高压容性开合直接试验的参数计算方法探讨

牛太煜 邢保玲 高颖 张洁琼

摘 要：随着经济和科技水平的快速发展，超级电容器作为随着社会的发展而出现的一种新兴能源储存元件，本身是一种极为特别的能源材料。超级电容器已经在现代的社会生产过程中被广泛的进行应用，但实际上，超级电容器本身的性能较低，这是现代的研究者们着重进行探讨的一个关键点。这就需要人们在对电容器电极的材料选择上进行改变。下文将详细探讨在超级电容器的电极工艺过程中所使用的材料与因此产生的质量问题。本身使用寿命也比较长，这是因为超级电容器内部本身并没有产生化学上的反应。因此，在社会生产的过程中对于超级电容器的使用也比较广泛。

关键词：大容量试验室;容性开合;电容器组

引言

高压交流断路器电容器组开合直接试验的回路参数计算方法。针对单个电容器组开合直接试验，电压起始部分的包络线满足标准要求。针对背靠背电容器组开合直接试验，探讨了关于涌流频率、开断电流、标准恢复电压等方面。

1阻抗保护基本原理

在不考虑温度、光照等外部因素的前提下，电容器组三相阻抗值保持不变。因此，可以通过直接测量三相阻抗来检测电容器组内部故障。由于所有类型的故障均会引起电容器阻抗变化，阻抗保护不存在无法检测对称故障的死区问题。阻抗保护适用于所有结构的电容器组，文中以单星型电容器组为例进行分析。若中性点直接接地，仅需采集三相电压和三相电流;若中性点不接地，还需额外采集中性点电压。对于无熔丝电容器组，故障元件或单元会短接与之并联的元件或单元，导致容抗值降低，实际测量阻抗朝Y轴正方向偏离额定值。因此，可根据电容器组实际结构来确定告警特性圆、跳闸特性圆的半径。若测量阻抗位于告警特性圆以内，说明电容器组没有发生内部故障;若测量阻抗位于告警特性圆和跳闸特性圆之间，说明电容器组内部发生了轻微故障，仍可持续运行一段时间，此时可通过保护装置发出告警信号来提醒运维人员;若测量阻抗位于跳闸特性圆外侧，则需要立即切除电容器组，以免故障进一步扩大甚至影响系统的安全稳定运行。

2单个电容器组开合试验

2.1标准要求

标准对背靠背电容器组开合试验的要求，还有涌流要求。由于涌流支路电容量大，恢复电压的初始部分自动会保持在包络线之下。因此，此试验的回路参数计算方法主要在于涌流支路和负载支路的准确计算。为了满足涌流阻尼系数Kd≥0.85且在开断时电流波形畸变满足标准的要求，涌流回路需要串联阻尼电阻。如果TB开断时开断电流叠加高频振荡部分，TB开断后的恢复电压也叠加高频振荡部分，不满足标准要求。

2.2动态补偿

继电保护装置通过电流互感器采集中性点不平衡电流和电容器端部三相电流。电容器组的特性受环境温度和长期运行热累积的影响，实际测量阻抗与静态补偿后的基准阻抗有一定偏差，若不考虑动态补偿，可能导致保护装置误动或拒动。不同电容器温度特性的一致性差，且不易测量，因此很难根据电容器的温度来调节基准阻抗。考虑到电容器阻抗随温度等环境因素的变化是一个连续缓慢的过程，且三相阻抗的变化具有相同的趋势，而电容器组的故障总是导致阻抗突变，且故障相与非故障相的阻抗变化是不相同的。基于上述特点，可以区分温度等外因和电容器组故障引起的阻抗变化，从而实现阻抗的动态补偿。

2.3电聚合物电极

可以在实际设计时选取对应的不同电聚合物，进一步选择能够提高整体效力的电聚合物，提高超级电容器的整体性能。由電聚合物制作成的电极主要可分为三种结构：对称结构、不对称结构与掺杂结构。对称结构是电容器中存在的两种不同电极由相同的可掺杂电聚合物组成的。不对称结构是电容器中两种不同电极使用不同的可掺杂聚合物组成的。导电聚合物的掺杂分为P类型与N类型两种方式，当超级电容器进行充电工作时，两种电极分别为不同类型的掺杂方式。当超级电容器进行放电工作时，两种电极是同样的掺杂方式。这样的电聚合物电极可以将超级电容器内的电压进行有效的提高，达到3V。当电极的电聚合物是两种不同的掺杂状态时，超级电容器进行充电与放电操作时就能够将电解液中产生的离子进行充分利用，产生与蓄电池相似的电力特征。因此，电聚合物电极所制造的超级电容器也是公认的最优发展潜力的超级电容器。

2.4过电压的防止措施

投切断路器在装置中与电容器同样是最关键部件，对它的选用要特别慎重。因为，如果开关性能存在缺陷（例如，开关关合时触头弹跳时间过长，将可能引起电力系统或设备产生LC高频振荡。开断时发生单相或多相重击穿，将造成电容器组能量的累加导致很高的过电压），则在投切电容器组过程中所引起的事故，其危害性是最严重的，同时也是最常见的事故。通常操作过电压、过电流会引起电容器损坏，诸如套管断裂、极对壳绝缘击穿、极间部分或全部元件击穿短路，甚至外壳爆裂;外熔丝在电容器放电电流的冲击下发生群爆等。

结语

现有的超级电容器在电极工艺的制作过程中大多会选择碳材料来进行电极的制作。但是，导电聚合物、金属氧化物等物质作为电极材料还依然处于探索之中，并没有实际的被大范围投入市场，还处于实验室的研发阶段。（1）针对单个电容器组开合试，选择合适的TRV装置容量提供计算依据。（2）针对背靠背电容器组开合试验，在计算过程中使用等效寄生电感的初始值计算公式和涌流阻尼电阻计算公式，缩短计算时间且使解得的参数同时满足涌流频率、涌流峰值、阻尼系数和标准恢复电压的要求，可为试验站选择合适的涌流阻尼电阻和布置回路提供依据。

参考文献

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