放电线圈放电试验

高压并联电容器用放电线圈放电性能试验研究

浙江省电力试验研究所浙江杭州310014

1前言

放电线圈是高压并联电容器装置的专用配套设备，与电容器组端子直接联接，当电容器从电网断开后，使其存储的电荷自行泄放，在规定时间内将电容器剩余电压降到规定值以下，是电容器装置确保设备自身和维修人员安全的主要技术措施之一。因此，放电线圈必须具备以下两方面的基本性能要求：一是放电性能要求，即在配套电容器组容量范围内，满足电容器组的放电要求：放电起始至5 s内，将电容器的剩余电压自额定值下降到50 V以内。二是正常分闸操作时，应能承受最大放电电流冲击和最大储存能量的消耗。电力行业标准DL／T653－1998《高压并联电容器用放电线圈订货技术条件》中，对放电线圈放电试验作了具体规定，作为型式试验项目之一进行考核。下面就对标准条文的理解及试验方法的验证作进一步讨论。

2 放电线圈放电过程粗析

正常运行时，放电线圈工作在交流电压下（并接于电容器组两端子间）呈一很高的励磁阻抗。电容器组被断开后，实质上为一衰减直流放电过程，其放电等值电路如图1，其中L为放电线圈的铁芯电感，在直流电压的作用下，铁芯很快饱和，铁芯电感迅速下降，电容器储能在R上消耗吸收。当电压衰减到较低时，由于放电电流亦随之减少，此时铁芯的饱和程度会减轻，其电感L开始回升。R为放电线圈的功耗等值电阻，主要是线圈的直流电阻，而放电线圈的直流电阻一般较大，如10 kV级产品多在2 kΩ左右，35kV级为3～4 kΩ。由于铁芯电感L在放电过程中是非线性的，可有几百到上千倍变化幅度。因此，在

正常配套情况下，放电过程通常是一非周期的衰减过程，对于某些厂的产品，在放电后期，有可能出现振荡过程。当配套电容器组容量很小时，或是放电起始电压足够低时，放电过程也许出现衰减的振荡过程。

放电过程的分析表明：对于不同的放电线圈，相同的放电条件下（即同一容量电容器组并充有相同电压时），其放电电流峰值大小主要决定于放电线圈的等值电阻，而对于同一放电线圈，起始放电电压越高，则其放电电流峰值亦越大，在同样的起始放电电压下，电容器容量则是影响其放电时间长短的主要因素，电容量C越大，其放电时间则越长。

3放电线圈放电试验

3．1放电试验要求的依据

在我国，高压并联电容器安装运行仅限于6～66 kV电网，均为中性点非有效接地系统，并联电容器组所配用的放电线圈多为单相式，与并联电容器组直接并联。因此，其工作条件将直接与电容器组的工作条件及其接线方式相关连。就其放电性能言，主要有：第一，高压并联电容器允许连续工作的工频稳态过电压为1．1倍额定电压。第二，电容器组正常分闸时，各相电容器上的操作过电压与开断顺序有关，每次开断时，那一 相首开是随机的，但开断后每相电容器上的电压则是基本确定的：首开相电容器上的电压为

√2Uc、第二相为0.37√2Uc、第三相为1．37√2Uc(Uc为开断时电容器组的相电压）。显然，放电线圈在电容器退出运行后的放电过程将直接受制于各相电容器上剩余电压的状况，其中以第三相的条件为最恶劣。根据三相的放电条件，在标准中分别给出如下规定：

（1）放电线圈的放电性能要求是以首开相的放电条件提出的，为了确定放电线圈的放电性能，并以此为鉴别其性能能否满足运行要求，标准规定在最大配套电容器组容量时，充电达电容器组的额定电压峰值条件下，该放电线圈应能在放电5 s时，使其电压降至50 V以下。

（2）放电线圈应能承受住以第三相的放电条件下的电流冲击和能量消耗，考虑到电容器组频繁操作的特点，其充电电压按第三相放电时的电容器电压1.37√2Uc，并同时考虑电容器允许连续运行的1．1倍稳态过电压，再加上5％的裕度，即在：

1.37×1.1×1.05×√2Uc=1.58√2Uc,在这一放电条件下，放电线圈不应出现任何异常，在试验中，将以试验前后的空载电流结果对比来判断之。

3．2放电试验方法验证

如前述，标准规定放电线圈的放电试验分两步进行，分别考核其放电承受能力及放电性能。试验在同一试验接线下完成，为了进一步分析试验条件及方法的严格性和合理性，以3个生产厂提供的10 kV放电线圈为试品作了验证试验。放电试验接线如图2。

1－调压器；2－试验变压器；3－水阻；4－高压整流器；

5－直流分压器供读数；6－脉冲电容器；7－试验开关；

8－高压电阻分压器；9－记忆示波器；10－试品放电线圈

根据标准规定：脉冲电容器的电容量由放电线圈规定的配套电容器组容量上限和额定电压计算确定，其充电电压对于试验的两次不同要求，分别为√2倍及1.58√2倍的放电线圈额定电压。在验证试验中，分别对不同电容量及不同充电电压下的放电过程作了测量比较，具体要求：

（1）电容量按规定值（即最大配套电容器组容量相对应的电容量）及其1／2值二种情况进行。

（2）充电电压按运行条件下的电压进行，而最高的则按1.58√2Uc选。对于是11/√3kV产品，分别为9 kV、3．3 kV、14．2 kV。

（3）用高压电阻分压器取样供记忆示波器记录波形，在示波器上进行测量。

（4）3台试品分别为3个生产厂产品，测量结果见表1，波形图见图3、4、5。

由波形图分析可得以下结论：

（1）放电线圈的放电过程，表现为电容器端子上电压自放电起始主要呈非周期性衰减波形，当电压衰减到约几10 V时，有时可能出现衰减振荡，同前述分析是一致的。因此，可认为放电线圈在给定的试验接线中的放电过程与实际放电过程是一致的。

（2）同一电容量下，起始放电电压越高，放电电流峰值越大，放电过程亦长，放电后期出现振荡的可能性亦小，有振荡时其振幅亦越小。

（3）起始放电电压相同，而电容量增大，放电过程明显增长，而其放电电流峰值基本不变，放电后期出现振荡的可能性亦小或变得不明显。

（4）由于放电起始电压很高（数kV到数10kV），在放电过程的记录波形上难以观察放电后期的实际过程，而放电性能试验要求测量放电5s时的电压值（仅数10 V或更低）。利用记忆示波可方便而准确地记录和测量放电后期的波形变化和不同时刻的电压值。对于后期出现衰减振荡的试品，则可观察出现有5 s以后电压幅值有无超过50 V（标准规定值）的情况。

4 对放电试验方法的讨论

4．1放电性能试验

如前所述，放电性能的要求，是根据并联电容器性能要求规定的，实际上相当于放电线圈的额定工况下的放电要求，根据验证试验的结果可以看到：

（1）对于放电线圈，以其额定电压峰值为充电电压时，电容量大小仅改变放电时间长短，因此，在配套电容器组容量范围内，以最大配套容量确定放电性能试验的条件，其结果可覆盖整个容量范围，同时在不同厂家的产品之间亦有较好的可比性。

（2）按标准要求，放电性能必须保证在放电5 s时，其端子间电压应降至50 V以下。所以，对于某些产品，在放电后期可能出现较为明显的振荡，在测量5 s电压值时，应注意观察5 s以后出现的第一个振荡峰值是否在50 V以下。

（3）对于同一试品，在配套容量范围内（验证试验中，配套容量的下限值以50％上限值代替，与标准规定相差不大），从波形图和电压测量值可见，由于容量减少一半而引起的振荡增大，并不影响按规定试验的结论。

（4）为了保证试验安全，测量准确，应采用分压器—示波器直接一次记录放电电压波形的方法，利用示波器测量5 s时的电压值并观察振荡情况。

（5）在试验用脉冲电容器电容量不足时，不得采取以提高电压弥补其达不到最大配套电容器组容量要求的错误做法，很明显，两者是不等价的。

4．2放电承受能力试验

放电承受能力试验是根据放电线圈的实际工作条件增加的一项试验，相当于正常运行条件下，放电线圈经常承受到的最大放电电流冲击以及来自电容器组的最大储能消耗。对线圈强度和发热是一个考核。从验证试验可知。

（1）以最大配套容量及1.58√2倍额定电压的起始放电电压，流经放电线圈的放电电流峰值可在数A，相当于短路承受能力试验时电流值的数倍。其能量为额定工况（放电性能试验）时的2．5倍，这个能量将绝大多数为放电线圈所吸收，但又是放电线圈所必须能承受的。

（2）为了检查放电线圈经过本项试验后内部引线及线圈有无损伤，在试验前后应进行空载电流试验，比较其空载电流有无变化是必要的。

5 结论

（1）放电试验是放电线圈型式试验项目之一，标准对放电试验的规定是严格的、合理的，能反映放电线圈的放电性能和产品内在质量，应严格以标准规定参数条件，按图2所示接线实施。

（2）以1.58√2倍额定电压下最大配套电容器组电容的储能，对放电线圈放电的承受能力考核是必要的、严格的。

（3）标准所给出的放电线圈配套电容器组容量范围是合理的。

（4）在进行放电线圈放电试验时，当电容量不足时，不得采用提高充电电压来满足配套电容器组容量的做法。