[發明專利]金屬化膜電容器在交直流復合電壓下劣化機理的解耦方法

有效

• 申請號: 202110687158.0
• 申請日: 2021-06-21
• 公開（公告）號: CN113311275B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 李化;張國豪;林福昌;王雨橙;李浩波;楊心剛;魏曉川
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;國網上海市電力公司
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 夏倩

本發明公開了一種金屬化膜電容器在交直流復合電壓下劣化機理的解耦方法，屬于電力設備測試技術領域。本發明通過對金屬化膜電容器及與金屬化膜電容器相同參數的導線電容，進行老化試驗對比，解耦出電化學腐蝕和熱效應、以及自愈現象所造成的金屬化膜電容器劣化，解耦方法簡單易行，有助于準確分析金屬化膜電容器的失效原因，指導電容器的設計和應用方法，以及電容器在工程應用中的可靠性和壽命預測，進而保證換流器的長期穩定運行。本發明可以廣泛應用于直流輸電換流閥、風電換流器等設備中的直流支撐電容，實用性強。

技術領域

本發明屬于電力設備測試技術領域，更具體地，涉及一種金屬化膜電容器在交直流復合電壓下劣化機理的解耦方法。

背景技術

金屬化膜電容器由于其自愈特性，具有工作場強高、可靠性強的優點，常作為直流輸電換流閥、風電換流器等設備的核心部件——直流支撐電容器，起到穩定直流側電壓、提供負載變化時能量調節、補償無功功率、減小電壓過沖和瞬時過電壓等重要作用。由于與開關器件相并聯，直流支撐電容器工作時需承受交直流復合電壓，其中交流電壓分量主要包含工頻一次諧波、二次諧波、三次諧波以及數千赫茲的高次諧波，其交流電壓分量可以達到直流分量的10％以上。

在交直流復合電壓作用下，金屬化膜電容會存在由于紋波電流導致的熱效應，由于直流電壓峰值導致的自愈現象以及由于交流電壓導致的電化學腐蝕。三種作用的共同作用使得金屬化膜電容器在交直流復合電壓下的劣化機理不明確，三種作用的影響權重無法明晰。目前尚沒有一種可以對這種多因素劣化進行解耦分析的方法，在這種情況下很容易分析錯誤金屬化膜電容器的失效原因，導致電容器的設計和應用方法錯誤，這種錯誤會影響電容器在工程應用中的可靠性和壽命預測，進而可能會導致工程中直流支撐電容器的頻繁故障，影響換流器的長期穩定運行。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種金屬化膜電容器在交直流復合電壓下劣化機理的解耦方法，其目的在于解耦金屬化膜電容器在交直流復合電壓和紋波電流作用下熱效應、電化學腐蝕以及自愈導致的三種電容劣化機理。

為實現上述目的，本發明提供了一種金屬化膜電容器在交直流復合電壓下劣化機理的解耦方法，包括：

S1.制備與金屬化膜電容器相同參數的導線電容；所述導線電容由兩張未留邊的金屬化膜卷繞后兩端噴金構成；所述導線電容的電極為漸變方阻，對應金屬化膜電容器的留邊處方阻最小，對應金屬化膜電容器的噴金連接處方阻最大；

S2.對金屬化膜電容器施加交直流復合電壓，得到金屬化膜電容器劣化狀態；

S3.對導線電容施加紋波電流，得到導線電容的劣化狀態；所述紋波電流為與金屬化膜電容器所承受的紋波電流頻率、幅值相同的電流；

S4.提取能夠表征導線電容劣化狀態的特征量，將其等效為金屬化膜電容器由電化學腐蝕和熱效應導致的劣化特征；

S5.提取能夠表征金屬化膜電容器劣化狀態的特征量，從中剔除導線電容劣化狀態的特征量，將剩余特征量等效為由自愈導致的劣化特征。

進一步地，與金屬化膜電容器相同參數的導線電容，具體為，與金屬化膜電容器相同膜厚、相同材料、相同尺寸的導線電容。

進一步地，S2具體為，

對金屬化膜電容器施加交直流電壓，測量金屬化膜電容器在交直流電壓下的電容量變化、溫度變化和電極形貌。

進一步地，所述漸變方阻具體設置為，導線電容對應金屬化膜電容器噴金連接端方阻設置為0.75R₀，距噴金連接端0.4L處方阻設置為0.25R₀，距噴金連接端0.4L之內方阻線性變化，其余區域方阻設置為0.25R₀；R₀、L分別為金屬化膜電容器的方阻和膜寬。