基于容性储能恢复响应及声学噪音联合分析的高压电容器故障隐患批量技术探讨

张晟 周礼红 庄红军

摘 要：目前，电压器故障如漏油、裂痕、破损、老化等现象，严重地威胁着电力系统的运行，影响着工农业生产秩序和人民群众生活。通过采用新的技术方案，检测高频短时脉冲流过电容器的电流频响及其恢复电流特性，绘制出基于频率为坐标的电流充放电恢复响应及声波噪音图谱等，可以很好地解决内部缺陷。

关键词：电容器；故障；设备；技术

高压电容器是电力系统的一种特殊的关键设备，其主要功能是通过某种方式，为整个电力系统供给无功功率，因而使功率因数得到提高。在实践工作中，我们采用了一些方法，比如就地无功补偿，相应减少了线路能量损耗，也压低了电降，同时使电能质量得到一定幅度提高，使设备利用率也相应提高，但是，由于运行环境、人为因素等原因，电容器故障屡见不鲜，且发生的频繁较高。

一、技术方案要点

现实中，我们了解到：电容器的故障往往很难直接体现出电容值的明显变化，而且即使电容器出现故障，也不一定是绝缘不良，而且，通过局部放电的试验方法也存在不足。本项目提出了一种给电容器施加短时高频脉冲信号的方案：检测高频短时脉冲流过电容器的电流频响及其恢复电流特性，同时结合一套超薄声波压电传感器监测电容器的电气谐振诱发的噪音，绘制出基于频率为坐标的电流充放电恢复响应及声波噪音图谱。该套方案具备4只电容器同时测试的能力，通过快速测试与建档，故障电容器因外部触发脉冲的作用下内部故障缺陷的等效电容和信号输出回路形成高Q值谐振，该谐振Q值超过一定门限幅度值可直接进行故障缺陷的判别。

二、研究内容分析

（一）技术研究对于解决内部缺陷的作用

业内人士清楚，电容器内部一旦发生什么故障，势必出现一种状况，那就是让电容器等效电容的分布和以前并不一样，通过对等效电路进行认真而仔细分析，我们会发现这样一种现象：故障隐患假如存在的话，出现的结果就是：阻抗在高频阶段会吸收更多的电流成分，以至于出现了曲线偏移的结果，假如说，故障情况进一步恶化，那么，相应来说，阻抗变化的趋势是向低频段移动的。

（二）试验系统及技术路线评价

要知道，要对技术路级进行分析，首先，我们要对电器设备的功能模块进行充分的了解。从专业的角度上讲，电器设备的功能模块可以划分成如下几个部分：一是试验电源功效；二是试验电压发生器，三是试验反馈信号通道，四是控制试验电压频率和电压，五是AD采樣的MUC单元，此外，电器设备功能模块还包括通信和供电设备等多个部分。

在了解电器功能模块的前提下，我们再认真地对电容器结构的等效电气回路仿真，我们会很清晰地看到这样一种状况：电器故障隐患可以在频率0.1-30Khz内进行阻抗谱值分析的方式充分体现出来。居于以上的分析，我们可以得出结论，本技术路线的基础在于：

一方面，我们要获取的阻抗谱曲线，包括如下两种：一是阻抗频率特性曲线；二是奈奎斯特曲线，包括实部与虚部的关系。

二方面，我所所进行的特征曲线的解释，需要建立起与故障的内部关联。那么，可以这样定论，非破坏性测试手段成为阻抗谱的获取的主要手段，在宽频域的阻抗测试方法的基础之下，我们才得以实现整个频带的阻抗性曲线绘制，这就为我们打开了一扇方便之门。

1）频可调（变频以压）试验源：我们不难发现，在市场上，我们用的扫频仪，它的功能仅局限于针对功率（DB）进行的有效测试，问题的关键在于，它对工率角区分变得困难了，而功率角是一个十分重要的指标，它反映了复阻抗特性的关键参数，这是我们万不可忽视的事情。

2）宽频信号响应采集。

3）图形生成与解释，建立储能响应分析平台。

三、创新点及推广应用

（一）基于阻抗频率响应的小信号分析

在输出容量、输出频率以及选择频率自动测试的领域比同类装置有明显创新。有一个重要原因，其他同类设备基本上都没有针对电容器测试的技术配套参数，它的测试频率是不可以进行调整的，并且，测试时间非常的长，甚至可以达数小时。在本项目中，我们采用了新的方式，即频率可调整的方法，对于电容器而言，一般情况下只需要0.1-50k范围的快速测试就行，很快即可完成。

（二）内部缺陷的性能分析

实践工作中，我们非常熟悉的是，电容器内部故障会导致电容器等效电容的分布与以前不同，发生一些变化，如果我们采用了新的方式，通过等效电路分析，假定在故障隐患已然存在的前提下，阻抗它就能在高频阶段吸收更多的电流成分，这是勿容置疑的事实，所以曲线当然会发生偏移，甚至故障越严重，阻抗变化就会出现向低频段移动的趋势。

（三）试验原理与分析方法

业内人士似乎都清楚这样一点，信号源完全可以在人为作用下，直接施加在绝缘层和导体之间，由于受到被测容量的重要影响，或者说在它的直接作用下，输出功率会自动地做出响应，进行调整。从科学的角度上来说，大量的试验验证之后，我们才能够得到理想的结果，那就是相对最优的试验电压。

（四）新技术的实际应用

我们清楚，高压电容器是电网无功补偿十分关键的元件，如何合理控制运行电压，包括合理控制电流以及温度环境，如何科学处理电阻电容器绝缘不良等故障，才能保障电容器在相当长的时候内有效运行。当然，我们在保证电容运行中，一定要定期巡视电容器，如发现电容器存在漏油、渗油、熔丝熔断等不良现象时，我们应立即停止使用。

参考文献：

[1] 张血琴，吴广宁，等.高压储能电容器直流局部放电检测仪的研制[J].西南交通大学学报，2006，06.

[2] 陈勇，于成龙，等.直流局部放电测试技术在电容器老化判断中的应用[J].中国测试技术，2003，05.

作者简介：张晟（1980-），男，贵州人，本科，贵州电网有限责任公司毕节供电局技师，主要研究方向：电力技术。