(cè)量。 當(dāng)電容器工作在單一頻率電源下時(shí)，電橋法是有效的。然而，當(dāng)電源包含多個(gè)頻 率，如電源中存在諧波時(shí)，電容器回路實(shí)際上是兩個(gè)或多個(gè)相互獨(dú)立的線性系統(tǒng)的疊加，每 個(gè)線性系統(tǒng)都有各自的tanS值。在這種條件下，再用電橋來測(cè)量就不可能了。因?yàn)闃虻?四臂阻抗關(guān)系被打亂了，電橋不可能在多個(gè)頻率下同時(shí)保持平衡。因此，普通的電橋法也就 無法對(duì)tanS進(jìn)行測(cè)量，而且，此時(shí)也不能用單一的tanS值來表征設(shè)備的損耗。 在電力系統(tǒng)中，濾波電容器、并聯(lián)電容器等設(shè)備都是長期工作在工頻疊加多個(gè)諧 波條件下的。尤其是濾波電容器，其設(shè)計(jì)工況下的諧波電流值很大，有時(shí)甚至大于工頻電流 值。目前都是測(cè)量工頻額定電壓條件下的tanS值，用以計(jì)量電容器損耗的大小。而設(shè)備
的損耗值都是隨著頻率的變化而變化的，所以工頻下的tan S值并不能真實(shí)反映含諧波電 源下的損耗情況。因此，本發(fā)明提出一種在多個(gè)電源頻率條件下的電容器損耗測(cè)量方法。
中國專利2008102118511. 5 "—種電力電容器的介質(zhì)損耗在線測(cè)量裝置"，該裝置 采用的方法中利用測(cè)量電容器外殼表面溫度和環(huán)境溫度來計(jì)算電容器的有功功率，根據(jù)電 容電壓、電流計(jì)算電容器的視在功率，再用有功功率除以實(shí)在功率得到介質(zhì)損耗角。不足 之處在于(1)方法主要是用于在線監(jiān)測(cè)電容，器在工頻電源下的介質(zhì)損耗角，當(dāng)電源含有 諧波時(shí)介質(zhì)損耗角的物理意義不清晰，該方法將無法測(cè)得準(zhǔn)確的介質(zhì)損耗角，因此也無法 體現(xiàn)電容器的損耗狀況，適用范圍??；(2)該方法所測(cè)得的電容器損耗結(jié)果與其用熱電偶 測(cè)得的電容器外殼表面溫度的準(zhǔn)確度有很大關(guān)系，在電容器運(yùn)行發(fā)熱過程中，其本體各處 的溫度是不同的，各面的散熱系數(shù)也各不相同，因此，準(zhǔn)確計(jì)算電容器的散熱量需要用微元 法，計(jì)算過程較復(fù)雜，通常需要借助計(jì)算機(jī)或微處理器來完成，有試驗(yàn)表明，電力電容器運(yùn) 行時(shí)各處的最大溫差可以達(dá)到10K以上，而該方法將熱電偶貼于電容器本體外殼的三分之 二高度處，用這一點(diǎn)的溫度來代表整個(gè)電容器外殼的溫度，這樣會(huì)導(dǎo)致較大的誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電力電容器在多頻率電源下的損耗測(cè)量方法，將電容器損耗測(cè)量等效為其散失熱能的測(cè)量，把會(huì)受電源頻率影響的電橋法轉(zhuǎn)換為不受電源頻率 影響，而直接測(cè)電容器耗散能量的方法。該方法具有廣泛的適用性，不僅適用于電力電容 器，也適用于其它電器設(shè)備，不僅適用于多頻率電源，也同樣適用于其它各類電源下的損耗 本發(fā)明解決問題的具體方案是電力電容器在多頻率電源下的損耗測(cè)量方法，其 特征在于將被測(cè)電容器放置于絕熱容器之中，容器內(nèi)灌滿比熱較小的絕緣液態(tài)介質(zhì)，將電 容器加電壓至測(cè)量狀態(tài)，開始計(jì)時(shí)，經(jīng)過一段時(shí)間發(fā)現(xiàn)介質(zhì)溫度有明顯升高之后斷電；此 后，保持電容器在絕熱容器之中若干時(shí)間，直至電容器和絕緣介質(zhì)溫度都不再變化為止，此 時(shí)電容器溫度和加電壓之前電容器溫度之差即為電容器和絕緣介質(zhì)的溫升值，根據(jù)電容器 和絕緣介質(zhì)的質(zhì)量、比熱、溫升，就可以求出它們吸收的熱量，即電容器的損耗熱能，再用這 個(gè)熱能值除以電容器通電時(shí)間，就得到了電容器的損耗功率。 本發(fā)明的原理是由于電容器中的損耗以介質(zhì)損耗、電極損耗為主，極化損耗只占 很小的一部分，損耗基本都轉(zhuǎn)化為熱能，一方面會(huì)提高電容器的溫度，另一方面會(huì)提高周圍 環(huán)境介質(zhì)的溫度。因此，在熱平衡條件下，電容器單位時(shí)間散發(fā)出的熱能就基本等于其損耗 功率?；谶@一點(diǎn)，本發(fā)明將損耗功率的測(cè)量轉(zhuǎn)化為熱能的測(cè)量，由于熱能是真實(shí)客觀存在 的物理量，與來自什么樣的電源無關(guān)聯(lián)性，完全有效地反映著消耗的有功量的大小。因此， 該測(cè)量方法有效地避免了電源頻率對(duì)測(cè)量損耗的影響，十分巧妙地解決了多頻率電源下的 損耗測(cè)量問題。 本發(fā)明所述方法的有益效果為可以較準(zhǔn)確地測(cè)量電容器及其它電器在多個(gè)頻率 電源下的損耗值，對(duì)電容器及其它電器在多頻率電源下的發(fā)熱狀況有一準(zhǔn)確了解和評(píng)價(jià)， 防止電容器及其它電器因損耗、測(cè)量不準(zhǔn)而在運(yùn)行中發(fā)生熱崩潰，從而提高電容器及其它 電器在特殊條件下的運(yùn)行可靠性。


圖1電容設(shè)備在多頻率電源下的損耗測(cè)量原理圖。
具體實(shí)施例方式
下面通過附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。 圖1中標(biāo)記說明1_溫度傳感器，2-絕熱箱，3-電源，4-支架，5-絕緣油。
如圖1所示，將待測(cè)電容器放置在一個(gè)密閉的長方體絕熱箱2中，固定在支架4 上。支架4應(yīng)由熱容量較低的材料制成，且應(yīng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，能支撐待測(cè)電氣設(shè)備的 重量。絕熱箱2的內(nèi)空尺寸不宜過大，也不能過小，應(yīng)在保證電容器放置其中不會(huì)與箱壁接 觸的條件下，尺寸盡量小。這樣電容器發(fā)出的熱量在短時(shí)間內(nèi)可以使得介質(zhì)溫度產(chǎn)生明顯 的上升，從而縮短試驗(yàn)的時(shí)間。同時(shí)，絕熱箱2的6個(gè)面都應(yīng)具有足夠低的導(dǎo)熱系數(shù)，以保 證當(dāng)容器內(nèi)部裝滿IO(TC絕緣油5、外界空氣溫度為2(TC的條件下，絕緣油5的溫度在24
小時(shí)內(nèi)下降不超過o.5t:，從而試驗(yàn)測(cè)量計(jì)算熱量時(shí)，可以忽略通過箱壁散失到空氣中的熱
量。將電氣設(shè)備的電源3通過穿墻套管引入絕熱箱2內(nèi)，套管處應(yīng)密封良好，套管也應(yīng)采用 絕熱材料(或?qū)嵯禂?shù)很低的材料)制成。 將絕熱箱箱2內(nèi)灌滿絕緣油5，靜置12小時(shí)左右，使絕熱箱2內(nèi)的油和電容設(shè)備各處均達(dá)到統(tǒng)一的溫度，記為T。。給待測(cè)電容設(shè)備通電，快速將電容器的電壓和電流調(diào)節(jié)至設(shè) 定值，開始計(jì)時(shí)，此時(shí)時(shí)間t。 = 0。持續(xù)通電8小時(shí)，此時(shí)貼在電容器表面和絕熱箱內(nèi)壁上 的溫度傳感器1都應(yīng)出現(xiàn)明顯溫升，如果某一傳感器溫升低于2t:，則應(yīng)繼續(xù)通電，直至溫 升超過2t:時(shí)斷開電源，記下此時(shí)的時(shí)間點(diǎn)、。靜置一段時(shí)間(一般要求24小時(shí)以上)，直 至電容器和油溫達(dá)到均勻一致為止，此時(shí)的溫度記為L。按式(2)即可算出待測(cè)電容器的
有功損耗功率?！?(附1"1+附2"2)《-。 (2) 式中 W :待測(cè)電容器的有功損耗功率，單位W ; mi :絕緣油的質(zhì)量，單位kg ; Cl :絕緣油的比熱容，單位j/kg K ; m2 :待測(cè)電容器的質(zhì)量，單位kg ; c2 :待測(cè)電容器的比熱容，單位J/kg K。 在多個(gè)頻率電源條件下，測(cè)出實(shí)際的有功損耗對(duì)提高電容器運(yùn)行可靠性是十分有 意義的。因?yàn)檫@真實(shí)地體現(xiàn)了電容器總損耗量的大小，對(duì)電容器的實(shí)際運(yùn)行條件有著客觀 的評(píng)價(jià)，使運(yùn)行單位可針對(duì)問題采取措施，達(dá)到提高運(yùn)行可靠性之目的。因此，以有功損耗 作為一個(gè)鑒定電容器質(zhì)量的參數(shù)是合理也是必要的。
權(quán)利要求
電力電容器在多頻率電源下的損耗測(cè)量方法，其特征在于將被測(cè)電容器放置于絕熱容器之中，容器內(nèi)灌滿比熱較小的絕緣液態(tài)介質(zhì)，將電容器加電壓至測(cè)量狀態(tài)，開始計(jì)時(shí)，經(jīng)過一段時(shí)間發(fā)現(xiàn)介質(zhì)溫度有明顯升高之后斷電；此后，保持電容器在絕熱容器之中若干時(shí)間，直至電容器和絕緣介質(zhì)溫度都不再變化為止，此時(shí)電容器溫度和加電壓之前電容器溫度之差即為電容器和絕緣介質(zhì)的溫升值，根據(jù)電容器和絕緣介質(zhì)的質(zhì)量、比熱、溫升，就可以求出它們吸收的熱量，即電容器的損耗熱能，再用這個(gè)熱能值除以電容器通電時(shí)間，就得到了電容器的損耗功率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電力電容器在多頻率電源下的損耗測(cè)量方法，將電容器損耗測(cè)量等效為其散失熱能的測(cè)量，把會(huì)受電源頻率影響的電橋法轉(zhuǎn)換為不受電源頻率影響，而直接測(cè)電容器耗散能量的方法。該方法具有廣泛的適用性，不僅適用于電力電容器，也適用于其它電器設(shè)備，不僅適用于多頻率電源，也同樣適用于其它各類電源下的損耗測(cè)量。
文檔編號(hào)G01R27/26GK101701991SQ200910272960
公開日2010年5月5日 申請(qǐng)日期2009年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月27日
發(fā)明者嚴(yán)飛, 倪學(xué)鋒, 姜?jiǎng)賹? 林浩 申請(qǐng)人:國網(wǎng)電力科學(xué)研究院