超級電容器范文第1篇
1超級電容器研究的意義
伴隨人口的急劇增長和社會經濟的快速發展，資源和能源日漸短缺，生態環境日益惡化，人類將更加依賴潔凈和可再生的新能源。有的學者則更進一步認為21世紀將是以電池為基礎的社會。近年來在許多儲能裝置應用方面對功率密度的要求越來越高，已超過了當前電池的標難設計能力。超級電容器(SC)正是在這樣的背景下產生的。“超級電容器”一詞來自20世紀60年代末日本NEC公司生產的電容器產品“Supercapacitor”。它泛指具有很高功率和高能量密度的電容器[1]。所謂“超級電容器”本質上是根據電化學原理設計、制造出來的，因此它又被稱為電化學電容器(Electrocamical Capacitors，EC)。新型的電化學電容器具有優良的脈沖充放電性能以及大容量儲能性能，并且具有充電快、循環壽命長、環境適應性強、無記憶效應、免維護、對環境無污染等優點。“冷戰”時期超級大國間的軍備競賽，特別是美國的“星球大戰”、“導彈防御系統”計劃大大加快了超級電容器在軍事裝備的應用。它可作為新一代激光武器、潛艇、導彈以及航天飛行器等高功率軍事裝備的激發器。軍用坦克、卡車在惡劣條件下的啟動、爬坡、剎車等動力響應過程的瞬間啟動電源等等;近年來電動汽車的興起，更進一步推動了超級電容器的發展，由于超級電容器具有較大的功率密度，在新一代電動車中，可以與鋰離子電池聯用，用于解決起步，加速及制動能量的回收，從而起到保護電池，提高整車性能的作用。在普通機車的運行過程中，超級電容器也可以配合蓄電池應用于各種內燃發動機的電啟動系統.
作為一種新的儲能元件，超級電容器填補了傳統電容器(如平板電容器、電解電容器)和電池之間的空白，無論是從電荷儲存原理、還是器件的性能，它都與常規的物理(介質)電容器有較大的區別。它能提供比普通電容器更高的比能量和比二次電池更高的比功率以及更長的循環壽命，同時還具有比二次電池耐溫和免維護的優點。超級電容器具有法拉級的超大電容量;其脈沖功率比蓄電池高近十倍。充放電循環壽命在十萬次以上;有超強的荷電保持能力，漏電源非常小。充電迅速，使用便捷;無污染，有利于環保。因此，它在計算機、通信、電力、交通、航空、航天、國防等領域具有廣闊的應用前景。各工業國家都紛紛把電化學電容器列為國家重點戰略研究開發項目。1996年歐共體制定了超級電容器的發展計劃，美國能源部及國防部也制定了相應的發展超級電容器的研究計劃。我國在“十五”國家863計劃中要求研究滿足電動車整車要求的超級電容器。超級電容器正成為研究熱點[2]。
2研究與發展概況
超級電容器的研究源于美國GE公司1957年Becker取得的第一篇雙層電容器專利[3]，它以碳材料為電極，硫酸水溶液作電解質，工作電壓lV。進入90年代以來，由于電動汽車的興起，對超級電容器的各類研究也逐漸增多，目前超級電容器的研究主要集中在以下幾個方面：
(1)電極材料的選擇和優化
a碳電極材料
超級電容器電極材料按照種類可以分為碳電極材料，金屬氧化物電極和導電聚合物電極 三大類，對于碳電極材料而言(包括活性炭、碳纖維、碳氣溶膠和碳納米管材料等)，主要遵循雙電層電容儲能原理 ，即利用碳材料具有較大的表面積，通過碳材料吸附電解液中的離子在電極表面形成雙電層來完成儲能過程[4];
b過渡金屬氧化物電極材料
對過渡金屬氧化物而言，主要是通過在電極表面發生高度可逆的氧化還原反應來實現電荷的儲存，自1975年conway發表了過渡金屬氧化物準電容儲能理論[5]，目前已有許多關于過渡金屬氧化物如RuO2[6]、IrO2[7]、MnO2[8]、NiO[9]、Co3O4[10]、V2O5[11]、SnO2[12]作為超級電容器電極材料的報道。按同等表面積計算，遵循法拉第準電容理論的過渡金屬氧化物電極，其比容量可達到碳電極材料的10-100倍，其中氧化釕電極材料具有最好的電容特性，但氧化釕昂貴的價格極大的限制了其具體應用，對于用氧化釕制備的超級電容器，氧化釕電極材料的成本就占據了整個電容器價格的90%，所以目前人們進行了許多研究，嘗試采用廉價金屬氧化物取代
氧化釕電極。
C導電聚合物材料
除了碳材料和過渡金屬氧化物可作為超級電容器材料以外，高分子聚合物材料[13]目前也被用于超級電容器電極材料的制備，其儲能也是遵循法拉第準電容原理。相比過渡金屬氧化物電極工作電壓較低的特點，采用高分子聚合物材料可以在高電壓下工作，同時也具有較大的能量密度和功率密度，高分子聚合物電極材料代表了超級電容器電極材料研究的一個新的發展方向。但其可逆性相比碳電極和過渡金屬氧化物電極較差，此外在長時間的循環過程中保證其穩定性(包括防止外形的膨脹或收縮)及內阻較大也是目前急需解決的問題，而這些因素常常會限制高分子聚合物電極的進一步應用，目前高分子聚合物電極材料仍處于基礎研究階段。
一、超級電容器簡介
超級電容器又稱超大容量電容器或者電化學電容器，是介于傳統電容器和電池之間的一種新型儲能器件。與傳統電容器相比，超級電容器具有更大的容量以及更高的能量密度，其容量可達法拉級(F)甚至數千法拉，而傳統的電容器只有微法(μF)級，1F=106μF;與電池相比，超級電容器具有更高的功率密度和更長的循環壽命，可實現大電流充放電，工作溫度范圍可達-25 ~ +75℃，已成為世界各國的研究開發的熱點。超級電容器在航空航天、軍工領域、汽車行業、通信領域、儀器儀表、消費電子、電動玩具等領域都具有重要的應用市場。
1超級電容器概況
1.1超級電容器的原理
超級電容器是利用電極和電解液之間形成的界面雙電層電容來存儲能量的一種新型儲能器件。
當電極插入電解液時，電極表面上的凈電荷將從溶液中吸引部分不規則分配的帶異種電荷的離子，使它們在電極-溶液界面的溶液一側離電極一定距離排成一排，形成一個電荷數量與電極表面剩余電荷數量相等而符號相反的界面層。這個界面由兩個電荷層組成，一層在電極上，另一層在溶液中，因此稱為雙電層。 根據電容器原理，電容量C=(其中，ε—介電常數;S—電極有效表面積;d—電介質厚度)，表面積S越大，電介質厚度d越小，電容器容量C就越大。
對于超級電容器，d為溶劑化離子半徑，一般水化后的離子半徑為0.3~0.5nm，而一般電解電容器的介電質氧化膜厚度在數十納米以上;另外，超級電容器的電極材料一般選用高比表面積的多孔炭材料，其比表面積可高達2000-3000m2/g，遠大于電解電容器的電極面積。因此，雙電層電容器可以取得法拉級甚至數千法拉的高電容量。
1.2超級電容器的特性
超級電容器作為一種新型儲能器件，兼具電池和傳統電容器的優點(見表1)，具體敘述如下：
(1)可儲存巨大的能量，容量達幾法拉級甚至數千法拉;其存儲的能量E=1/2CU2(C：器件的電容量;U：器件的端電壓)。
(2)環境友好，無需采用污染性物質為原料;
(3)免維護，長時間放置不失效，即使幾年不用仍可保留原有的性能指標。
(4)超級電容器充放電速度快(根據容量的不同為幾秒~幾分鐘)，可以在瞬間釋放出安培級至數千安培級的大電流，具有獨特的大電流充放電特性，特別適合
大功率脈沖電路的應用。
(5)循環壽命長(>10萬次)，充放電效率高(>95%)，充放電過程僅發生離子的吸附脫附，電極結構不會發生變化;
(6)工作溫度范圍寬(-25~75℃)，可滿足惡劣環境使用的要求。
(7)相對成本低，盡管價格比鉛酸電池高3倍，但壽命比鉛酸電池高20倍。
(8)體積比容量與重量比容量高，外形緊湊，易于安裝，符合新型電子產品對電源的短小輕薄要求;
(9)通過串并聯可制成高耐壓、大容量組件，滿足不同領域的需要。 元器件
普通電容器
超級電容器
充電電池 表1超級電容器與普通電容器、充電電池的性能比較 能量密度 功率密度 循環壽命 /次 / Wh·kg-1 / W·kg-1 <0.2 0.2-20 20-200 104-106 102-104 <500 >106 >105 10
31.3超級電容器應用領域
根據放電量、放電時間、工作電壓以及電容量大小，超級電容器可用作后備、替換和主電源三類，主要應用領域如下：
(1)軍事領域
用于新一代激光武器、粒子束武器、微波武器、潛艇、導彈等大功率脈沖電源;航天飛行器、軍用坦克和卡車等軍事裝備的啟動電源上。
(2)無線通訊領域
GSM手機通訊脈沖電源，移動電腦、PDA、其它使用微處理器的便攜式設備以及其它數據通訊設備的備用電源。
(3)消費電子領域
音響、視頻和其它電子產品斷電時須用記憶保持電路的產品;電子玩具;無線電話;電熱水瓶;照相機閃光燈系統;助聽器等。
(4)工業領域
智能水表、電表與氣表，遠程載波抄表，無線報警系統，電磁閥，電子門鎖，脈沖電源，UPS，電焊機，充磁機，電動工具，稅控機。
(5)交通運輸領域
主要應用于汽車、火車、船舶和碼頭等領域。如交通工具的啟動設備，瞬間提供大電流，以及與電池配合使用組成混合動力車和開發純電容交通車，提供動力驅動電源。應用于汽車零部件領域，如音響、電動座椅、空調、轉向和制動等。應用于碼頭的集裝箱起重機等領域。
(6)特殊要求的智能設備或電路設計領域。
(7)其它應用領域，如太陽能光伏產品儲能器件等。
1.4超級電容器的性能指標
(1)容量：電容器在一定的重量或者體積范圍內存儲的容量，量綱為F(法拉)。
(2)內阻：又稱為等效串聯電阻，分為直流內阻和交流內阻，量綱為Ω。
(3)漏電流：恒定電壓情況下，一定時間后測得的電流，量綱為mA。
(4)比能量：是指單位重量或單位體積的電容器所給出的能量，也叫重量比能量或體積比能量，也稱能量密度，量綱為Wh/kg或Wh/L。
(5)比功率：單位重量或單位體積的超級電容器所給出的功率，表征超級電容器所承受電流的大小，超級電容器的比功率是電池的數量級倍數，量綱為W/kg或Wh/L。
(6)循環壽命：超級電容器經歷一次充電和放電，稱為一次循環或叫一個周期。
(7)高低溫性能：在高溫、低溫環境下其電性能的變化情況。
1.5超級電容器的組成與關鍵技術 如圖1所示，超級電容器主要由極化電極、集電極、電解液、隔膜、引線和封裝材料幾部分組成。電極材料、電解質的組成、隔膜質量以及電極制造技術對超級電容器的性能有決定性的影響。電極材料的性能決定其電容量的大小;電解質的分解電壓決定超級電容器的工作電壓，以水溶液為電解液的電容器工作電壓只有lV左右，而有機電解液的可達3V左右。超級電容器的關鍵技術包括：
(1)高比容量電極材料的制備技術;
(2)高性能電解液的合成技術;
超級電容器范文第2篇
1 電力電容器的保護
1.1 電容器組應采用適當保護措施
如采用差動保護或短時限過電流保護, 對于3k V及以上的電容器, 必須在每個電容器上配置單獨的熔斷器, 熔斷器的額定電流應按熔絲的特性和接通時的涌流來選定, 一般選用1.5倍電容器的額定電流, 以防止電容器內部短路時油箱爆炸。
1.2 除上述的保護形式外, 一般還應裝設下面的幾種保護
(1) 過電壓保護:如果系統電壓長時性升高, 需采取措施使電壓升高不超過1.1倍額定電壓;如果電容器同架空線路或真空斷路器聯接時, 可用合適的避雷器來進行大氣過電壓或操作過電壓保護;如果電容器在運行中出現的過電壓, 則裝設過電壓繼電器保護動作于跳閘。 (2) 過電流保護:用合適的電流自動開關或電流繼電器進行保護, 使電流升高不超過1.3倍額定電流。 (3) 在中性點不接地系統中, 短路單相電流超過20A時, 并且短路電流的保護裝置或熔絲不能可靠地保護接地故障時, 則應裝設單相接地保護裝置。 (4) 低電壓保護:如果母線電壓低于0.5Ue (母線額定電壓) , 裝設低電壓保護并動作于電容器組的電源開關跳閘。 (5) 對于雙三角形接線的電容器組裝設橫差動保護;對于雙星形接線的電容器組裝設中性線不平衡電流保護;對于單星形接線的電容器組裝設開口三角電壓保護;對大容量分組電容器裝設零序電流保護。
1.3 正確選擇電容器組的保護
正確選擇電容器組的保護方式是確保電容器安全可靠運行的首要條件, 但無論采用何種保護方式, 均應符合以下要求。
(1) 保護裝置應有足夠的靈敏度。 (2) 能夠有選擇地切除故障電容器, 或在電容器組電源全部斷開后, 便于檢查出已損壞的電容器。 (3) 在電容器停送電過程中及電力系統發生接地或其它故障時, 保護裝置不能有誤動作。 (4) 保護裝置應便于進行安裝、調試和運行維護。
1.4 電容器不允許裝設自動重合閘裝置
相反應裝設無壓釋放自動跳閘裝置, 主要是因電容器放電需要一定時間, 當電容器組的開關跳閘后, 如果馬上重合閘, 電容器是來不及放電的, 在電容器中就可能殘存著與重合閘電壓極性相反的電荷, 這將使合閘瞬間產生很大的沖擊電流, 從而造成電容器外殼膨脹、噴油甚至爆炸。
當電容器安裝于“諧波源”較多的電網上時, 為了防止諧波電流引起電容器內部相間短路, 故應在電容器前串聯適當的電抗器。
2 電力電容器的接通和斷開
(1) 電力電容器組在接通前應用兆歐表檢查絕緣及放電網絡。 (2) 接通和斷開電容器組時, 須考慮以下幾個方面: (1) 當母線上的電壓超過1.1倍額定電壓最大允許值時, 禁止將電容器組接入電網。 (2) 在電容器組自電網斷開后1min內不得重新接入, 但自動重復接入情況除外。 (3) 在接通和斷開電容器組時, 要選用不能產生危險過電壓的斷路器。
3 電力電容器的放電
(1) 電容器每次從電網中斷開后, 應該自動進行放電。其端電壓迅速降低, 不論電容器額定電壓是多少, 在電容器從電網上斷開5min內, 其端電壓應不超過65V。 (2) 為了保護電容器組, 自動放電裝置應裝在電容器斷路器的負荷側, 并與電容器直接并聯 (中間不準裝設斷路器、隔離開關和熔斷器等) 。具有非專用放電裝置的電容器組, 例如:對于高壓電容器用的電壓互感器, 對于低壓電容器用的白熾燈泡, 以及與電動機直接聯接的電容器組, 可以不再裝設放電裝置。為了延長燈泡的使用壽命, 應適當地增加燈泡串聯個數。 (3) 在接觸從電網斷開的電容器的導電部分前, 必須用絕緣的接地金屬桿進行單獨放電。
4 電力電容器組倒閘操作時必須注意的事項
(1) 在正常情況下, 全所停電操作時, 應先斷開電容器組斷路器后, 再拉開各路出線斷路器?；謴退碗姇r應與此順序相反。 (2) 在變電所事故停電情況下須將電容器組的斷路器斷開。 (3) 電容器組斷路器跳閘后不準強送電;保護熔絲熔斷后, 未查明原因之前, 不準更換熔絲送電。 (4) 電容器組禁止帶電荷合閘。電容器組再次合閘時, 必須在斷路器斷開3min之后才可進行。
5 電容器在運行中的故障處理
(1) 當電容器噴油、爆炸著火時, 應立即斷開電源, 并用砂子或干式滅火器滅火。 (2) 電容器的斷路器跳閘, 而分路熔斷器熔絲未熔斷。操作人員應對電容器放電3 m i n后, 再檢查斷路器、電流互感器、電力電纜及電容器外部等情況, 經檢查后, 若未發現異常情況, 可以試投, 否則應進一步對保護以及電容器做全面的試驗檢查。 (3) 當電容器的熔斷器熔絲熔斷時, 應向值班調度員匯報, 待取得同意后, 再斷開電容器的斷路器。在切斷電源并對電容器放電后, 先進行外部檢查, 如套管的外部有無閃絡痕跡、外殼是否變形、漏油及接地裝置有無短路等, 然后用絕緣搖表搖測極間及極對地的絕緣電阻值。如未發現故障跡象, 可換好熔斷器熔絲后繼續投入運行。如經送電后熔斷器的熔絲仍熔斷, 則應退出故障電容器, 并恢復對其余部分的送電運行。
總之, 裝設安全可靠的保護裝置以及加強對電容器組的運行維護, 不僅可以保障電力系統的供電質量和提高經濟效益, 還可以增加電容器的使用壽命。
摘要：本文主要闡述了電力電容器的保護、電力電容器的接通和斷開、電力電容器的放電、電力電容器組倒閘操作時必須注意的事項、電容器在運行中的故障處理內容。
關鍵詞：電力電容器,保護,運行維護
參考文獻
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超級電容器范文第3篇
電力電容器用于電力系統和電工設備的電容器。供電質量主要決定于電壓、頻率和波形三個方面。電網頻率穩定決定于電網有功平衡, 波形主要決定于網絡和負荷的諧波, 電壓穩定則決定于無功平衡。當然三者之間也具有一定的內在關系。無功平衡決定于網絡中無功的產生和消耗。為了滿足系統中無功電力的需求, 單靠發電機、調相機、電纜和輸電線路電容是不夠的。電力電容器是一種靜止的無功補償裝置, 它的主要作用是向電力系統提供無功功率, 提高功率因數。因此電容器在系統的無功電源中占有相當比重, 加之調相機為旋轉設備。建設投資大, 運行維護費用高。采用就地并聯電容器組成電力電容器組, 能夠無功補償, 減少輸電線路輸送電流, 起到減少線路能量損耗和壓降, 改善電能質量和提高設備利用率的重要作用。
1 運行中的電力電容器的維護和保養
對運行中的電力電容器組應進行日常巡視檢查、維護和保養, 定期停電檢查。 (1) 電容器應有值班人員, 應做好設備運行情況記錄。 (2) 對運行的電容器組的外觀巡視檢查, 應按規程規定每天都要進行, 如發現箱殼膨脹應停止使用, 以免發生故障。 (3) 檢查電容器組每相負荷可用安培表進行。 (4) 電容器組投入時環境溫度不能低于-40℃, 運行時環境溫度1h, 平均不超過+40℃, 2h平均不得超過+30℃, 及一年平均不得超過+20℃。如超過時, 應采用人工冷卻 (安裝風扇) 或將電容器組與電網斷開。 (5) 安裝地點的溫度檢查和電容器外殼上最熱點溫度的檢查可以通過水銀溫度計等進行, 并且做好溫度記錄 (特別是夏季) 。 (6) 電容器的工作電壓和電流, 在使用時不得超過1.1倍額定電壓和1.3倍額定電流。 (7) 接上電容器后, 將引起電網電壓升高, 特別是負荷較輕時, 在此種情況下, 應將部分電容器或全部電容器從電網中斷開。 (8) 電容器套管和支持絕緣子表面應清潔、無破損、無放電痕跡, 電容器外殼應清潔、不變形、無滲油, 電容器和鐵架子上面不應積滿灰塵和其他臟東西。 (9) 必須仔細地注意接有電容器組的電氣線路上所有接觸處 (通電匯流排、接地線、斷路器、熔斷器、開關等) 的可靠性。因為在線路上一個接觸處出了故障, 甚至螺母旋得不緊, 都可能使電容器早期損壞和使整個設備發生事故。 (10) 如果電容器在運行一段時間后, 需要進行耐壓試驗, 則應按規定值進行試驗。 (11) 對電容器電容和熔絲的檢查, 每個月不得少于一次。在一年內要測電容器的tg2~3次, 目的是檢查電容器的可靠情況, 每次測量都應在額定電壓下或近于額定值的條件下進行。 (12) 由于繼電器動作而使電容器組的斷路器跳開, 此時在未找出跳開的原因之前, 不得重新合上。 (13) 在運行或運輸過程中如發現電容器外殼漏油, 可以用錫鉛焊料釬焊的方法修理。
2 電力電容器在運行中的故障處理
2.1 電容器噴油、爆炸著火時的處理
當電容器噴油、爆炸著火時, 應立即斷開電源, 并用砂子或干式滅火器滅火。此類事故多是由于系統內、外過電壓, 電容器內部嚴重故障所引起的。為了防止此類事故發生, 要求單臺熔斷器熔絲規格必須匹配, 熔斷器熔絲熔斷后要認真查找原因, 電容器組不得使用重合閘, 跳閘后不得強送電, 以免造成更大損壞的事故。
2.2 電容器的斷路器跳閘的處理。
電容器的斷路器跳閘, 而分路熔斷器熔絲未熔斷時。應對電容器放電3min后, 再檢查斷路器、電流互感器、電力電纜及電容器外部等情況。若未發現異常, 則可能是由于外部故障或母線電壓波動所致, 并經檢查正常后, 可以試投, 否則應進一步對保護做全面的通電試驗。通過以上的檢查、試驗, 若仍找不出原因, 則應拆開電容器組, 并逐臺進行檢查試驗。但在未查明原因之前, 不得試投運。
2.3 當電容器的熔斷器熔絲熔斷的處理
當電容器的熔斷器熔絲熔斷的時, 應向值班調度員匯報, 待取得同意后, 再斷開電容器的斷路器。在切斷電源并對電容器放電后, 先進行外部檢查, 如套管的外部有無閃絡痕跡、外殼是否變形、漏油及接地裝置有無短路等, 然后用絕緣搖表搖測極間及極對地的絕緣電阻值。如未發現故障跡象, 可換好熔斷器熔絲后繼續投入運行。如經送電后熔斷器的熔絲仍熔斷, 則應退出故障電容器, 并恢復對其余部分的送電運行。
2.4 處理故障電容器應注意的安全事項
處理故障電容器應在斷開電容器的斷路器, 拉開斷路器兩則的隔離開關, 并對電容器組經放電電阻放電后進行。電容器組經放電電阻 (放電變壓器或放電電壓互感器) 放電以后, 由于部分殘存電荷一時放不盡, 仍應進行一次人工放電。放電時先將接地線接地端接好, 再用接地棒多次對電容器放電, 直至無放電火花及放電聲為止, 然后將接地端固定好。由于故障電容器可能發生引線接觸不良、內部斷線或熔絲熔斷等, 因此有部分電荷可能未放盡, 所以檢修人員在接觸故障電容器之前, 還應戴上絕緣手套, 先用短路線將故障電容器兩極短接, 然后方動手拆卸和更換。
電容器在變電所各種設備中屬于可靠性比較薄弱的電器, 它比同級電壓的其他設備的絕緣較為薄弱, 內部元件發熱較多, 而散熱情況又欠佳, 內部故障機會較多, 制造電力電容器內部材料的可燃物成分又大, 所以運行中極易著火。因此, 對電力電容器的運行應盡可能地創造良好的低溫和通風條件。
3 電力電容器組倒閘操作時必須注意的事項
(1) 在正常情況下, 全所停電操作時, 應先斷開電容器組斷路器后, 再拉開各路出線斷路器?；謴退碗姇r應與此順序相反。 (2) 事故情況下, 全所無電后, 必須將電容器組的斷路器斷開。 (3) 電容器組斷路器跳閘后不準強送電。保護熔絲熔斷后, 未經查明原因之前, 不準更換熔絲送電。 (4) 電容器組禁止帶電荷合閘。電容器組再次合閘時, 必須在斷路器斷開3min之后才可進行。
4 電力電容器的修理
(1) 下面幾種故障, 可以在安裝地方自行修理。
(1) 箱殼上面的漏油, 可用錫鉛焊料修補。 (2) 套管焊縫處漏油, 可用錫鉛焊料修補, 但應注意烙鐵不能過熱, 以免銀層脫焊。
(2) 電容器發生對地絕緣擊穿, 電容器的損失角正切值增大, 箱殼膨脹及開路等故障, 需要專業技術人員進行修理。
摘要：介紹了電力電容器在供電系統起到減少線路能量損耗和壓降, 改善電能質量和提高設備利用率的作用, 在運行中如何做好的日常維護和保養。當電力電容器在運行中的出現故障時的處理方法和注意事項, 電力電容器的修理。
超級電容器范文第4篇
1 仿真分析
本文的仿真分析主要是運用Matlab仿真平臺系統中的Simuu lliinnkk電力系統數據庫來對3355kkvv并聯電容器的故障以及建模仿真進行深入分析, 這種仿真程序是目前較為常用且功用較大的一種仿真集成環境, 屬于動態系統仿真的范疇, 由于有眾多的優點, 因此在各個行業中得到廣泛的使用。其優點主要表現為, 高級的技術圖形、獨特的用戶界面、以及多種內置版塊?；赟imu link系統的圖形建模方式從而更好的實現對動態系統仿真工作的分析, 本文從電力系統專業模塊數據庫以及公共模塊庫來對35kv并聯電容器做出了故障仿真。在電力系統中, 模塊庫中的專業應用主要包括連接器、錄波元件、測量元件以及電源燈各個不同的系統組成。
仿真模型則是結合35kv并聯電容器的實際運用工作加以改正, 并從Matlab平臺所包含的Simu link齊全的電力模塊數據庫建立起了計算機的仿真實驗模型圖。
1.1 電容器額定運行工作狀況分析
從上文中所體現出來的仿真模型來看, 可以很容易的發現, 仿真模型所運用的電源較為理想, 用三相電源代替了以往的35k V側主變電源, 除此之外還用三相負載替換了原來的35KV負荷, 控制負載額度為10MW, 圖形中的C7以及C8構成了較為完整的一個電容器, H8則是來對故障電容電流加以顯示, 出現故障時的C8則表示電容部分內部熔絲出現燒斷的現象, 并占據7/8的實際電容值, 內熔絲出現熔斷問題之后, 電容器值則為之前的1/8, 本文中的仿真電容參數控制其額定電壓為12/2kv, 容量以及電容值控制為334kva、29.53μF。[3]仿真過程中所用到開關斷開模擬熔斷器進行熔斷, 并把不平衡電流保護定植的二次測定控制為0.39A、時間控制為0.2s中性點電流互感器的變比數值為20.5, 經過系統的計算得到一次側不平衡電流數據為1.56A。
從下圖圖像和數據顯示中不難發現當中心點電流互感器在5×10-3A時, 可以忽略不計, 但是單位電容器的電流要控制在一個安全的固定值以內, 即五十安左右, 同時相互結合規定的六十五安的額定電流, 使其處于處于熔斷器額定電流范圍規定之內。
1.2 電容器內部熔絲熔斷之后的電流波形
當電容器中的單臺電容死完全熔斷以后, 電容的剩余值表現為熔斷錢的1/8, 在這過程中, 可以對模擬器進行熔斷處理, 故障于0.17秒之后產生, 但是, 其余的數據是不會有任何改變的。以下是故障電流波形顯示
從上述圖文資料中不難發現, 在電容器組運行的時候, 當熔絲出現了熔斷的情況以后, 和之前相比, 其電容值的損失數值是以前的7/8, 其不平衡的電流現象在中性點電流的互感器也會出現。并且數值為5.94A。當電容器進行自我保護進而用不平衡的保護開關實現斷開, 這是熔斷器的電流數值是十安, 也就是說在這個范圍之內。
1.3 電容器部分擊穿之后的具體電流波形分析
內熔絲實際擊穿程度故障在實際的電容器中發生得較少, 其電容值可能為之前的4倍, 用來實現C7以及C8的電容值仿真, 并對開關等動作加以模擬, C7以及C8的電容值和變數之為118μF, 其余的參數則和仿真二類似。
1.4 電容器全擊穿之后的電流波形探討
當單臺電容器實現了全部擊穿后, 其影響較大, 這時B3開關閉合仿真斷開, 其余的數值符合于仿真二的數值結果。從下圖中可以看到, 先并聯, 然后在再串聯, 在這種情況下, 當電容器中系統中的某一個電容器產生擊穿現象以后, 兩個不同的電流就會構成故障點, 即工頻故障電流、健全相電容器朝著故障點涌放的電流。所以, 當途中像是的是脈沖電流時, 則表示故障產生的電力較大。因為瞬間電流數值較大, 所以電容器的不平衡電流很容易就會突破三百安。進而導致損壞的情況發生。所以, 要方式電容器故障產生的范圍擴大, 就應該使外容器在短時間內就熔斷, 從而使電容器安全運行。
1.5 電容器補償容量計算
進行35kv并聯電容器系統中對無功補償裝置進行安裝, 能夠從根本上減少節能的損耗, 保證電能質量能夠得以改善, 不斷提升輸變電設備的實際有功出力, 從而讓電力更好地對社會主義現代化建設事業服務。在35kv并聯電容器變電站系統運行中, 使用的是10kv母線無功補償的方式, 其選擇補償容量則應該是朱邊無功損耗以及主變一側到電源點之間的線路所存在的無功損耗之和, 其具體的計算方法為:
其中公式中的QB表示變電站無功補償容量、QBJ表示變壓器的具體激磁無功損耗量、QBL則表示變壓器的漏磁無功損耗量、QL線路無功損耗, 在35kv線路出口的無功損耗。
我國能源部門關于變電站中無功能補償容量的計算大都是根據傳統的高耗能變壓器的相關條例來進行制定, 運用較多的大都是S7系列的節能變壓器, 變壓器本身存在的激磁無功能損耗以及漏磁無功能損耗相對較低, 所以, 運用這種補償原則進行計算時, 需要綜合考慮相關影響因素。例如我區域管轄的35kv變電站有兩臺主變, 其中1#的變容量為5000kva, UK%為7.83%、10%為0.4?？刂?5kv的側額定電為82A。2#主變容量則為3150kv、10%則為0.45、UK10%則為7.83, 35kv側電流為52A, 兩臺主變單一運行。其中35kv線路長度控制為7.5km, 假設的負荷率則為100%, 從而來對每段母線的補償容量加以確定。
2 35kv并聯電容器存在的故障以及解決措施
2.1 外熔絲質量
并聯電容器運用高壓噴逐式的一種熔斷器, 這一設備元件能夠從根本上避免內部元件損壞繼而導致故障以及油箱爆裂等現象。主要是由于這樣的電容器沒有響應的安全設置, 比如指示斷口, 同時結構也比較簡單, 低廉的價格使得這樣的電容器一般容易產生故障。但是也因為價格便宜, 在國內運用的較為普遍。[5]包括白色變電站以及南寧變電站的單臺電容器保護所用的都是這種熔斷器, 當電容器出現氣體熄滅電弧時, 雖然是在自身的作用下產生的, 但是能夠阻斷故障電流。在熔斷器所具有的動作機理影響下, 大電流誘發的熄弧能力能夠得以發揮, 其開斷性能較為穩定;小電流下的開斷則需要通過外彈簧得以實現。為了最大限度的使小電流范圍有足夠的運作時間, 熔斷器的時間以及電流特性規定的限制為4h當中禁止熔斷, 1.5Inf以及20Inf的熔斷時間要保證少于七十五秒和七點五秒。以此提供較為充足的時間, 為了使電流條件下的電容器長期保持不出現失誤, 標準規定的熔絲額定電流應該控制在1.43到1.55倍之間, 任何過大的Inf無法實現動作的敏感性。
由于我國的熔斷器所處的環境較為復雜, 同時受到原材料, 制作工藝以及結構這些因素的影響。導致了成品在現實運行當中因為各種缺陷發生失誤, 比如BAM12/2—334—IW的型號, 其單臺電容器限定工作值時五十六安的電流, 這個數值是在熔斷器的正常運作范圍之中, 但是如果長時間的運作, 在熔絲上會出項一些積累起來的熱量, 當有缺陷發生時, 盡管在固定的電流值當中, 也會照樣出現熔斷現象。只要認真的對南寧多起熔斷器出現熔斷現象的事故進行分析, 就可以清楚的知道, 熔斷器的熔斷大多都是在沒有任何故障的情況下熔斷的, 而對電容器的檢查結果顯示為完好無損。也就是說, 這是由于電容器間不平衡的電流保護而出現的結果。因此, 可以很容易的知道熔斷器質量較差容易誘發電容器運行過程中出現群爆或者誤動作, 但是, 也不能因為這一原因就將其換成規格較大的熔絲, 從而達到平靜的要求, 因為, 這種行為在很大程度上能夠導致在電容器有故障發生的時候而失去保護, 對事故現場中的情況進行具體的分析, 熔絲的選配不當是造成事故的主要原因。
2.2 內熔絲和外熔絲配合不到位
內熔絲作為電容內部的一部分, 是其一個重要配件, 而且和元件相互結合, 在運作時有任何情況發生, 比如元件有擊穿的跡象, 其相應的內熔絲就會在較短的時間內出現熔斷的現象, 其能量則是產生于并聯元件的儲能放電, 這和外熔絲的熔斷機理存在較大的差異, 當一個元件出現故障時, 其它使用并聯方式的元件并不會受到任何影響。仍舊可以繼續工作。這就會在一定程度上誘發總電容量逐漸減少, 所以, 應盡可能減少內熔絲和外熔絲混用的現象。[7]從上文中的仿真二、仿真三結果來分析, 當內熔絲當中的額某一個元件出現問題的的時候, 電容量可能會因此而受到影響, 外熔絲的電流則不會出現顯著的變化, 不易熔斷, 因此, 在進行外觀檢查的時候, 不會檢查出具體的故障。當在不攜帶內熔絲的情況下沒有元件出現故障, 一般表現為單臺單元電容器的電容量開始不斷增加, 外熔絲的電流也開始逐漸增大, 容易產生熔斷現象。
2.3 不平衡電流保護配合
在對仿真結果和經驗的分析中得出, 當電流在擊穿電容器的過程中會逐漸變大, 不平衡電流也相對較大, 內熔絲的熔斷電流則會變小, 同時, 其中的不平衡電流很會隨之減小。所以, 可以對二者的靈敏度加以修改, 時期達到自我保護裝置的對應值, 當并聯臺數M滿足最小并聯臺數限制要求時, 熔斷器屬于首要一級保護。從仿真數據來分析, 不嚴重的故障有內熔絲熔斷以及內容器熔斷這兩種現象。中性點不平衡電流較小, 流過的電容器電流也保持在規定的安全范圍之內, 二十安左右的電流則是不平衡電流的范圍。同時, 把正常運作過程的的電容器的電流控制在一千安左右, 當不平衡的電流對電容器的所產生的影響較弱時, 電容器就能夠實現安全運行。不平衡電流保護作為一種警報裝置, 只要能夠正常發出聲音即為正常, 若電容器斷流出現在故障發展或者初期階段, 仿真結果也能夠充分說明單臺熔斷器的電流量逐漸增加, 整定熔斷器則是在0.1s或者較短時間范圍之間發生了不平衡的保護操作, 只要是這種故障是一種擊穿故障, 那么不平衡保護則屬于一級保護, 這是后備保護的責任就落到了熔斷器身上, 這期間的不平衡保護與熔斷器相比較, 其靈敏度更高。[8]按照現階段的接線要求來增加不平衡保護的實際定植, 從而實現熔斷器和保護延時的互相配合。在現階段的故障保護和相應的配合工作中, 擊穿故障一旦發生, 中性點的電流就會瞬間增大, 著就和故障時的電流有較大的關系, 為了最大限度的保證不平衡保護電流的實際需求, 可以使用一次額定電流超過40A的中性電流互感器。根據相關的理論知識分析得知, 電流極限值可能會有一倍的增長空間, 同時裕度也會有所增加, 要從根本上減少這種故障的出現, 應該對保護裝置進行調整, 進而彌補不平衡電流靈敏度不夠的問題。
3 結語
綜上所述, 在以35kv并聯電容器組進行系統的數學建模分析的情況下, 詳細的對電容器和內熔絲出現的種種問題進行了詳盡的分析和探求。并根據數學仿真所提供的數據, 對電容器的保護裝置運作進行的調整, 從而加強了數值仿真的程度, 從而較客觀全面的對機理變化的故障進行了解, 并選擇有效的方式加以解決, 保證35kv并聯電容器能夠更加穩定的運行和發展。[10]
摘要：隨著現代經濟社會的不斷發展, 電力自從運用在生產領域之后, 便成為當今人們生活以及生產領域中運用較為普遍的一種能源, 在交通運輸業、工農業、科學技術、國防以及人民生活中都得到了較為普遍的運用。本文主要從35kv并聯電容器在運行過程中出現的故障做出了仿真分析, 并對其出現故障的原因進行了系統的闡述, 從根本上提出了電容器保護的相關的措施, 從而為經濟發展和社會進步提供更多的能源和動力支持。
關鍵詞：并聯電容器,故障分析,建模仿真
參考文獻
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超級電容器范文第5篇
1 真空電容介紹
1.1 真空電容的結構
如圖1:電容的電極為數個同心圓環, 上下多個同心圓環構成電容的兩極。波紋管的作用是在不影響電極運動的情況下隔離空氣。調整定位螺絲可以調整電容的最小容量。排氣孔是生產過程中用于抽空電容內部空氣的通道, 電容容量的調整是靠改變電極間的相對面積來進行的。
1.2 可變陶瓷真空電容器的物理特性
電容器的內部電極一般采用彈簧銅制作, 但由于電容器外殼金屬銅與陶瓷的封裝是在高溫下進行的, 當封裝完成后, 電容內部電極處于退火后非常軟的狀態, 容易發生機械形變;而電容器抽真空時必須在幾百度的高溫環境中進行, 這也使得內部電極變得更軟。因此成品電容器內部電極非常軟, 極易因振動等發生形變, 金屬與陶瓷的連接處是最大的薄弱點, 溫度超過250℃會成為漏氣點。
2 可變陶瓷真空電容的主要參數及其運用
2.1 峰值試驗電壓
峰值試驗電壓應不低于射頻峰值工作電壓的1.4倍。測量時將電容調至最大容量位置進行。在國產電容器外殼上一般標明射頻峰值工作電壓的有效值。如型號為CKTB650/35/240的電容器, 其中35為射頻峰值工作電壓, 單位是kV, 是有效值。因此在測試該電容時, 按國家電容器標準規定, 采用的工頻實驗電壓有效值為49kV。國外電容廠家規定電容器的射頻峰值工作電壓為峰值測試電壓的60%。與國內電容器型號含義有所不同, 其型號中標明的電壓為工頻測試電壓的峰值。
2.2 電容量
最大電容量允許偏差為±5%, 最小電容量小于或等于標稱值。調整電容器的定位螺絲, 可改變其最小容量, 使其小于最小標稱容量。
2.3 最大射頻電
在自然冷卻條件下, 電容器通過該數值的電流, 其陶瓷與金屬封接部位的溫度應不超過150℃。也就是說, 電容工作溫度最好不要超過150℃。短時間的過電流電容可以承受, 但10s以上持續的過電流將損壞電容。
2.4 固有諧振頻率
電容器的阻抗性質由容性變為感性的臨界頻率。讓電容器的工作頻率盡量遠離其固有諧振頻率, 以及消除或盡量減小工作頻率的高次諧波, 產生該問題的原因主要是電容內部的波紋管。
3 真空電容常見問題
3.1 運輸過程中的問題
主要是碰擊造成損壞, 即電容運輸過程中, 由于擺放不當、包裝箱內填充物不足造成多個電容器之間或電容器與包裝箱之間發生碰撞, 或由于運輸中搬運方式不當等造成電容損壞。正確的運輸包裝方法:首先調整到容量最小位置, 其次填充物要足夠, 最后要保證電容搬運中的垂直狀態不能傾斜, 輕拿輕放。
3.2 存儲中發生的問題
3.2.1 電極變形
多是由于真空電容沒有按廠家要求軸線垂直放置, 而是水平放置或傾斜放置, 長時間導致極片變形或碰到一起, 使用過的電容器容更易發生該問題。
3.2.2 慢漏氣
由電容器的結構可以看出, 其外殼是由金屬銅和陶瓷構成, 它們的膨脹系數不同, 同時又有工藝和材料的原因, 慢漏氣是必然存在的, 慢漏氣會造成:絕緣強度下降, 直流泄漏電流增加。
3.2.3 水冷電容水路腐蝕
當水冷電容在使用后, 沒有將電容中冷卻水抽干, 直接進行長時間的存儲, 將會造成腐蝕和氧化, 降低電容的使用壽命。
3.3 安裝過程中的問題
3.3.1 聯動并聯電容使用時初始位置設置不當
正常情況下, 兩個并聯電容的容量在各頻率點總是相同的, 因此流過并聯電容中任何一個電容的射頻電流是總電流的一半。當因初始位置設置不當, 造成兩個電容的初始容量不同。將致使兩個電容工作時電流不同, 表現出一個工作溫度高, 一個工作溫度低。長時間如此, 高溫電容的使用壽命將減短。
3.3.2 電容與電感匹配使用時初始位置設置不當
發射機中經常用T網絡或Γ網絡進行阻抗匹配。T網絡或Γ網絡對應各頻率點的調整, 均是電容與電感匹配聯動調整, 正常情況下, 各個器件的位置是一一對應的。在安裝過程中, 有意或無意中改變了電容的初始值, 就將造成該網絡輸入輸出阻抗不再是設計值, 網絡中器件上電壓或電流增加, 這些都可能造成電容器損壞。因此建議不要輕易改變網絡中電容和電感的初始設計值。
3.4 使用中的問題
3.4.1 異常高電壓大電流
由于發射機狀態不佳、其它器件發生故障、線路中產生振蕩、故障情況下保護裝置動作不及時等情況的發生, 造成電容上落有異常高電壓, 或流過異常大電流, 從而造成電容損壞。這一類電器損壞在電容總故障中占有一定比率。
3.4.2 水冷電容的冷卻水水壓水質異常
在水冷電容中, 冷卻水的水質較差, 或水壓過大, 對電容的壽命影響非常大。冷卻水的水質差, 將加快電容內水路的腐蝕速度。水壓過大, 對電容中水路也是一個考驗。
4 結語
因為可變真空陶瓷電容在設備中的重要性加之其價格昂貴, 其使用維護是一個比較關注的問題, 以上是本人的一點見解, 希望讀廣大同行通過本文的閱讀, 能有所收獲。
摘要：本文主要對可調真空陶瓷電容的結構、主要參數介紹及參數的實際運用及常見問題進行分析處理。
關鍵詞：可變陶瓷真空電容器,結構,參數運用,常見問題進行分析處理
參考文獻
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