CN104297604A - 一种谐波对并联电容器温升及损耗影响的试验***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种谐波对并联电容器温升及损耗影响的试验***及方法，其特征在于，包括如下步骤：1）调节谐波源，使谐波源发出等于电容器额定电压的基波电压、不同次数及不同含量的谐波电压，观察记录电容器的温度和电压电流值。2）根据恒电压法计算公式，保证谐波源输出的总电压有效值恒等于电容器的额定电压，观察记录电容器的温度和电压电流值。3）根据恒电流法计算公式，保证谐波源输出的基波与谐波电流总有效值等于电容器的额定电流，观察记录电容器的温度和电压电流值。本发明能够科学有效地进行谐波对并联电容器温升及损耗影响试验，得到不同谐波情况下电容器温升及损耗的变化情况，试验数据全面，准确性高。

Description

一种谐波对并联电容器温升及损耗影响的试验***及方法

技术领域

本发明涉及电力***及电力设备技术领域，尤其涉及一种谐波对并联电容器温升及损耗影响试验***及试验方法。

背景技术

目前大功率电力电子装置是电力***的重要污染源之一，会在电网中产生大量的谐波电压和谐波电流，这对电力***的运行会产生许多不良影响，使电能的生产、传输和使用的效率下降，附加损耗增加，严重时可导致电气设备的故障或损坏。另外，有谐波的电力***中装设无功功率补偿电容器时，在某些条件下会使谐波放大，甚至引起电力***局部谐振，导致电力电容器中谐波电流过大，严重时电容器中的电流可能超过其额定电流，以至造成电力电容器的故障或损坏。

因此，对有谐波源电力***中电容器的运行状态进行分析，确定谐波电流对电容器的影响与***参数的关系，明确电容器因谐波电流而过载应采取的措施，对保证电容器在谐波条件下的安全运行是十分必要的。而当下对于并联电力电容器发热的研究分析，大部分处于理论分析阶段，目前针对电容器温升的试验方法仅仅规定了应给装置施加不低于额定电压，并使装置容量在试验过程中等于1.35Q_N，并没有明确谐波对电容器温升及损耗影响的试验方法。现有试验方法并不能直观给出谐波与电力电容器温升、损耗的关系，这是因为没有合适的谐波对于电力电容器温升、损耗试验测量的方法。

发明内容

为了解决现有技术中并联电力电容器温升及损耗的试验方法的问题，本发明提供了一种能够科学有效地进行谐波对并联电容器温升及损耗影响试验的***及方法。

为了解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种谐波对并联电容器温升及损耗影响的试验***，包括谐波源、电压电流互感器和多个电容器，其特征在于：还包括电能质量分析仪、波形记录仪和红外热成像仪，所述谐波源能够发出不同幅值和相位的基波和各次谐波传输给电压电流互感器，所述电压电流互感器通过数据线与电容器相连接，所述电能质量分析仪通过电压电流互感器对流过电容器的电压及电流进行实时监测，波形记录仪接收电压电流互感器信号，记录真实的电压电流波形数据用来进行损耗的分析，所述红外热成像仪对准电容器，记录电容器的红外图谱用来检测电容器表面温度。

前述的一种谐波对并联电容器温升及损耗影响的试验***，其特征在于：还包括水银温度计，三支水银温度计至于盛有油的容器中，取其平均值用来记录环境温度。

一种谐波对并联电容器温升及损耗影响的试验方法，其特征在于：采用恒基波法、恒电压法和恒电流法测试和记录电容器温升值及损耗，恒基波法保持基波电压不变增加谐波电压进行温升及损耗试验；恒电压法降低基波电压，增加谐波电压，使谐波源输出的总电压与电容器额定电压一致时进行温升及损耗试验，恒电流法降低基波电压，增加谐波电压，使流过电容器的总电流等于电容器额定电流时进行温升及损耗试验，三种方法所加谐波电压与基波电压初相位相同。

前述的一种谐波对并联电容器温升及损耗影响的试验方法，其特征在于：所述恒基波法，具体包括以下步骤：

步骤S101：调节谐波源，使谐波源发出的基波电压U₁等于电容器的额定电压U_N；

步骤S102：调节谐波源，使谐波源发出不同次数及不同含量的谐波电压U_h，观察记录电容器的温度变化，记录每种情况下的电压电流实际值；

步骤S103：重复步骤S102，获取更多数据。

前述的一种谐波对并联电容器温升及损耗影响的试验方法，其特征在于：所述恒电压法，具体包括以下步骤：

步骤S201：调节谐波源，使谐波源输出的基波电压U₁等于电容器的额定电压U_N；

步骤S202：根据恒电压法计算公式，调节谐波源，使谐波源发出的基波电压U₁降低，每次实验只施加单一次谐波电压U_h，保证谐波源输出的总电压有效值U_Σ恒等于电容器的额定电压U_N，观察记录电容器的温度变化，记录每种情况下的电压电流实际值；

步骤S203：根据恒电压法计算公式，调节谐波源，使谐波源发出的基波电压U₁降低，每次实验施加混叠次谐波电压U_m，保证谐波源输出的总电压有效值U_Σ恒等于电容器的额定电压U_N，观察记录电容器的温度变化，记录每种情况下的电压电流实际值；步骤S204：重复步骤S202和S203，获取更多数据。

前述的一种谐波对并联电容器温升及损耗影响的试验方法，其特征在于：所述恒电流法，具体包括以下步骤：

步骤S301：调节谐波源，使谐波源发出的基波电压U₁等于电容器的额定电压U_N，通过电压电流传感器测量得到流过电容器的额定电流I_N；

步骤S302：根据恒电流法总电流计算公式，调节谐波源，使谐波源发出的基波电压U₁降低，每次实验只施加单一次谐波电压U_h，使得流过电容器的总电流有效值I_Σ等于电容器(额定电流I_N，则基波电压U₁与单一次谐波电压U_h满足恒电流法电压计算公式，观察记录电容器的温度变化，记录每种情况下的电压电流实际值；

步骤S303：根据恒电流法总电流计算公式，调节谐波源，使谐波源发出的基波电压U₁降低，每次实验施加混叠次谐波电压U_m，使得流过电容器总电流有效值I_Σ等于电容器额定电流I_N，则基波电压U₁与各次谐波电压U_h满足恒电流法电压计算公式，观察记录电容器的温度变化，记录每种情况下的电压电流实际值；

步骤S304：重复步骤S302和S303获取更多数据。

前述的一种谐波对并联电容器温升及损耗影响的试验方法，其特征在于：所述恒电压法，在步骤S202、S203中，应用恒电压法计算公式，调节基波电压U₁和h次谐波电压U_h的计算公式为：

$U_{\mathrm{\Σ}}=U_N=\sqrt{U_1^2+\mathrm{\Σ}\left(U_h^2\right)}$

其中U_Σ为谐波源输出的总电压、U₁为谐波源输出的基波电压、U_h为谐波源输出的h次谐波电压、U_N为电容器的额定电压。

前述的一种谐波对并联电容器温升及损耗影响的试验方法，其特征在于：所述恒电流法，在步骤S302、S303中，应用恒电流法总电流计算公式，调节基波电压U₁和h次谐波电压U_h的计算公式为：

$I_{\mathrm{\Σ}}=\sqrt{I_1^2+\mathrm{\Σ}\left(I_h^2\right)}={\mathrm{\ω}}_0{C}_N\sqrt{U_1^2+\mathrm{\Σ}{\left(h{U}_h\right)}^2}$

其中I_Σ为线路总电流、I₁为线路基波电流、I_h为线路h次谐波电流、ω₀为角频率、C_N为电容器的额定电容、h为第h次谐波编号、U₁为谐波源输出的基波电压、U_h为谐波源输出的h次谐波电压。

前述的一种谐波对并联电容器温升及损耗影响的试验方法，其特征在于：所述恒电流法，在步骤S302、S303中，应用恒电流法电压计算公式，调节基波电压U₁和h次谐波电压U_h的计算公式为：

$\sqrt{U_1^2+\mathrm{\Σ}{\left(h{U}_h\right)}^2}=U_N$

其中h为h次谐波编号、U₁为谐波源输出的基波电压、U_h为谐波源输出的h次谐波电压、U_N为电容器的额定电压。

本发明所达到的有益效果：

本方法能够科学有效地进行谐波对并联电容器温升及损耗影响试验，得到不同谐波情况下电容器温升及损耗的变化情况，试验数据全面准确性高。

现有技术处理方式有两种，分别是施加1.2Un工频电压，施加不低于Un的电压并使装置容量在实验过程中等于1.35Qn。现有两种方法仅给出了工频电压的限值，或者仅给出了装置实验时的容量。

如按照现有技术方案进行实验，仅能得到电容器在工频电压下的温升及损耗曲线，都不能解决所提出的谐波对电容器温升影响的问题。根据本方法，可以得出电容器在各种谐波条件下的温升及损耗曲线。本方法与现有技术方法在主要方法、所得结果和优缺点方面的具体比较见下表所示：

附图说明

图1是本发明谐波对并联电容器温升及损耗影响的试验***结构示意图。

下面对各附图标记做详细的说明：

(1)为谐波源，(2)为电压电流互感器，(3)为电能质量分析仪，(4)为波形记录仪，(5)为红外热成像仪，(6)水银温度计，(7)为电容器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

将各模块按电气接线图1正确接线，将谐波源与3个单相电容器相连接组成测试***。

所述谐波对并联电容器温升及损耗影响的试验***，包括谐波源(1)、电压电流互感器(2)、多个电容器(7)、电能质量分析仪(3)、波形记录仪(4)、红外热成像仪(5)和括水银温度计(6)，所述谐波源(1)能够发出不同幅值和相位的基波和各次谐波传输给电压电流互感器(2)，所述电压电流互感器(2)通过数据线与电容器(7)相连接，所述电能质量分析仪(3)通过电压电流互感器(2)对流过电容器(7)的电压及电流进行实时监测，波形记录仪(4)接收电压电流互感器(2)信号，记录真实的电压电流波形数据用来进行损耗的分析，所述红外热成像仪(5)对准电容器(7)，记录电容器(7)的红外图谱用来检测电容器(7)表面温度，三支水银温度计(6)至于盛有油的容器中，取其平均值用来记录环境温度。

本发明谐波对并联电容器温升及损耗影响的试验方法，采用恒基波法、恒电压法和恒电流法测试和记录电容器温升值及损耗，恒基波法保持基波电压不变增加谐波电压进行温升及损耗试验；恒电压法降低基波电压，增加谐波电压，使谐波源(1)输出的总电压与电容器(7)额定电压一致时进行温升及损耗试验，恒电流法降低基波电压，增加谐波电压，使流过电容器(7)的总电流等于电容器(7)额定电流时进行温升及损耗试验，三种方法所加谐波电压与基波电压初相位相同。

其中恒基波法，参照图1具体包括以下步骤：

步骤S101：调节谐波源(1)，设置谐波源(1)的基波输出幅值，使基波电压U₁等于电容器(7)的额定电压U_N，通过电能质量分析仪(3)确定额定电压U_N，记录此时电压电流波形、电容器红外图谱及环境温度值。

步骤S102：调节谐波源(1)，设置谐波源(1)的基波输出幅值等于电容器(7)的额定电压U_N，调节谐波源(1)发出不同次数及不同含量的谐波电压U_h，通过电能质量分析仪(3)确定额定电压U_N，记录此时电压电流波形、电容器红外图谱及环境温度值。

步骤S103：重复步骤S102，获取更多数据。

其中恒电压法，参照图1具体包括以下步骤：

步骤S201：调节谐波源(1)，设置谐波源(1)的基波输出幅值和初始相位，使基波电压U₁等于电容器(7)的额定电压U_N，通过电能质量分析仪(3)确定额定电压U_N，记录此时电压电流波形、电容器红外图谱及环境温度值。

步骤S202：根据恒电压法计算公式，调节谐波源(1)，使谐波源(1)发出的基波电压U₁降低，每次实验施加单一次谐波电压U_h，保证谐波源(1)输出的总电压有效值U_Σ恒等于电容器(7)的额定电压U_N。通过电能质量分析仪(3)确定电压值U_Σ，记录此时电压电流波形、电容器红外图谱及环境温度值。

步骤S203：根据恒电压法计算公式，调节谐波源(1)，使谐波源(1)发出的基波电压U₁降低，每次实验施加混叠次谐波电压U_m，保证谐波源(1)输出的总电压有效值U_Σ恒等于电容器(7)的额定电压U_N。通过电能质量分析仪(3)确定电压值U_Σ，记录此时电压电流波形、电容器红外图谱及环境温度值。

步骤S204：重复步骤S202、S203，获取更多数据。

其中所述的步骤S202、S203中，应用恒电压法计算公式，调节基波电压U₁和h次谐波电压U_h的计算公式为：

$U_{\mathrm{\Σ}}=U_N=\sqrt{U_1^2+\mathrm{\Σ}\left(U_h^2\right)}$

其中U_Σ为谐波源(1)输出的总电压、U₁为谐波源(1)输出的基波电压、U_h为电能质量分析仪(3)测得的h次谐波电压、U_N为电容器(7)的额定电压。

其中恒电流法，参照图1具体包括以下步骤：

步骤S301：调节谐波源(1)，设置谐波源(1)的基波输出幅值和初始相位，使基波电压U₁等于电容器(7)的额定电压U_N，此时电容器电流值等于额定电流I_N。通过电能质量分析仪(3)确定额定电流I_N，记录此时电压电流波形、电容器红外图谱及环境温度值。

步骤S302：根据恒电流法总电流计算公式，调节谐波源(1)改变基波电压U₁与单一次谐波电压U_h，使基波电压U₁与单一次谐波电压U_h满足恒电流法电压计算公式，此时总电流I_Σ等于电容器(7)额定电流I_N。通过电能质量分析仪(3)确定额定电流I_N，记录此时电压电流波形、电容器红外图谱及环境温度值。

步骤S303：根据恒电流法总电流计算公式，调节谐波源(1)改变基波电压U₁与各次谐波电压U_h，使基波电压U₁与各次谐波电压U_h满足恒电流法电压计算公式，此时总电流I_Σ等于电容器(7)额定电流I_N。通过电能质量分析仪(3)确定额定电流I_N，记录此时电压电流波形、电容器红外图谱及环境温度值。

步骤S304：重复步骤S302、S303，获取更多数据。

其中所述的步骤S302、S303中，应用恒电流法总电流计算公式，调节基波电压U₁和h次谐波电压U_h的计算公式为：

$I_{\mathrm{\Σ}}=\sqrt{I_1^2+\mathrm{\Σ}\left(I_h^2\right)}={\mathrm{\ω}}_0{C}_N\sqrt{U_1^2+\mathrm{\Σ}{\left(h{U}_h\right)}^2}$

其中I_Σ为总电流、I₁为线路基波电流、I_h为线路h次谐波电流、ω₀为角频率、C_N为电容器(7)的额定电容、h为h次谐波、U₁为谐波源(1)输出的基波电压、U_h为谐波源(1)输出的h次谐波电压。

其中所述的步骤S302、S303中，应用恒电流法电压计算公式，调节基波电压U₁和h次谐波电压U_h的计算公式为：

$\sqrt{U_1^2+\mathrm{\Σ}{\left(h{U}_h\right)}^2}=U_N$

其中h为h次谐波编号、U₁为谐波源(1)输出的基波电压、U_h为谐波源(1)输出的h次谐波电压、U_N为电容器(7)的额定电压。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种谐波对并联电容器温升及损耗影响的试验***，包括谐波源(1)、电压电流互感器(2)和多个电容器(7)，其特征在于：还包括电能质量分析仪(3)、波形记录仪(4)和红外热成像仪(5)，所述谐波源(1)能够发出不同幅值和相位的基波和各次谐波传输给电压电流互感器(2)，所述电压电流互感器(2)通过数据线与电容器(7)相连接，所述电能质量分析仪(3)通过电压电流互感器(2)对流过电容器(7)的电压及电流进行实时监测，波形记录仪(4)接收电压电流互感器(2)信号，记录真实的电压电流波形数据用来进行损耗的分析，所述红外热成像仪(5)对准电容器(7)，记录电容器(7)的红外图谱用来检测电容器(7)表面温度。

2.根据权利要求1所述的一种谐波对并联电容器温升及损耗影响的试验***，其特征在于：还包括水银温度计(6)，三支水银温度计(6)至于盛有油的容器中，取其平均值用来记录环境温度。

3.一种谐波对并联电容器温升及损耗影响的试验方法，其特征在于：采用恒基波法、恒电压法和恒电流法测试和记录电容器温升值及损耗，恒基波法保持基波电压不变增加谐波电压进行温升及损耗试验；恒电压法降低基波电压，增加谐波电压，使谐波源(1)输出的总电压与电容器(7)额定电压一致时进行温升及损耗试验；恒电流法降低基波电压，增加谐波电压，使流过电容器(7)的总电流I_Σ等于电容器(7)额定电流时进行温升及损耗试验，三种方法所加谐波电压与基波电压初相位相同。

4.根据权利要求3所述的一种谐波对并联电容器温升及损耗影响的试验方法，其特征在于：所述恒基波法，具体包括以下步骤：

步骤S101：调节谐波源(1)，使谐波源(1)发出的基波电压U₁等于电容器(7)的额定电压U_N；

步骤S102：调节谐波源(1)，使谐波源(1)发出不同次数及不同含量的谐波电压U_h，观察记录电容器(7)的温度变化及电压电流值；

步骤S103：重复步骤S102，获取更多数据。

5.根据权利要求4所述的一种谐波对并联电容器温升及损耗影响的试验方法，其特征在于：所述恒电压法，具体包括以下步骤：

步骤S201：调节谐波源(1)，使谐波源(1)输出的基波电压U₁等于电容器(7)的额定电压U_N；

步骤S202：根据恒电压法计算公式，调节谐波源(1)，使谐波源(1)发出的基波电压U₁降低，每次实验只施加单一次谐波电压U_h，保证谐波源(1)输出的总电压有效值U_Σ恒等于电容器(7)的额定电压U_N，观察记录电容器(7)的温度变化及电压电流值；

步骤S203：根据恒电压法计算公式，调节谐波源(1)，使谐波源(1)发出的基波电压U₁降低，每次实验施加混叠次谐波电压U_m，保证谐波源(1)输出的总电压有效值U_Σ恒等于电容器(7)的额定电压U_N，观察记录电容器(7)的温度变化及电压电流值；

步骤S204：重复步骤S202和S203，获取更多数据。

6.根据权利要求5所述的一种谐波对并联电容器温升及损耗影响的试验方法，其特征在于：所述恒电流法，具体包括以下步骤：

步骤S301：调节谐波源(1)，使谐波源(1)发出的基波电压U₁等于电容器(7)的额定电压U_N，通过电流传感器(2)测量得到流过电容器的额定电流I_N；

步骤S302：根据恒电流法总电流计算公式，调节谐波源(1)，使谐波源(1)发出的基波电压U₁降低，每次实验只施加单一次谐波电压U_h，使得流过电容器(7)的总电流有效值I_Σ等于电容器(7)额定电流I_N，则基波电压U₁与单一次谐波电压U_h满足恒电流法电压计算公式，观察记录电容器(7)的温度变化及电压电流值；

步骤S303：根据恒电流法总电流计算公式，调节谐波源(1)，使谐波源(1)发出的基波电压U₁降低，每次实验施加混叠次谐波电压U_m，使得流过电容器(7)总电流有效值I_Σ等于电容器(7)额定电流I_N，则基波电压U₁与各次谐波电压U_h满足恒电流法电压计算公式；观察记录电容器(7)的温度变化及电压电流值；

步骤S304：重复步骤S302和S303获取更多数据。

7.根据权利要求6所述的一种谐波对并联电容器温升及损耗影响的试验方法，其特征在于：所述恒电压法，在步骤S202、S203中，应用恒电压法计算公式，调节基波电压U₁和h次谐波电压U_h的计算公式为：

$U_{\mathrm{\Σ}}=U_N=\sqrt{U_1^2+\mathrm{\Σ}\left(U_h^2\right)}$

其中U_Σ为谐波源(1)输出的总电压、U₁为谐波源(1)输出的基波电压、U_h为谐波源(1)输出的h次谐波电压、U_N为电容器(7)的额定电压。

8.根据权利要求7所述的一种谐波对并联电容器温升及损耗影响的试验方法，其特征在于：所述恒电流法，在步骤S302、S303中，应用恒电流法总电流计算公式，调节基波电压U₁和h次谐波电压U_h的计算公式为：

$I_{\mathrm{\Σ}}=\sqrt{I_1^2+\mathrm{\Σ}\left(I_h^2\right)}={\mathrm{\ω}}_0{C}_N\sqrt{U_1^2+\mathrm{\Σ}{\left({\mathrm{hU}}_h\right)}^2}$

其中I_Σ为线路总电流、I₁为线路基波电流、I_h为线路h次谐波电流、ω₀为角频率、C_N为电容器(7)的额定电容、h为第h次谐波编号、U₁为谐波源(1)输出的基波电压、U_h为谐波源(1)输出的h次谐波电压。

9.根据权利要求8所述的一种谐波对并联电容器温升及损耗影响的试验方法，其特征在于：所述恒电流法，在步骤S302、S303中，应用恒电流法电压计算公式，调节基波电压U₁和h次谐波电压U_h的计算公式为：

$\sqrt{U_1^2+\mathrm{\Σ}{\left({\mathrm{hU}}_h\right)}^2}=U_N$

其中h为h次谐波编号、U₁为谐波源(1)输出的基波电压、U_h为谐波源(1)输出的h次谐波电压、U_N为电容器(7)的额定电压。