高压并联电容器用放电线圈的温升特性探索

第１８期　２０１８年９月　无线互联科技　Ｎ０．１８　Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ，２０１８　高压并联电容器用放电线圈的温升特性探索　卓金坤　（国网厦门供电公司，福建厦门　３６１０００）　摘　要：文章围绕高压并联电容器放电线圈分别进行了额定电压二次短路温升试验、额定容量放电温升试验以及额定负载　温升试验，并对３种￣，ＬＴ３种规格的放电线圈绕组温升热点进行对比分析，从理论上计算和分析了放电试验以及短路试验　过程中绕组的温升状况，并将试验结果与计算结果进行了对比。　关键词：高压并联电容器；用放电线圈；温升特性　高压并联电容器中，放电线圈是必需配套设施，现阶　段，在高压并联电容器专用放电线圈的研究方面，国内外　都比较少。立足于ＤＬ／Ｔ６５３．２００９在放电线圈方面的具体要　求，同时充分考虑电压无功控制（Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｑｕａｌｉｔｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ，　ＶＱＣ）模式下放电线圈的实际运行状况，本研究通过高压并　联电容器用放电线圈相关放电试验来探索其温升特性。　１　放电实验类型和内容　１．１试验所用线圈的选择　本研究从高压电力系统中符合高压并联电容器组要求　的单项放电线线圈的多种类型中，选择３种普通规格的放电　线圈。　１．２试验类型和内容　况，并对放电线圈的绕组温升情况进行有效测量，也就是　说采用对放电线圈额定容量连续放电的方式，放电间隔时　间为３００　Ｓ，并及时有效地测量放电线圈一次绕组的瞬态温　升变化。　２分析和研究实验结果　１．２．１额定负载工况下的温升特性研究试验　在该实验过程中，实际１．１倍额定电压于放电线圈一次　侧，把二次绕组有效连接到负载箱上，放电线圈二次选配额　定负荷。如果每个小时表面温差小于１　Ｋ时，就可认定放电线　圈处于热稳定状态。采用电阻法对绕组平均温升进行测量，　同时采用红ＰＩ－￣Ｏ温仪或红外测温计对放电线圈的其他部件　的温升状况进行测量。　从这３种规格放电线圈在不同工况下的绕组温升具体状　况对比，我们可以看出：　（１）对于额定负载工况下温升特性研究试验，因为试　验过程相对较长，整体放电线圈出现发热现象，所以温度下　降相对较缓慢。　（２）放电线圈额定二次短路ｌ　ｓ，因为在一次线圈内注　入的能量不多，所以相比于另外两种工况，该工况下温升显　著较低。　（３）放电线圈额定容量放电试验，能量注入较大，需　要５　ｓ才能结束放电，实现再停电，由于快速测量电阻仪的局　限性，在以上工况条＠－Ｖ，实际测量出的温度依然比其他两　种工况降得更．陕。　３实验相关计算　３．１发生二次短路情况后，放电线圈相关参数对一次绕组温　度的影响　１．２．２额定电压环境中二次短路工况下的温升特性研究试验　国家相关标准规定，在额定电压条件下，放电线圈应当　能够承受二次短路电流在１　ｓ内产生的热力作用以及机械力　作用，并且不能损伤到线圈自身。本研究重点关注额定电压　环境中二次短路工况下放电线圈的温升状况，对该工况下产　生的热能否达到损坏线圈温度的状况进行研究。在结束二　次短路试验后，立即测量放电线圈的一次绕组热态电阻，同　时精确计算一次绕组的平均温升数值。　１．２－３额定容量放电工况下温升特性研究试验　在进行该试验过程中，选用与放电线圈额定放电容量　致的电容器组，采取直流充电方式使其达到额定电压　值，之后利用放电线圈实施放电过程，在此过程中，还要对　放电线圈接受能量注入后的一次绕组的温升具体状况进行　重点考虑Ⅲ。　１．２．４额定容量连续放电工况下温升特性研究试验　合理模拟ＶＱＣ控制模式下的持续投切电容器的具体工　一以放电线圈的等值电路图为基本依据，当放电线圈一次　侧加压二次侧端情况下，可以获得放电线圈二次短路工况下　的等效电路。　在放电线圈二次短路一秒工况下的温升试验中，可以相　对忽略铁心发热对一次绕组温升状况的影响，这个时候注入　次绕组的能量为：　一ｒ厂２　‘　Ｑ＝，　Ｒｔ：—　Ｒ　ｘ１÷　（１）　式中：Ｒ　代表短路电阻，　代表短路电抗，都折算多一　次侧，　代表一次侧所加电压，　代表一次侧短路电流。　次绕组所接收的注入能量都转化成绕组发热，这个　时候所得一次绕组的温升是：　一：　ｍ　（２）　…　作者简介：卓金坤（１９８６一），男，福建厦门人，助理工程师，学ｇｒ；研究方向：变电一次检修。　——１１１——　第１８期　２０ｌ８年９月　Ｎｏ．１８　无线互联科技·实验研究　Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ，２０１８　式中：ＣＣ　是铜比热容，ｍ代表一次绕组所用铜的重量。　一从（１）和（２）式可看出，放电线圈额定二次绕组短路１　Ｓ，　次绕组的温升与放电线圈的漏抗、二次绕组的电阻和一次　的变化而变化，也就是放电时间也跟着发生改变。从这里可　绕组用铜质量存在很大关系。　以看出，对于放电电流峰值限制和放电时间要求来讲，放电　３．２直流放电试验过程中，放电线圈参数对一次绕组温度的　线圈直流电阻参数非常重要。　影响　电容器对放电线圈放电时，将其自身以及导线等方面　在放电过程中，放电线圈的实际损耗非常小，所以可将　的损耗相对忽略，可看成电容器内部能量完全转化成一次　励磁电阻忽略掉。同时由于该放电性质属于直流电，这就使　绕组的发热。若电容器ｃ初始电压是　，一次绕组用铜的　得放电线圈铁心处在深饱和状态，漏抗也非常小，可以将回　重量是ｍ，而这时候一次绕组的温升就是：　路电感忽略掉『２］。　！（５）　设电容器起始剩余电压为　，放电过程通过运算可得：　ＣＵｏ　／（Ｃｃ　）　．当　０时，Ｕ。（０）＝Ｕｏ，ｉ　（０）＝Ｕ　，Ｕ　（ｆ）和ｉ　（ｆ）表现　出指数型衰减状况，其时间常数ｉ＝ＲＣ，时间常数　随着　和Ｃ　Ｌ　之（　）＝一　专　Ｕｃ　ｔ）＝Ｕｏｅ一　（３）　式中：Ｃ　是铜比热容，从该式可以看出，在放电试验　中，若电容器内部能量一定，一次绕组的温升就与一次绕组　的用铜有很大关系，其温升程度随着用铜质量的增加而变　小；反之，则温升变大。表ｌ列出３台放电线圈在各种放电电压　式中：Ｃ表示电容器组电容，　表示放电线圈一次直流电　和电容量环境下，测量出的实际温升与计算温升，实验环境　温度都是１５℃，而实测温升可以通过电阻法计算出来。　阻，　表示电容器剩余电压，ｆ　表示放电电流。　（４）　表１试验中放电线圈一次绕组温升计算值与实测值　序号　１　电容量／ｇＦ　ｌ１Ｏ　ｌ１Ｏ　１３０　冷态电阻／Ｑ　４　４００　４　４００　４　９５０　４　９５０　２　７２０　绕组质量／ｋｇ　５．６６　５．６６　６．３５　６．３５　３．５２　热态电阻／Ｑ　４　５５２　４　７６６　５　１０１　５　３３６　２　８２１　计算温于卜／Ｋ　８．９７　２２．２８　８．１３　１９．９７　１０．０３　充电电压／ｌｒｖ　１９．７０　３１．１０　１８．１４　２８．５０　９．２Ｏ　实测温升／Ｋ　８．６７　２０．８０　７．９３　１９．７９　９．８７　２　ｌ３０　３３０　３　２８０　２　７２０　３．５２　２　８１２　８＿３０　９．１０　８－８５　４　结语　况下的绕组温升状况。（４）放电线圈绕组的瞬态温度随着　本研究通过对文中所述的几种温升试验比较，可以得出　放电试验的不断进行而持续增加，并且上升速度非常快，所　以下分析结果：（１）因为额定负载工况下温升特性研究试验　以要高度关注该工况下绕组的瞬态温升。变电所在ＶＱＣ控　的过程较长，整个放电线圈都存在发热现象，所以温降速度　较慢。（２）额定二次短路ｌ　ｓ工况下，注入能量不多，这时候　温升相对较低，可以将线圈绕组温升忽略。（３）额定容量工　况下的放电试验，能量注入快且大，绕组瞬时温升过高。所　以，在分析过程中，要综合考虑额定负载和放电试验两种情　制模式下，对并联电容器进行投放投切过程中，应控制电容　器组操作间隔在３００　ｓ以上，特别是在温度很高的夏天，要　严禁连续投切电容器，以免绕组瞬态温度过高而出现损坏　状况。　【参考文献】　［１】王帅兵，李琳，刘刚，等高压并联电容器用放电线圈瞬态特Ｊ｝生，研究［　华北电力大学学报（自然科学版），２０１５（６）：８－１５　［２］杨昌兴，赵启承，姚志周，等放电线圈的二次短路与保护措施研讨［Ｊ］吨力电容器与无功补偿，２０１８（１）：２６．　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｒｉｓｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｃｏｉｌ　ｆｏｒ　ｈｉｇｈ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｓｈｕｎｔ　ｃａｐａｃｉｔｏｒ　Ｚｈｕｏ　Ｊｉｎｋｕｎ　（Ｓｔａｔｅ　Ｇｒｉｄ　Ｘｉａｍｅｎ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｘｉａｍｅｎ　３６１０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｒｉｓｅ　ｔｅｓｔ　ｏｆ　ｒａｔｅｄ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　ｓｈｏｒｔ　ｃｉｒｃｕｉｔ，ｒａｔｅｄ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｒｉｓｅ　ａｎｄ　ｒａｔｅｄ　ｌｏａｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｒｉｓｅ　ｗｅｒｅ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ　ａｒｏｕｎｄ　ｔｈｅ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｃｏｉｌ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｓｈｕｎｔ　ｃａｐａｃｉｔｏｒ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｒｉｓｅ　ｏｆ　ｔｈｒｅｅ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｃｏｉｌ　ｗｉｎｄｉｎｇｓ　ｉｓ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｒｅｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｒｉｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗｉｎｄｉｎｇｓ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｔｅｓｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｈｏｒｔ—ｃｉｒｃｕｉｔ　ｔｅｓｔ　ｉｓ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｒｅ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ｒｅｓｕｌｔｓ．　Ｋｅｙ　ＷＯｒｄＳ：ｈｉｇｈ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｓｈｕｎｔ　ｃａｐａｃｉｔｏｒ；ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｃｏｉｌ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｒｉｓｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　——１１２——