改电力电容器与电力电缆

1、关于改电力电容器和电力电缆第一张，PPT共六十四页，创作于2022年6月第一节：电力电容器 1.1 电力电容器主要用途1 并联电容器：并联在线路上；补偿感性负荷，提高功率因数2 串联电容器：串连在线路上；补偿长距离线路的感抗，从而减小电压降，改进电压调整率，提高传输容量；3 耦合电容器：载波通讯及测量保护功能4 电容式电压互感器：内含耦合电容器5 脉冲电容器：用于冲击电压发生器和冲击电流发生器第二张，PPT共六十四页，创作于2022年6月电力电容器基本概念电力电容器的主要用途：（1）并联电容器目的：并联在电力线路上以补偿感性负荷、提高系统的功率因素Cos。好处：提供该传输容量的变压器容量可减小

2、，线路的损耗、电压降也可降低。第三张，PPT共六十四页，创作于2022年6月（2）串联电容器它与线路串联，以补偿长距离线路的感抗，从而减小线路压降、改进电压调整率、提高传输容量。（3）耦合电容器及电容式电压互感器耦合电容器一般装在绝缘外壳内，用以实现载波通讯及测量、保护的功能。而用由耦合电容器、中间变压器等所组成的电容式电压互感器来测量电压时，准确度可比常用的铁磁式电压互感器高， 近年来应用日益广泛。（4）脉冲电容器常用于多种试验装置中，如构成冲击电压或电流发生器等，通常仅在试验时才间断性工作，于是其工作条件比交流下长期运行的电容器优越得多，因而允许使用的工作场强可显著提高。第四张，PPT共六

3、十四页，创作于2022年6月第五张，PPT共六十四页，创作于2022年6月2 比特性：单位体积所储存的能量（对直流或冲击电容器而言）或无功功率（交流电容器）；表征技术经济指标；第一节：电力电容器 1.2 电力电容器的比特性在其他绝缘结构中，介质主要是对具有不同电位的导体起绝缘及固定的作用，而在电容器中还要求介质中多储藏能量，因此一般要求储能材料的相对介电常数比较大。1 绝缘介质的作用：绝缘、储能第六张，PPT共六十四页，创作于2022年6月储能密度提高措施：提高击穿场强提高相对介电常数比特性第七张，PPT共六十四页，创作于2022年6月第一节：电力电容器 1.3 对电力电容器介质的要求1 介电

4、强度高2 介电常数大3 介质损耗小4 耐老化5 工艺性好、与其他材料的相容性好第八张，PPT共六十四页，创作于2022年6月电力电容器所用的介质过去的组合绝缘主要采用油（矿物油）浸纸绝缘，由于塑料薄膜及合成液体的发展，它已被合成油浸的膜纸复合介质以及全膜介质所逐步替代，比特性成倍提高。液体介质：变压器油、电容器油第九张，PPT共六十四页，创作于2022年6月第一节：电力电容器 1.4 液体介质1 电容器油、变压器油：现逐步淘汰；电气性能好，无毒；易老化、可燃。2 合成液体：硅油耐燃用于车船设备；多种合成油绝缘特性更好，介损小、耐局放，与薄膜相容，毒性低、能生物降解广泛用以浸渍全膜电容器。第十张

5、，PPT共六十四页，创作于2022年6月第一节：电力电容器 1.5 固体介质1 电容器纸：现逐步淘汰；厚度薄、杂质少；介损大、易吸潮。2 合成材料薄膜：机械电气性能好、其中聚丙烯膜介损极小；要求表面粗糙化并高真空下浸渍。3 金属化膜：在薄膜上喷涂0.01微米厚的铝或锌层；具有“自愈性”缺陷处短路电流蒸发金属层从而恢复绝缘，特别适用于要求无油、防爆场所。第十一张，PPT共六十四页，创作于2022年6月固体介质：在油纸电容器中，以电容器纸为介质，它厚度薄、杂质少，但tg较大，又易吸潮。而塑料薄膜的机械、电气性能都好，有的tg极小。因此以合成液体浸渍的全膜（如聚丙烯膜）绝缘已愈来愈广泛地用来制作高压

6、电力电容器。但薄膜表面光滑、互相紧贴，浸渍剂很难浸透，曾用纸膜交替排列的复合介质以利于浸渍；现在采用表面粗化的薄膜，并在更高真空下浸渍。这样制成的全膜电容器已广泛应用。第十二张，PPT共六十四页，创作于2022年6月金属化膜电容器：“自愈”能力影响自愈过程的因素： 金属膜方阻值、电容量、外加电压、机械压力、浸渍剂 第十三张，PPT共六十四页，创作于2022年6月自愈工程自愈电网自愈配电网自愈医学自愈自愈第十四张，PPT共六十四页，创作于2022年6月自愈的内涵自愈的含义：系统论中定义为系统察觉自身状态，并在无人干预的情况下，进行适当调整以恢复常态的性质。 自愈系统的关键在于能从非健康状态恢复到

7、健康，如果有人为干预则可称为辅助自愈系统。正常状态退化状态崩溃状态维持健康故障监测系统恢复故障监测系统恢复第十五张，PPT共六十四页，创作于2022年6月自愈系统典型特征自愈系统的功能：系统自身状态与外部环境监测系统健康状态的维持从非健康状态恢复到健康状态自愈系统的特点：系统状态自我评价系统元件间互相协调对系统自身结构具有自组织性 对外部环境具有自适应具有诊断故障和发现外部攻击的能力具有决定系统整体目标的策略 健康的本质是处于“有序稳定”状态，保持健康的根本点在于建立和保持“有序稳定”状态的具体机制，即“自愈”。第十六张，PPT共六十四页，创作于2022年6月电网自愈控制电网自愈主要是对电网的

8、运行状态进行实时评估，采取预防性控制手段，及时发现、快速诊断故障和消除故障隐患，变被动的事故处理与主动的抑制事故发生。 电网自愈控制的含义：分层分区优化协调四个“自我”安全可靠经济第十七张，PPT共六十四页，创作于2022年6月金属化膜电容器自愈理论及规律 金属化膜电容器由于具有自愈性能，可工作在储能介质的临界击穿场强下，工作可靠性高，广泛应用于ms 级脉冲放电领域。由于介质薄膜中存在“电弱点”，这些电弱点为薄膜生产过程中引入的杂质和晶格缺陷。当外施电压升高时，电弱点处首先击穿形成局部放电通道，电荷通过放电通道形成大电流，产生焦耳热，使周围金属层受热蒸发并向外扩散，金属蒸气电离形成等离子体，随

9、着蒸发面积扩大，当注入的功率密度低于某一临界值时，等离子体放电电弧熄灭，电弧电流降为零，电容器绝缘恢复。这一过程称为“自愈”，自愈成功后电容器可继续工作。自愈过程持续时间通常小于1us，自愈能量从几十到几百毫焦耳。自愈金属蒸发面积为mm2cm2级。第十八张，PPT共六十四页，创作于2022年6月组合绝缘：纸或膜的击穿强度高，但可能存在空隙及弱点，浸油可提高其耐电强度，以及散热性能。特点：在组合绝缘中，由于浸渍剂（液体或气体）分到的场强常高于固体介质层，而介电强度却低，成了薄弱环节。如发生局部放电， 特别是在工作电压下持续的局部放电，常是引起组合绝缘逐步损坏的一个主要原因在油-纸（膜）组合绝缘中

10、，如维持同样的极间距离d，而改用厚度更薄的纸（膜），将有利于提高此组合绝缘的局部放电特性。第十九张，PPT共六十四页，创作于2022年6月第一节：电力电容器 1.6 组合绝缘-估算介损和介电常数由于薄膜介损低于纸，浸渍后介损低很多第二十张，PPT共六十四页，创作于2022年6月每层纸（膜）厚度降低，则整个组合绝缘的平均局部放电起始场强将提高。当每层纸（膜）厚度一定，则整个组合绝缘的平均局部放电起始场强将随总厚d的下降而提高。第二十一张，PPT共六十四页，创作于2022年6月第一节：电力电容器 1.6 组合绝缘-估算起始放电场强当U1达到气泡放电电压Ud时：当极间距离d不变时，采用更薄的纸或膜有

11、利于提高此组合绝缘的局放特性。第二十二张，PPT共六十四页，创作于2022年6月第一节：电力电容器 1.6 组合绝缘-估算起始放电场强当每层膜的厚度一定，则平均起始放电场强随总厚度的下降而升高提高油压=提高了气泡击穿电压冲击电压和直流电压下局放脉冲少=介电强度高第二十三张，PPT共六十四页，创作于2022年6月第一节：电力电容器 1.6 组合绝缘-工作场强工作条件不同、要求寿命不同，许用工作场强有显著差异长期运行的交流电容器许用工作场强要小于局放熄灭场强第二十四张，PPT共六十四页，创作于2022年6月因此工作条件不同、要求寿命不同，许用工作场强有显著差异。对同一个电容元件、或同一台电容器，如

12、用于不同电压型式下，适用的电压也应不同。第二十五张，PPT共六十四页，创作于2022年6月基本结构电力电缆的主要用途及优点：电力电缆常用作发电厂、变电站的引入（出）线，当线路遇江河、铁路等时也常用它，现还广泛用于城市及工矿内部电网中。如与架空线比，电缆的优点是受气候的影响小、安全可靠性高、且隐蔽耐用，不影响环境，但成本较高。第二节：电力电缆 2.1 基本情况第二十六张，PPT共六十四页，创作于2022年6月第二节：电力电缆 2.1 基本情况截止到2001年6月，北京地区投运的高压电缆线路情况：220千伏电源电缆线路 16路 63.225公里220千伏联络电缆线路 15路 0.949公里110千

13、伏电源电缆线路 114路 283.422公里110千伏联络电缆线路 82路 4.722公里（其中110千伏及以上充油电缆60多公里）XLPE绝缘电缆最早投运时间是1988年9月，电缆生产厂家：日本藤仓电缆公司，至今已经运行14年。第二十七张，PPT共六十四页，创作于2022年6月第二节：电力电缆 2.1 基本情况 国产XLPE绝缘电缆主要采用： 上海电缆厂、沈阳古河电缆有限公司、郑州电缆厂、山东电缆厂、北京威克瑞电缆厂、杭州华新电缆有限公司等厂家的电缆。 进口XLPE绝缘电缆主要采用： 日本藤仓公司、日本住友公司、日本昭和公司、日本三菱公司、日本日立公司、法国阿尔卡特、德国AEG公司、澳大利亚

14、澳力公司、法国雪力克公司的产品。第二十八张，PPT共六十四页，创作于2022年6月第二节：电力电缆 2.2 电缆铺设北京地区电缆线路大部分采用敷设安装在电缆隧道内，也有一部分采用敷设安装在砖槽内。第二十九张，PPT共六十四页，创作于2022年6月第二节：电力电缆 2.2 基本结构1.导电线芯：铜：易焊接，导电性好机械性好，对油老化的催化作用较强；铝：价格低，轻；多股扭绞；常为圆形。2.绝缘介质（材料）：常用铰链聚乙烯材料（XLPE）；油纸绝缘；充油电缆；充气电缆。3.电缆护套：防止水分侵入绝缘层；保护绝缘层不受腐蚀；铅包柔软，铝包机械强度高。第三十张，PPT共六十四页，创作于2022年6月基本

15、结构1.导电线芯及护层：常用铜或铝芯，因铜易焊接，导电及机械性能都好；但铝成本低、重量轻，且铝对油老化的催化作用也小些。为便于运输及敷设，电缆要可以弯曲，为此，电缆线芯常用多股导线扭绞而成。在单芯或分相铅包电缆中常用圆形芯，而在电压不高的多芯电缆中，为减小重量，也有采用扇形芯的。第二节：电力电缆 2.1 基本情况第三十一张，PPT共六十四页，创作于2022年6月为防止水分等侵入绝缘层，常用铅、铝或塑料的外护套（铅护套柔软、耐腐蚀，但机械强度低，已逐渐被铝及塑料护套所代替）。如需承受较大的机械负荷，在护套外加以钢带或钢丝铠装；如需敷设在可能被腐蚀的场所，在铠甲外再包以由沥青、浸渍纸（麻）组成的外

16、护层。第三十二张，PPT共六十四页，创作于2022年6月2.绝缘材料：1kV及以下的电缆仍用橡皮或聚氯乙烯PVC绝缘；过去6-35kV的常用粘性浸渍的油纸绝缘，而更高电压常用充油电缆，而现在后两者正被交链聚乙烯电缆所逐步替代。（1）纸绝缘电缆粘性浸渍：为使浸渍剂既能在浸渍温度下实现对纸层的完善浸渍，而在工作温度下又不流动，过去常采用粘性浸渍剂来浸渍。但在运行过程中，特别是当工作温度较高或敷设处落差较大时，这种绝缘内部很易形成气隙。因为粘性浸渍剂的热膨胀系数大，在负荷、温度有变动时体积改变显著，而铅铝护层又是缺乏弹性的，当受热后再冷却时，虽浸渍剂的体积已缩小，但护层可能已难以恢复原尺寸，因而形成

17、空隙。这是引起其tg增大的重要原因。第三十三张，PPT共六十四页，创作于2022年6月第三十四张，PPT共六十四页，创作于2022年6月电缆油浸渍：更高电压的油纸电缆改用粘度较小的电缆油浸渍、并加以油压的办法，以减小油中气隙、提高绝缘强度。利用电缆两端的压力箱，使电缆油始终处于某油压下（如图7-10，自容式充油电缆）。而包缠用的纸带也改用0。045-0.075mm的薄纸以代替常用的电缆纸，因为薄纸的电气强度高（如图7-11），但纸越薄、密度也大、 tg增大，这应引起注意。第三十五张，PPT共六十四页，创作于2022年6月钢管充油电缆：国外也有采用钢管充油电缆的，管内油压比自容式高，且以钢管为外

18、护层，机械强度高。但三芯在同一钢管内，如一相故障也可能影响到其他相。第三十六张，PPT共六十四页，创作于2022年6月橡皮及塑料电缆：橡皮绝缘是以天然橡胶为主体，加进配合剂后经混炼、硫化而成。它对潮气的渗透性低，特别是弹性好，适用于要求高柔软性的移动式设备上，但它可燃、不耐电晕、工作温度低。乙丙、丁基等合成橡胶的耐电晕性等优于天然橡胶，但弹性差些。而硅橡胶的绝缘性能很好、特别是耐温性高，但价格较贵，现硅橡胶主要用以制作合成绝缘子或电器的外护套。低压塑料电缆常用聚氯乙烯绝缘，机械强度、耐酸碱性等都比较好，且性能价格比高，曾广泛用以制造10kV及以下电缆。但PVC为极性介质、tg大，且燃烧时释放出

19、有害气体，今后仅用于1kV及以下。聚乙烯（PE）的电气性能要好得多。如通过幅照、温室等交链方法将线型的PE转变为三度空间结构的交链聚乙烯（XLPE），既保留了PE的优良电性，且大大提高了耐热性及机械强度。第三十七张，PPT共六十四页，创作于2022年6月第三十八张，PPT共六十四页，创作于2022年6月气体绝缘电缆：GIL(Gas-insulated Metal-enclosed Transmission Line) 与气体绝缘金属封闭式组合电器(GIS)的母线结构相似，分单芯式GIL与三芯式GIL，单芯式GIL由同轴结构的外壳和中间导体构成；中间导体由导电率较高的铝合金管构成，管壁厚度约为1

20、0 mm-20mm，用绝缘子加以固定；外壳为铝合金或钢制，厚约为6mm-10mm，通常采用某种办法接地；管道中一般充以压缩SF6或SF6/N2混合气体作为绝缘介质；端部与GIS、变压器等直接连接或通过套管与其它设备连接；GIL两端可设置金属氧化物避雷器(MOA)以抑制过电压；当它被用于较长线路时，可在线路中间安装隔离开关，以方便将线路分成几段进行现场试验。第三十九张，PPT共六十四页，创作于2022年6月GIL的组成：直线单元、转角单元、补偿单元、隔离单元以及套管第四十张，PPT共六十四页，创作于2022年6月第二节：电力电缆 2.2 基本结构-塑料电缆导电线芯、半导体层、塑料绝缘层、半导体层

21、、金属护层、铠甲、橡胶护套；常用铰链聚乙烯材料（XLPE）；是发展趋势第四十一张，PPT共六十四页，创作于2022年6月2.3 电场分布极其改善电场分布：单芯或分相铅包的三芯电缆中，如线芯及金属护层的表面均光滑，其间绝缘层中的电场分布近于同轴圆柱体电场；但为便于弯曲，实际的线芯常由多股导线绞合而成，线芯表面处绝缘层中的最大场强可能比表面光滑时的高30%。第四十二张，PPT共六十四页，创作于2022年6月图7-8所示的带绝缘（总包绝缘）的三芯电缆中，电场已非同轴圆柱分布，而且绝缘层中存在着电场的切向分量（沿纸层方向）。对层式绝缘而言，平行于纸层的介电强度几乎要比垂直于纸层时低一个数量级，而交流电

22、缆绝缘层中当不仅存在法向分量且有较强切向分量时，就很易在低电压下出现滑闪放电。因此，10KV以下的三芯电缆不用带绝缘结构而改用分相铅包（或屏蔽）的，如图7-13所示（35KV及以下），使绝缘中仅有垂直于纸层的法向量。第四十三张，PPT共六十四页，创作于2022年6月第二节：电力电缆 2.3 电场分布极其改善多数电缆为同轴圆柱电场，为降低线芯附近的场强，可采用分阶绝缘：如在由m层介质串联成的同轴圆柱体中，交流下在半径rn处第n层的最大场强为：对油纸绝缘，在线芯附近用高密度的薄纸，不但介电常数大，使该处场强降低，而且介质的电气强度高。第四十四张，PPT共六十四页，创作于2022年6月启示：交流下要

23、使内外层电场强度趋于均匀，则必须使内层的介电常数大于外层。第四十五张，PPT共六十四页，创作于2022年6月交流下：在线芯表面采用相对介电常数大些的介质，可降低该处的最大场强，对于油纸绝缘，可在该处用高密度的薄纸，不但相对介电常数大，且电气强度也高。直流下：直流电缆中的稳态电场分布取决于电阻率，这时在线芯附近可以用电阻率较小的电介质，同时，应当考虑到电缆的温度变化对电缆中电场分布的影响。第四十六张，PPT共六十四页，创作于2022年6月第二节：电力电缆 2.3 电场分布极其改善直流电场分布取决于电阻率，可在线芯处选用电阻率较低的介质；负荷的变化通过温度变化影响电阻率，从而影响电场分布第四十七张

24、，PPT共六十四页，创作于2022年6月绝缘老化及场强选取 宜根据运行时的工作条件以及制造时所用的材料、工艺来选取工作场强，同时应认真考虑过去的制造及运行经验、老化过程等。如可按油纸绝缘的寿命曲线为基础，除以安全系数后来选取工频及冲击下的许用场强。一般是工频下，取m2；冲击下，取m1.2。 实际上，由于绝缘、结构、电压型式、运行条件等的不同，绝缘老化过程差异很大。第四十八张，PPT共六十四页，创作于2022年6月高压油纸电缆的老化过程：从线芯附近的气隙（或油隙）中先发生局部放电，当放电持续且较强烈时浸渍剂分解出大量碳粒子，促使气隙扩大，而由放电所形成的带电质点可能穿过纸带而向前，这些附在放电通

25、道上的碳粒子犹如尖端深入绝缘内部，使原来仅有径向电场的同轴圆柱电场畸变成具有很强切向分量（与纸层平行），以致在交流下较低电压时就出现强烈的滑闪放电。第四十九张，PPT共六十四页，创作于2022年6月改善方法：关键是抑制局部放电的发生及发展，例如分阶绝缘、绝缘层内外包半导电层以改善电场分布；以提高油压（或气压）来提高局部放电起始场强（如下图）。第五十张，PPT共六十四页，创作于2022年6月由于直流下绝缘中的局部放电问题远没有交流下严重，因此直流下的击穿场强近于脉冲下的数值；而且在直流下，充油电缆与粘性浸渍电缆的击穿场强的差别也不像交流下那样显著。第五十一张，PPT共六十四页，创作于2022年6月总结：高压油纸电缆老化：原因：局部放电过程：线芯附近油隙发生局放=浸渍剂分解，间隙扩大=带电质点穿透纸带=电场出现很强的切向分量=滑闪放电改进：分阶绝缘、绝缘层内外包半导电层；提高油压。第五十二张，PPT共六十四页，创作于2022年6月第二节：