电容无功补偿容量

电容无功补偿容量（精选七篇）

电容无功补偿容量 篇1

无功补偿电容器组广泛应用于电力系统各个领域, 对电网安全稳定运行、节能降耗和谐波滤除等起着关键作用。虽然无功补偿原理和无功补偿设备种类繁多, 但最常用、最经济和最普及的仍是固定容量的无功补偿电容器组。为了降低电容器组投切过程中瞬间涌流对电网和控制设备的冲击, 抑制电网谐波污染对电容器组的破坏, 同时对谐波起到一定的滤除作用, 近年来, 固定补偿电容器组已广泛采用串联电抗器的组合补偿方式。

1 现状概述

随着各种非线性负荷的不断涌现, 电网谐波污染问题越来越严重, 各类变频设备、整流设备甚至部分家用电器都会产生谐波污染。由于谐波频率相对于50Hz的工频要高得多, 一般为工频的3、5、7、11、13倍, 因此对电容器等电气设备影响会很大。为了降低和消除谐波污染, 防止操作过电压和限制短路电流, 无功补偿电容器组广泛采用串联电抗器的补偿方式。在串联电抗器的无功补偿电容器组中, 电抗器容量一般按无功补偿电容器组容量的一定百分比配置。在无功补偿电容器组容量较小且电网无谐波污染时, 一般仅配置0.5%~1%的串联电抗器, 其主要作用是抑制电容器合闸涌流;当补偿处电网存在3次谐波污染时, 一般配置12%的串联电抗器, 其作用不仅是抑制电容器合闸涌流, 还可以消除部分3次谐波污染;当补偿处电网存在5次谐波时, 一般配置5%的串联电抗器, 其作用不仅是抑制电容器合闸涌流, 还可以消除部分5次谐波污染。

2 电容器组容量变化出现的问题及分析

串联电抗器的无功补偿电容器组均按电容器满容量配置电抗器, 即5 000kvar电容器组按5%配置电抗器时的电抗器容量为250kvar, 按12%配置电抗器时的电抗器容量为600kvar。每个串联电抗器的无功补偿电容器组中, 电抗器是单一的, 没有变化的可能。但是, 无功补偿电容器组一般由若干只电容器组合而成, 如10kV电容器组一般采用每只容量为100、200、334kvar的单相电容器组合成较大容量的电容器组, 而低压电容器一般采用每只容量为5、10、15、30kvar的三相电容器组合成较大容量的电容器组, 这就为电容器容量变化提供了可能。

电容器容量变化的原因主要有两个:一是单只或多只电容器熔丝 (包括内熔丝) 熔断, 不得不减容, 以334kvar电容器组成的5 000kvar电容器组为例, 只要1只电容器出现问题不能继续运行, 就应退出另两相的2只电容器, 以保持三相补偿平衡, 容量就变为5 000kvar-3×334kvar=4 000kvar;二是补偿处需补偿的无功功率与配置的无功补偿电容器组容量相差较大, 特别是投入无功补偿电容器组出现过补偿, 而退出无功补偿电容器组功率因数又明显偏低的情况, 需降容量。

降低串联电控器的无功补偿电容器组容量主要产生两方面不良影响:一是导致电容器组承受电压升高, 超出其额定电压, 致使电容器组发热甚至烧毁;二是可能导致电容器组接近危险的高次谐波谐振区域, 强大的串联谐振电流会造成设备烧毁。

串联电抗器的无功补偿电容器组本质上也是一个LC串联电路。设系统电压为UN, 电容器组电压为UC, 电抗器电压为UL, 电容器组电压与电抗器电压方向相反, 则有:

电抗器电抗率k由电抗器电抗与电容器组容抗的百分数表示, 即:

式中, XL为电抗器电抗;XC为电容器组电抗;SL为电抗器容量;SC为电容器组容量。

电抗器电压为:

由式 (1) 、式 (3) 得电容器组电压:

当电容器组容量降低时, 其容纳增加, 容抗降低。由于电抗器电抗不变, 因此根据式 (2) 可知电抗率k将增大, 也就是电容器组承受电压升高。

以额定电抗率为5%的电容器组为例。根据式 (4) , 正常运行电容器组承受电压UC=UN/ (1-5%) =1.053UN;当减容20%时, 电容器组承受电压UC=UN/ (1-6.25%) =1.067UN;当减容50%时, 电容器组承受电压UC=UN/ (1-10%) =1.111UN。由此可知, 电容器组减容不仅会导致电容器组承受电压升高, 还会使串联电抗器的无功补偿电容器组实际电抗率升高。

以电抗率为2.5%、5%、12%的电容器组为例, 减容后实际电抗率和电容器实际承受电压见表1, 电容器组容量变化与其承受电压的关系如图1所示。

由表1、图1可知, 串联电抗器的无功补偿电容器组实际运行容量变化时, 其电抗率相应变化, 承受电压也变化, 而电抗率越大, 电容器承受电压的变化就越大。

谐波频率一般为奇次。按照谐振条件XL=XC, n次谐波谐振条件nXL=XC/n, 即n次谐波谐振时的电抗率XL/XC=1/n2, 那么3~13次奇次谐波谐振的电抗率分别为11.11%、4%、2.04%、1.23%、0.82%、0.59%。由此可知, 当无功补偿电容器组容量变化时, 电抗率较低的电容器组有可能进入电抗率较高即较低次谐波的谐振区域, 也就是说2.5%电抗率电容器组可能进入5次谐波谐振区域, 5%电抗率电容器组可能进入3次谐波谐振区域。因此, 在无功补偿电容器组减容时, 不仅要考虑电容器组能否承受升高的电压, 还要考虑电网谐波情况及能否进入相邻奇次谐波的谐振区域问题。

3 实际应用举例

某110kV变电站配置50 000kVA变压器2台, 10kV母线分段, 每段母线配置2组4 008kvar断路器控制串联5%电抗器的电容器组。投运初期, 负荷相对较低, 10kV线路功率因数较高 (均在0.92以上) , 导致负荷低谷时段仅投入1组电容器仍过补偿800kvar。为了提高电容器组投入率, 降低损耗, 满足调度对各时段功率因数的要求, 对此电容器组能否减容运行进行了分析。通过分析, 确定该组电容器可有4种容量组合, 相应电抗率及承受电压见表2。

该组电容器额定电压为 (即6.928kV) 。从可承受电压方面分析, 该组电容器可减容25%或50%运行。但是, 从避免谐波谐振方面考虑, 减容50%时, 10%电抗率已非常接近3次谐波谐振点的11.11%电抗率, 且此3次谐波的电抗器电抗小于容抗, 此电容电抗配合易发生并联谐振, 因此减容50%方案不能采用。所以, 电容器减容25%运行。

4 结束语

串联电抗器的无功补偿电容器组调整容量时, 应重点考虑两方面问题:一是电容器减容后的承受电压是否超过其额定电压及最大长期运行电压;二是电容器组安装处的谐波情况, 以及电容器减容后是否接近某次谐波的谐振范围, 并且在尽量远离谐波谐振范围的同时, 应确保在某次谐波附近时电抗器该次谐波的感抗大于电容器该次谐波的容抗。

摘要：分析串联电抗器的无功补偿电容器组在容量变化时承受电压的变化情况以及可能导致的谐振等问题, 以国网公司变电站典型设计无功补偿电容器组为例, 介绍无功补偿电容器组容量变化时的详细数据及注意事项, 为无功补偿电容器组容量变化时安全、可靠运行提出可行性方案。

电容无功补偿容量 篇2

1.1桥路测量法

这种方法可以通过交流电桥测量电容量和损耗因数。在串联电桥中, 通过调节使电桥平衡, 计算Cx值, 这种电桥适用于测量损耗小的电容器。在并联电桥中, 通过调节使电桥平衡, 计算Cx值, 这种电桥适于测损耗大的电容。这两种方法, 实际上都无法直接测得电容值, 而是通过间接量的测量来算出电容值, 存在很大的误差。

1.2 谐振法测量电容量

这种方法将交流电压表标准电感L和被测电容Cx连接成并联电路, 其中C0为标准电感的分布电容。调节信号源的频率, 使并联电路谐振即电流电压表读出最大值, 确定电压表读数最大时所对应的信号源频率f0, 可计算被测Cx值。这种方法可以粗略地算出电容值, 对于精度要求高的场合不适用。

1.3 恒流法测电容量

根据电容量的定义式, 当电流恒定时, 电压也恒定, 因此C与T成正比关系。在电容的等效串联电阻恒定的情况下, 只要对电容充电直到充满为止, 即可测出电容量。这种方法对于一般的电容器可以使用, 但是对于双电层电容器是不适用的。一双电层电容器容量大, 不容易选择合适的充电电压来保证有效时间内充电结束;二双电层电容器的ESR是个变化值, 电容与时间的比例常数是个不确定值, 无法建立确定的函数关系来表示C与T, 不能完成精确的测量。

1.4 恒压法测量电容量

这种方法也是根据电容量的定义式, 其中RC是外电阻与ESR之和, 不同的ESR引起不同的偏差造成电容测量值的误差。在于不同的ESR造成电荷与电压曲线的线性度不好, 由于温度与电流的变化引起ESR的变化, 在对电容充电时充电时间不确定。

综上所述, 这些普通测量方法对于双电层电容器的容量测量是不适用的, 必须选择一种合适的测量方法, 既可以适应双电层电容器的测量, 又有其一般性, 可以实现对电容量准确的测量。

2 恒流充放电法测量电容量

2.1超级电容器充放电时间

超级电容器可以快速充放电, 峰值电流仅受其内阻限制。实际上决定于电容器单体大小, 对于匹配负载, 小单体可放10A, 大单体可放1000A。另一放电率的限制条件是温度, 反复地以剧烈的速率放电将使电容器温度升高, 最终导致断路。

超级电容器的电阻阻碍其快速放电, 超级电容器的时间常数 τ在1-2s, 完全给阻-容式电路放电大约需要5τ, 也就是说如果短路放电大约需要5-10s。

2.2 设计方案

此方法采用恒流充放电模式以实现对电容器电容量的测量, 尤其是对双电层电容器的电容量测量, 即大电容量的测量。

这种方法是根据电容器容量的不同, 分成不同档位, 应用不同的电流对外测电容进行恒流充电直到充满为止。这时根据电容量的定义式:

可见, 电容器的电容量是一定值, 若当充电电流为恒定时, 电容器的电容量将由时间与电压的变化来确定, 并且会呈现一种很好的线性关系, 这就可以得到一种轻松的方法来测量电容器的电容量。

从前面的介绍中可知, 双电层电容器的耐压很低, 因此上门限值也不能选的太高, 并且由于ESR的影响, ESR是一个不确定值, 不同的双电层电容器的ESR不同, 因此下门限又不能选的太低。测量时首先对电容器充电, 由于ESR的影响, 电容端电压起点不为零, 此方法方案的提出是在一系列的测量比较基础上论证得到, 也正是利用这一特点, 为避免误差的产生, 可以选择下门限为1.25V。

选择上门限值为2.5V, 在这段时间内记数, 最大充电电压工作值选为3V。这样选取的原因是由于电容器的漏电流问题, 如果选择2.5V即停止充电, 很可能由于漏电流的原因, 使电容端电压下降, 一旦降到1.25V以下, 电容器将重新开始充电, 重新记数, 如此反复则影响测量结果, 因此选择大电压门限对电容器充电, 使其端电压不至下降太快而影响测量结果。

2.3 门限电压

因此最后确定门限值如下:

1.25V为下门限;2.5V为上门限;3V为最大工作电压。

即, 测量电路将从1.25V开始记数, 当U上升为2.5V时停止记数, 当U=3V时电路停止工作, 此测量结果在实验前已经过反复测量论证, 结论符合测量要求, 满足测量精度要求。

3 结束语

电容量测试仪为测量大容量的双电层电容器带来了方便, 同时也为其他类型电容器的测量提出了一种新的方法。恒流充放电模式根据电容的特性而制成, 它比其他的方法更适合电容量的测量, 它的原理简单, 设计思路清晰, 制作方便, 无须特殊器件。可以作为产品应用到实践中, 实现批量化的生产, 为用户创造价值。经过实际检验, 即对具体的电容量进行测量正反两方面的充放电反复测量, 证明完全满足各项指标及要求, 并达到的高精度, 实现了高性能。此设计方案具有实际应用的价值, 值得推广。

综上所述, 此方法无论从实验角度, 还是从使用角度, 都满足应用的要求, 因此在组装调试过程及实际应用中所应用的技术都是有价值的, 在应用于大容量电容的测量中需加大充电电流, 因此此方法还需要进一步完善, 提高精度及有效位等。

摘要：电容器是电子设备不可缺少的重要元件之一。它用途广泛、种类繁多, 尤其是双电层电容器 (超级电容器) , 由于它具有很多优点, 并且有其特殊性, 对于它的测量, 必须采取有效的方法, 才能正确应用。文章根据双电层电容器的特点, 通过对多种测量方法的比较, 采用合理的方法对电容量进行测量。

关键词：双电层电容器,恒流充放电模式,测量

参考文献

[1]陈永真.电容器及其应用[M].科学出版社, 2005.

[2]毛兴武, 张传敬.一种新型储能元件—超级电容器[J].电子世界, 2008:27-30.

应注意线路电压对电容器容量的影响 篇3

以河南省卫辉市某小区1台电容柜为例, 该柜内装有10路电容器, 型号均为BSMJ-0.45-10/3, 即额定电压为0.45 kV, 额定容量为10 kvar的三相共补电容器。该柜安装在变压器二次侧0.4 kV的线路中。我们知道, 电容器的容量与电压的平方成正比, 即

式中Q———电容器的容量, kvar;

f———频率, 其值为50 Hz;

C———电容器的电容量, 查表可知其值为0.157 F;

U———二次侧线路电压, 其值为0.4 kV。

代入上式后

由以上计算结果可知, 原来额定电压0.45 kV, 额定容量10 kvar的电容器用在0.4 kV的线路中, 实际容量只有7.89 kvar, 比额定容量减少了2.11 kvar。那么, 该柜内10路电容器的电容总量也只有78.9 kvar, 比原来的总额定容量减少了21.1 kvar, 这就是电容器全部投入后, 仍补偿不足的主要原因。所以选用电容器时, 一定要注意线路电压对电容器容量的影响。但考虑到电容器在投切的过程中有冲击电压的产生, 所以一般选用电容器时, 电容器的额定电压还应该是稍高于线路电压。

另外, 也有人认为, 随着科技水平的提高, 电容器的投切开关, 均采用电子复合开关 (可控硅零点触发开关) , 同时电容器本身也有自放电装置, 因此在电容器投切过程中, 不会产生冲击电压, 也不会造成线路电压波动, 所以没必要选用额定电压高于线路电压的电容器。这种认识是不全面的。首先, 线路中除有电压波动外, 还有谐波存在, 这些情况都会造成线路电压升高;其次, 一般来讲, 外部电压如高于电容器额定电压的10%, 电容器的寿命就要缩短一半, 为此, 电容器的额定电压应稍高于线路的额定电压。

两种测量大容量电容器的方法 篇4

电容是电路中被广泛应用的一种电器元件，电容量的精度直接影响着电路的质量。

1.1 按用途来分可分为两大类：

(1)在电子技术中常用电容器来产生电磁振荡，改变波形、滤波、耦合等。

电容器充电后储藏有电能，放电时强大的电流和火花可用来熔焊金属。在电子线路中，电容用来通过交流而阻隔直流，也用来存储和释放电荷以充当滤波器，平滑输出脉动信号。小容量的电容，通常在高频电路中使用，如收音机、发射机和振荡器中。大容量的电容往往是作滤波和存储电荷用。

(2)大型的电力电容器还能用来提高电力设备的效率。

电力电容器按用途可分为8种：并联电容器、串联电容器、耦合电容器、断路器电容器、电热电容器、脉冲电容器、直流和滤波电容器、标准电容器。

1.2 根据电容器的不同特点进行分类：

(1)按介质材料的不同分：有机介质电容器、无机介质电容器、电解电容器和气体介质电容器。

(2)按结构及电容器是否能调节分：有固定电容器、可变电容器和半可变电容器。

(3)按作用及用途的不同分：高（低）频电容器、高（低）压电容器、耦合电容器、旁路电容器、滤波电容器、中和电容器、调谐电容器。

(4)按封装外形的不同分：圆柱形电容器、圆片形电容器、管形电容器、叠片形电容器、长方形电容器、珠状电容器和异形电容器等多种。

(5)按引出线的不同分：轴向引线型电容器、径向引线型电容器、同向引线型电容器和无引线型(贴片式)电容器等多种。

2 几种常见的电容器的结构和特点

(1)纸介电容器：用两片金属箔做电极，夹在极薄的电容纸中，卷成圆柱形或者扁柱形芯子，然后密封在金属壳或者绝缘材料（如火漆、陶瓷、玻璃釉等）壳中制成。它的特点是体积较小，容量可以做得较大。但是固有电感和损耗比较大，适用于低频电路。

(2)薄膜电容器结构相同于纸介电容器，介质是涤纶或聚苯乙烯。涤纶薄膜电容，电容率较高，体积小、容量大、稳定性较好，适宜做旁路电容。聚苯乙烯薄膜电容器，介质损耗小不能做成大的容量、绝缘电阻高，但温度系数大，可用于高频电路。

(3)云母电容器：用金属箔或在云母片上喷涂银层作电极板，极板和云母一层一层叠合后，再压铸在胶木粉或封固在环氧树脂中制成。其特点是介质损耗小、绝缘电阻大。温度系数小，适用于高频电路。

(4)陶瓷电容器：用陶瓷做介质。在陶瓷基体两面喷涂银层，然后烧成银质薄膜作极板制成。其特点是体积小、耐热性好、损耗小、绝缘电阻高，但容量小，适用于高频电路。铁电陶瓷电容容量较大，但是损耗和温度系数较大，适宜用于低频电路。

(5)铝电解电容器：它是由铝圆筒做负极，里面装有液体电解质，插人一片弯曲的铝带作正极制成。还需经直流电压处理，作正极的片上形成一层氧化膜作介质。其特点是容量大，但是漏电大，误差大，稳定性差，有正负极性，适于电源、稳压器滤波或低频电路中，使用时，正、负极不要接反。

(6)玻璃釉电容器由一种浓度适于喷涂的特殊混合物喷涂成薄膜而成，介质再以银层电极经烧结而成“独石”结构性能可与云母电容器媲美。其特点是具有瓷介电容器的优点，且体积更小，耐高温。

(7)钽、铌电解电容器：它用金属钽或者铌作正极，用稀硫酸等配液作负极，用钽或铌表面生成的氧化膜作介质制成。其特点是体积小、容量大、漏电流极小，贮存性良好，性能稳定、寿命长。绝缘电阻大。温度性能好，用在要求较高的设备中。

3 测量大容量电容器的两种方法介绍

检测电容器性能的方法有多种，一般情况下使用万用表电阻档来检测，但是这种检测法只能判定电容器有无被击穿。但是在生产和科学实验以及电子仪器设备的维修中，往往需要确定一些电容器的电容值，因为在市面上出售的电容器中，其标称值与实际值往往差距很大，同时，对于一些电容器来说，由于种种原因，浴液的干涸，则电容器的电容量将大大减小，往往需要测其容量以确定故障的原因。

美国人扎弗里尔·谢弗在1986年发明了一种测量电容器电容量的方法，称之为电容量的比值测量方法，是将该仪器的数———模转换器的输出与一个在第一固有电容量和未知电容量之间的抽头上的电压进行对比的方法。在该仪器中的固有电容量的影响是用一种逐次逼近的测量技术来补偿的，其中固有电容量被逐次地与未知电容量进行对比。在这个确定未知电容量的方法中，该未知电容量可分别接在一个开关网络的第一端子和第二端子之间，这两个端子由该开关网络对应地连接到一个适宜于测量一个接在那里的未知阻抗的测量设备，其测量方法是通过把该未知阻抗上的压降与一个已知阻抗（接在该测量设备的第二端子和共用的基准电位点之间）上的压降进行比较的比值测量方法；在该开关网络的第一和第二端子之间存在着第一固有电容量，而在该开关网络的第二端子和共用的基准电位点之间存在着第二固有电容量；该测量电容量的方法的特征在于包括：a、通过把开关网络的第一端子从该测量设备的第一端子断开，测量该第二固有电容量；把一个辅助基准电容量跨接到该测量设备的两个端子上；将一个电压加到该测量设备的第一端子，并将该第二端子上的电压与该测量设备的第一和第二端子间的电压进行比较，以便用比值测量的方法确定该第二固有电容量。b、通过把一个电压加到该测量设备的该第一端子，测量该第一固有电容量，此时最后提及的端子是接到该开关网络的第一端子的；并将第二端子上的电压与该测量设备的第一和第二端子之间的电压进行对比，以便用比值测量的方法确定该第一固有电容；并且，c、通过把未知电容量跨接到开关网络的第一和第二端子，测量该未知电容量；将一个电压加到该测量设备的第一端子上，此时最后提及的端子被连接到该开关网络的第一端子上；将第二端子上的电压与该测量设备的第一和第二端子间的电压进行比较，以便用比值测量的组合电容量；然后再减去该第一固有电容量。以此来测出待测电容器的电容量。获得了1987年美国专利。但目前国内市场还没有具体的仪器。

笔者根据多年的教育实践和操作心得。现介绍利用双踪示波器和低频信号发生器，再配置一些适当的电路，用来测量大容量电容器的的两种方法。

3.1 阻抗角法

原理如图所示，图1中Cx为待测电容，f为低频信号发生器输出的某种频率的正弦信号，R为可变电阻。V01为双踪示波器探头V1端，V02接V2端。由电工学理论可知，Vc滞后V02900,V01与V02之间产生阻抗角φ，图2所示的是V01和V02的相量图。

由图2我们可知：

因为R和ω=2πf可以事先选定，因此，只要测出V01和V02的阻抗角φ，就可求出CX的值，调节低频信号发生器频率f和可变电阻R的值，在示波器上显示出V01和V02的波形，如图3所示。

若示波器的扫描速度为t/div，测得波形周期为T，同时测得V01和V02相位差时间为T0，则相位角

例如：某待测电容CX，调节信号发生器频率f为50Hz，电阻箱R为100Ω，调节示波器扫描速度为1ms/div（格），在横轴上测得信号波形一个周期的格数为期10格，两波形相位差间隔为2格，则：

T=10格×1ms/格=10ms,T0=2格×1ms/格=2ms

得到：

所以

在测量中，为使误差减小，应使V01和V02两波形相位差时间T0尽量大，通常应使相位角φ在300至800之间。这需要灵活地改变低频信号发生器频率f和可变电阻R的值，若被测电容越大，则f和R应越小。电容器电容值的不同，f和R的取值也不同，笔者根据多年的实验体会，置下表所示，供读者参考：

3.2 幅值法

测量电路如图4,图中A为一级运算放大器,Vi为低频信号发生器输出的频率为f的正弦信号,CX为待测电容器,R为固定值,R与CX及运算放大器组成了一个微分运算放大器。运放的输出V0与输入Vi之间的关系为:,设显然V0的振幅值大小为:

由于f和R已知，所以只要用示波器测出Vi和V0的幅值Vim和V0m，就可求出CX的值。

同时,由V0m的表达式看出,运放输出V0的幅度与Vim和ω成正比,为防止V0幅度太大超出运放的线性区从而出现波形失真,所以Vi信号的幅度不宜太大,要取mV数量级,同时Vi的频率f也不宜太高,一般取1KHz以下,且待测电容CX的容值越大,则Vim和f应越小。

幅值法是利用示波器一种最基本的方法，具体的调节步骤在这里不一一论述。阻抗角法的优点是线路简单，短缺是两波形的相位角φ不易测得十分准确，这需要测量者细致耐心。因此CX的值有一定的误差。在没有双踪示波器的情况下，也可以由单踪示波器用礼萨如图形测定相位角φ，幅值法的优点是测量过程简单，但需外接运算放大器，测量线路比较复杂。

参考文献

[1]王树本.高频电子线路原理[M].大连理工大学出版社,1998.7.

[2]于占河.电工基础[M].北京:化学工业出版社,2001.8.

电容无功补偿容量 篇5

随着电池产业的发展,相应的容量测试技术与标准急需建立与完善。与超级电容电池相比,铅酸蓄电池、锂电池都已有相对完善的容量检测标准,而国内外超级电容电池的检测标准还相对缺乏,电容电池的容量测试并不能简单照搬原有的测试方法。因此提出了超级电容电池容量测试和功率密度测试方法,并设计一种用于电池容量测试的自动化系统,对超级电容电池测试标准的建立有重要的意义,为超级电容电池安全可靠运行提供技术参考。

1 电池测试标准

电池测试标准是评价蓄电池电学性能的规范化文件,是电池设计者和电池生产企业进行电池设计和生产的重要依据,也是电池生产工艺技术和电池检测所需遵循的指标。目前,动力型铅酸蓄电池和锂电池都有相应的标准[6—12],而超级电容电池的检测标准尚未建立,这在一定程度上制约了相关电池企业的发展。现提出了适用于超级电容电池的检测方法以及一套自动化容量测试装置。

2 容量测试方法

电池容量测试能够反映蓄电池的工作能力以及电池寿命,是估算荷电状态(SOC)、功率密度、能量密度的重要参数,是建立电池测试标准的重要内容。超级电池容量测试可分为:实际容量测试、高倍率放电测试、快速充电测试、容量保存率测试、-15℃低温容量测试、-30℃低温容量测试。

在测试进行前,电池需要按规定条件完全充电。充电过程要求电池处于常温环境,充电过程包含恒压充电和恒流充电两个充电模式,同时需要设置电压、电流上限。表1为超级电容电池容量测试方法说明,其中,I2表示2小时率电流,单位为安培(A),由下式计算得到:

式(1)中,C2表示电池的2小时率容量,即电池的额定容量,单位为安时(A·h)。

实际容量测试是在表1规定的条件下,对蓄电池进行放电并按式(2)计算出放电容量,即实际容量,单位为A·h,用Ca表示

式(2)中T为放电持续时间的数值,单位为小时(h)。式(2)忽略了温度对电池容量的影响。铅酸蓄电池通常会考虑温度对实际容量的影响,而超级电容电池内部呈固体状态,常温下较小的温度变化对容量的影响可以忽略。在实际容量测试中放电电流的波动不得超过规定值的±1%。

高倍率放电能力是超级电容电池的一个重要特性。按照表1的方法测试,以4I2电流放电至蓄电池端电压为10.5 V时所持续的时间不低于15 min。由于能够提供瞬时大电流,超级电容电池可用于给电动助力车供电,市场前景广阔。

与动力型锂电池和铅酸蓄电池相比,超级电容电池充电时间短,可以在30 min内完成充电。表1中给出超级电容电池的快速充电能力测试方法。以4I2恒定电流充电0.5 h可将电池充电至荷电状态不低于80%。

在容量保存率测试中,根据式(3)计算容量保存率R:

式(3)中:R为容量保存率;Cn为静置30 d后测得的实际容量,单位为A·h。

-15℃低温容量测试和-30℃低温容量测试按表1规定的条件进行,用放电电流I2乘以放电持续时间T可计算出蓄电池在不同的温度条件下对应的容量。

3 功率密度测试方法

超级电容电池的另一个优点是具有较高的功率密度。在功率密度测试中,需要测量蓄电池放电过程中在截止电压10.5 V处的最大电流值[8]。由于被测电流大小可能超出测量仪器的测量范围,而且直接测量蓄电池放电过程中在截止电压10.5V处的最大电流值相对困难,因此,将最小二乘估计法应用到测量电池的功率密度测试。在温度(25±2)℃的环境中,按照图1所示每隔10 min依次进行放电或充电操作,放电或充电的时间均为10 s。在每次放电第10s时记录电池端电压。用4组放电电流、电压数据拟合放电电流、电压特性曲线,在拟合的特性曲线基础上,获得对应SOC下放电截止电压Vd=10.5 V处的最大放电电流Id,以Vd×Id表征电池的放电功率,该放电功率与电池质量的比值即为功率密度。图1中It=C2,单位A。

4 充放电自动测试系统设计

在对超级电容电池的测试中,电池端电压、电流、放电时间是影响电池容量和功率密度的关键参数。设计了一种用于超级电容电池容量测试和功率密度测试的充放电自动测试系统。该系统由硬件电路和充放电控制软件组成。图2显示了超级电容电池充放电自动测试系统原理图,其原理是计算机通过充放电测试软件控制充放电控制器选择开启或关闭相应的继电器以进行充电或放电操作。同时,计算机通过USB转RS232串口对电子负载、电源设备进行参数设置、数据读取和保存,并实时显示充电或放电过程中电压、电流相对于容量的曲线图。由于在电池表面安装有温度传感器,并在系统中应用了霍尔电压、霍尔电流传感器和高精度16位AD转换芯片,充放电控制器可对电池进行实时温度、电压、电流检测,如果电池表面温度高于预设值65℃则断开相应的继电器终止测试,保证测试过程安全进行。充放电控制软件对充放电过程进行自动控制,实现数据采集与保存并实时显示充放电曲线。

5 测试结果与分析

测试中采用一个额定容量20 A·h、额定电压12 V、质量为6.98 kg的超级电容电池。对该电池进行完全充电后在恒温环境中静置至其表面温度为(25±2)℃,用电子负载以I2=10 A电流进行放电至电池端电压达10.50 V,测得的实际容量为20.40A·h,如图3所示。按表1进行高倍率放电测试中,以4I2=40 A电流进行放电测得的放电容量为14.33 A·h,放电持续时间为21 min 34 s,这表明超级电容电池具有良好的大电流放电能力。在充电接受能力测试中,以4I2=40 A电流对电池充电0.5h,按照实际容量测试法测得电池放电容量为19.35(A·h),表明电池能在短时间内充满电量,具备优越的充电能力。在-15℃低温环境中按表1进程测试,以I2=10 A电流进行放电测得-15℃低温容量为14.22(A·h)。在-30℃低温环境中按表1进程测试,以I2=10 A电流进行放电测得-30℃低温容量为9.73(A·h),如图4所示。超级电容电池在低温环境中,电池材料的电化学性能降低,电池容量和电池端电压会随温度降低而下降。由于超级电容电池采用双电层电容器,其内部材料基本上呈固态,在-30℃的低温条件下,仍能释放出40%以上的电量。

在功率密度测试中,取It=20 A,将完全充电的蓄电池的荷电状态调整为70%,进行功率密度测试。图5所示是在SOC=70%的条件下功率密度测试中电池放电特性曲线,该曲线是通过四组放电电流、电压数据采用最小二乘线性拟合得到的。通过计算可得在放电截止电压10.5 V处的最大放电电流为127.38 A,该电池在70%的荷电状态下具有的功率密度为191.62 W/kg。

6 结论

针对目前超级电容电池的容量和功率密度测试标准尚未建立的现状,提出了应用于该类电池的检测方法与自动测试系统,并进行了容量测试和功率密度测试。实验结果表明提出的超级电容电池容量测试与功率密度测试方法是可行有效的,设计的电池充放电系统实现了测试过程的自动化,并能实时显示测试数据,保存测试结果。所提出的测试方法与系统装置对超级电容电池测试标准的建立有着重要的参考意义。

摘要：动力型超级电容电池的优点是充放电速度快,低温特性良好,可提供大电流充放电,无污染等,具有良好的市场前景。目前国内外还没有建立超级电容电池的测试标准,在一定程度上制约了电池产业的发展。总结了相关蓄电池常用的测试标准与规范,在此基础上提出了动力型超级电容电池容量测试和功率密度测试方法并设计了相应的充放电自动测试装置,为今后超级电容电池企业的发展提供重要的测试标准参考。

关键词：超级电容电池,充放电,测试标准,容量测试,自动测试装置

参考文献

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电容无功补偿容量 篇6

关键词：不拆除引线测量CVT,耦合电容器,电容量,介质损耗

1 不拆除高压引线测试的原理分析

高压电桥原理如图1。

CVT原理图如图2。

从图中可以看出,当测量C12时采用正接线,C11接在试验电源与地之间。即在试验电源的两端并联了一个电容器。而对测量电路无任何关系影响。所以在测量C12、C2时可采用正接线的方式,此时C11对测量结果无任何影响。

在测量C11时,由于上部是接地的所以只能采用反接线的方法。即CVT的A点接高压,测量时C11和C12都有电流通过。将δ,N点打开。由于中间变一次对地存在电容,C12中还有电流。此时测量值并不是C11值。如果通过C12的电流值不参与测量。这时所测值必然就是C11的数值。

2 不拆引线测量的方法及对比试验

测试仪器采用AI6000D型电桥

CVT测量

C12、C2的测量(采用正接线自激的方法):仪器设置,CVT、内标准、变频、电压3kV。

接线方法:打开δ(N)点,仪器高压线芯线与屏蔽同时接CVTδ(N)点,仪器CX芯线接CVTA点,将低压输出线接CVT二次da dn端子。进行启动同时测量C12,C2的Cx及tgδ值。

C12测量:采用反接线方法,仪器设置,反接线、内电源、内标准、变频、试验电压3kV。

接线方法:打开δN)、N(E)点,仪器高压线芯线接A点,屏蔽接δ(N)、N(E)点,进行启动测量Cx、tgδ值,即是C11、Cx、tgδ值。

以下是对比试验的结果。

不拆引线时:C11 Cx10.11nf,tgδ0.06

C12 Cx 12.79nf,tg80.09

C2 Cx 51.17nf,tgδ0.095

拆除引线时:C11 Cx 10.09nf,tgδ0.065

C12 Cx 12.79nf,tgδ0.090

C2 Cx 51.15nf,tgδ0.090

220kV耦合电容器对比试验。

不拆引线试验:C11采用反接线,仪器设置:反接线、内电源、内标准、变频、试验电压3kV。

接线方法:打开电容器末屏,C11、C12连接点接仪器高压线芯线,高压线外屏蔽接电容器末屏,启动测量。

C12采用正接线,仪器设置:正接线、内电源、内标准、变频、试验电压10kV。

接线方法:打开电容器末屏,C11、C12连接点接高压线外屏蔽线,Cx线接电容器末屏,启动测量。

对比试验的结果如下:

不拆引线时:C11 Cx9.98nf,tgδ0.083

C12 Cx 10.12nf,tgδ0.09

拆除引线时:C11 Cx9.97nf,tgδ0.081

C12 Cx10.12nf,tgδ0.090

从以上结果可以看出拆除高压引线与不拆除高压引线测量结果一致。

3 试验中应注意的问题

试验工作中应认真执行安规,按照仪器使用说明书正确操作。特别注意试验中末屏电压不能超过末屏耐压绝缘水平,防止末屏绝缘被破坏,接地线、试验线应接触良好,接触不良时,Cx减小,tgδ增大。

4 结论

通过多次的对比试验,拆除引线与不拆除所测试的数据一致。不拆引线,减轻了劳动强度,提高效率节省时间,保证安全,完全可以达到规程规定的要求。

参考文献

浅析电网无功电容补偿 篇7

关键词：电网,电压,无功电容补偿

1 无功补偿电容补偿的物理意义及影响功率因数的原因

1.1 无功补偿电容补偿的物理意义

1.1.1 电容性交流中的能量交换

当电容元件上电压增高的时候, 电厂的能量增大, 在这个过程中电容元件从电源取用能量;当电压变低的时候, 电厂能量也减小, 就是电容元件想电源放还能量。

1.1.2 电感性交流电路中的能量交换

当电感元件中电流增大的时候, 磁场的能量也相应增大, 在这个过程当中电能转换为磁能, 即电感原件从电源取用能量;同样当电流变小的时候, 磁场的能量也减小了, 磁能转换为电能, 即电感原件放还能量。

综上所述, 随着正弦电流周期性的变化, 在电源与电容元件、电感原件之间都进行着能量交换, 着就说明将电动机、变压器或电容期间接到交流电源的时候, 除了电源向负载提供有功功率以外, 同时电源还和负载间交换一部分功率, 通称为无功功率。电容电路和电感电路都在和电源进行着能量的交换, 只是时间上差半个周期, 即当电感电路从电源吸取能量的半个周期, 正好为电容电路放电的半个周期, 另外半个周期就是当电感元件向电源送还能量的时候, 电容元件正好是充电过程。利用上述原理, 将电感与电容进行并联, 电源就可以用电容元件却带, 和电感元件进行一部分无功功率的交换, 这就实现了对无功功率的补偿。

1.2 影响功率因数的原因

目前, 无功率的主要消耗者是殿网络中所使用的大量电感性设备, 例如感应电炉、异步电动机等, 据有关的统计, 在工况企业所消耗的全部无功功率中, 异步电动机的无功消耗占了60%-70%。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动及的空载运行, 同时还要尽可能的提高负载率。

变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10%-15%, 它的空载无功功率约为满载时的1/3, 所以, 为了改善企业和电力系统的功率因素, 变压器不应该长时间处于低负载运行或者空载运行的状态。

当供电电压高于额定值的10%时, 因为受磁路饱和的影响, 无功功率会增长的很快, 具有关资统计, 当供电电压为额定值的110%时, 一般无功会增加到35%左右。因此, 应该采取相应的措施让电力系统的供电电压尽量保持稳定。

2 无功电容补偿的方法及电容的投切方式

2.1 无功电容补偿的方法

无功补偿一般采用的方法有:高压集中补偿、低压集中补偿、低压个别补偿。

2.1.1 高压集中补偿

高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的6-10k V高压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端, 用户本身又有一定的高压负荷时, 可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用;补偿装置根据负荷的大小自动投切, 从而合理地提高了用户的功率因数, 避免功率因数降低导致电费的增加。同时便于运行维护, 补偿效益高。

2.1.2 低压个别补偿

低压个别补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接, 它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同时投切。随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行 (如大中型异步电动机) 的无功消耗, 以补励磁无功为主。低压个别补偿的优点是:用电设备运行时, 无功补偿投入, 用电设备停运时, 补偿设备也退出, 因此不会造成无功倒送。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。

2.1.3 低压集中补偿

低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧, 以无功补偿投切装置作为控制保护装置, 根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切。电容器的投切是整组进行, 做不到平滑的调节。

2.2 电容的投切方式

2.2.1 混合投切

实际上就是动态和静态补偿的混合, 一部分电容器组使用接触器投切, 而另一部分电容器组使用电力半导体器件, 这种方法在一定程度上可做到优势互补。

2.2.2 瞬时投切

瞬时投切方式又叫“动态”补偿方式, 一般情况下控制器能在半个周波至1个周波之内完成计算和采样, 在第二个周波到来的时候, 控制器一发出控制信号了。通过脉冲信号使晶闸管导通, 投切电容器组, 大约20-30毫秒内就完成一个全部动作。

2.2.3 延时投切

延时投切方式又称为“静态”补偿方式。这种投切方式使用专门的接触器进行电容器组投切, 防止接触器过于频繁动作时对电容器造成损坏, 更重要的是防备电容器短时间内重合闸产生的涌流烧坏设备或导致供电系统振荡。

3 无功电容补偿应注意的主要问题

随着无功补偿技术的不断发展, 无功补偿技术在配电系统中开始普及, 从静态补偿到动态补偿, 从有触点补偿到无触点补偿, 这些都己取得丰富的运行经验。但在实践过程中也暴露了一些问题, 必须引起重视。

虽然电容器具备一定的抗谐波能力, 但谐波含量过大时电容器容抗降低、电流增加会对电容器的寿命产生影响, 甚至造成电容器的过早损坏, 并且由于电容器对谐波有放人作用, 使得系统的谐波干扰更严重, 因而在有较大谐波干扰、需考虑补偿无功的地方, 同时也应考虑添加滤波装置, 进行谐波治理。

采用固定电容器补偿方式的用户, 在负荷低谷时, 也可能造成无功倒送。因此应充分考虑这一点, 设定自动控制电路, 当出现无功倒送时, 及时切断补偿电容。

有些无功补偿装置是功率因数型的, 仅以功率因数作为依据投切电力电容, 负荷高时会欠补偿, 负荷低时又容易过补偿, 在轻载时会出现电容反复投切致使设备寿命缩短。

有些无功补偿设备是依据电压来确定无功投切量的, 这有助于保证用户的电能质量, 但对电力系统而言却并不可取。因为虽然线路电压的波动主要由无功量变化引起, 但线路的电压水平是由系统情况而决定的, 当线路电压基准偏高或偏低时, 无功的投切量可能与实际需求相去甚远, 就会出现无功过补或欠补。

4 结语

本文首先对无功补偿电容补偿的物理意义进行了介绍, 在理论的基础上对影响功率因数的原因进行了分析, 然后介绍了无功电容补偿的方法及电容的投切方式, 无功补偿一般采用的方法有:高压集中补偿、低压集中补偿、低压个别补偿。电容的投切方式主要有:混合投切、瞬时投切、延时投切。文章的最后对无功电容补偿应注意的主要问题进行了分析研究, 对于目前存在的问题, 应在实际作业中引起重视。

参考文献

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