1　引言 隨著工作時間的加長，電容器的絕緣逐漸劣化，并最終以絕緣擊穿而告壽命結(jié)束。對電容器絕緣特性的變化，可以通過測量其電氣參數(shù)來進(jìn)行判斷。產(chǎn)生局部放電的條件取決于絕緣裝置中電場分布及絕緣材料的電氣物理性能。因此，測定局部放電的特性，就可能評價不同結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝的脈沖電容器絕緣質(zhì)量，揭示其缺陷，甚至可能用局部放電特性試驗結(jié)果為基礎(chǔ)，確定絕緣介質(zhì)的工作場強(qiáng)，預(yù)測電容器的壽命。 　　 脈沖電容器中介質(zhì)的工作場強(qiáng)高于交流工作條件下的同樣的電容器。由于浸漬劑承受的場強(qiáng)低于絕緣膜，故有可能在層間、局部電場集中處及某些殘存氣泡的地方出現(xiàn)局部放電。局部放電處的輻射、發(fā)熱、化學(xué)作用等會逐步損壞絕級，導(dǎo)致絕緣緩慢劣化直至擊穿。 　　 長期以來，絕大多數(shù)電氣設(shè)備均運(yùn)行在工頻交流電壓下，局部放電研究也針對交流電壓工作條件進(jìn)行，直流條件下局部放電的研究進(jìn)行得很少。由于脈沖電容器的工作條件隨用途而變化，故無統(tǒng)一的試驗標(biāo)準(zhǔn)。作者對全膜脈沖電容器進(jìn)行了大量的局部放電試驗研究，試圖找出局部放電參數(shù)與壽命、擊穿電壓等電容器特性之間的關(guān)系。 2　PD檢測試驗方法 工頻高壓設(shè)備中出現(xiàn)的局部放電，往往發(fā)生在交流電壓一定的相位范圍內(nèi)。脈沖電容器以充一放電的方式工作，并不存在與交流電壓對應(yīng)的特定相位；相反，考慮到充電持續(xù)階段的特點(diǎn)，以直流高壓施加于電容器，然后測量其局部放電更接近實際。因此，對脈沖電容器局部放電的測量，作者選擇在直流電壓下進(jìn)行，采用電檢測法。 圖1是試驗裝置主回路接線及檢測系統(tǒng)原理框圖，低壓側(cè)電壓經(jīng)隔離變壓器、濾波器和穩(wěn)壓電源供電。電流傳感器CT接在試品CX的接地側(cè)。檢測系統(tǒng)刻度因素的確定方法仍采用交流電壓試驗標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定方法（即在試品的端子間注入電荷）。整套裝置在試驗電壓范圍內(nèi)測得的干擾水平為8～10pC。 [align=center] T1-調(diào)壓器 T2-隔離變壓器 T3-高壓試驗變壓器 R-限流電阻 D-硅堆 CT-電流傳感器 CK耦合電容 CX-試品 [/align] 試品電容器的結(jié)構(gòu)如下：三層15μm雙面粗化聚丙烯薄膜，電極為鋁箔，浸漬劑為S油。元件壓緊系數(shù)分別為0．78、0．81、0．84、0．86四種，單個試品元件電容量0．63μF。 試驗中選擇記錄如下PD參數(shù)： 　　 （1）第一次出現(xiàn)大于規(guī)定的PD量Q0時的外加直流電壓值U1。受試驗裝置的干擾水平限制，試驗中取Q0＝10pC。 　　 （2）規(guī)定時間內(nèi)的放電次數(shù)Nt（t的單位為min）。指在一定的直流電壓作用下，規(guī)定時間t內(nèi)，放電量大于Q0的次數(shù)。Nt的多少取決于介質(zhì)中PD發(fā)展過程及電場恢復(fù)過程，此參數(shù)與絕緣的性能密切相關(guān)，該值越小越好。 　　 （3）自行放電時，規(guī)定時間內(nèi)（1min）PD次數(shù)N0。指元件加壓到規(guī)定值時斷開充電電源，電容器自行放電時在規(guī)定時間內(nèi)大于Q0的放電次數(shù)。若電容器元件的泄漏電阻較小，則自行放電速度加快，電容器兩端電壓下降變快將導(dǎo)致N0減小。 　　 （4）視在放電量的最大值Qm。指在規(guī)定時間內(nèi)，試品PD視在放電量的最大值。試驗方法為：按500V／s的速度升壓到規(guī)定值，穩(wěn)定一段時間（0～10min）后，電容器自行放電（1～2min），最后經(jīng)大電阻釋放全部電荷。 3　試驗結(jié)果 3．1　PD參數(shù)的重復(fù)性試驗 　　 通過對同一試品的多次重復(fù)試驗來檢測測量參數(shù)的重復(fù)性。每次試驗時對電容器元件升到規(guī)定電壓值后，讓電容器自行放電2min，再經(jīng)大電阻值接地。試驗中記錄U1、N0及Qm。試驗結(jié)果表明，元件第一次出現(xiàn)明顯的局部放電幾乎都是在升壓過程中出現(xiàn)。究其原因，可能因為在變化的電壓作用下，電容元件介質(zhì)中PP膜、S油或空隙雜質(zhì)等承受電壓是按介電常數(shù)分配的，油和氣隙承受的電場強(qiáng)度較高，而空氣及油的擊穿場強(qiáng)低于PP膜。 　　 試驗得到如下結(jié)果：在穩(wěn)定電壓U≤11kV時，被試元件每次測量的PD參數(shù)U1、N0及Qm均在一定的范圍內(nèi)，測量參數(shù)分散性較小，因此可以用這些參數(shù)反映電容器元件的PD特性。而當(dāng)U＞11kV時，由于絕緣性能可能受到損傷，PD特性越來越差，PD參數(shù)的分散性較大。 3．2　不同壽命的電容器的PD檢測對比試驗 選擇了兩組電容器試品進(jìn)行PD試驗：一組為在一定電壓（充電電壓15kV）進(jìn)行過重復(fù)充放電試驗1000次的元件，另一組是未做過壽命試驗的元件。目的是通過PD試驗，找出兩者PD參數(shù)的差距。對比試驗的方法為：升壓后自行放電1min，期間測PD參數(shù)。試驗結(jié)果如表1所示。表中N1表示穩(wěn)定電壓作用下第一分鐘內(nèi)PD電荷量大于Q[sub]0[/sub]的次數(shù)。 從表1可以看出，經(jīng)過壽命試驗的絕緣已有不同程度老化的試品與未經(jīng)壽命試驗的試品的PD檢測有以下差別： 　　 （1）老化了的試品的U1（平均4kV）遠(yuǎn)小于未經(jīng)試驗的元件的U1（平均7kV）。第一次PD都是在升壓過程中出現(xiàn)，而老化了的試品的重復(fù)充放電試驗后，經(jīng)強(qiáng)電場、大電流的作用，試品絕緣材料被劣化，膜及油中出現(xiàn)炭化微粒或產(chǎn)生的氣泡增多，在升壓的過程中氣泡、雜質(zhì)中易出現(xiàn)PD造成U1下降?？梢姡肬1的大小能反映出同樣結(jié)構(gòu)的絕緣的優(yōu)劣。 　　 （2）老化了的試品的N1通常都大于N0，且N0接近于0；而未經(jīng)驗的試品的N1與N0無明顯差別。 3．3　不同壓緊系數(shù)試品的PD比較試驗 　　 表2為多個試品的在外加穩(wěn)定電壓4min的條件下測得的PD參數(shù)的統(tǒng)計結(jié)果電壓U1取3個范圍，表中N4表示穩(wěn)定加壓后第4min內(nèi)PD量大于Q[sub]0[/sub]的次數(shù)。 由表2可以看出： 　　 （1）壓緊系數(shù)K與U1值的大小對應(yīng)關(guān)系。 　 　 總體看來K小的電容器元件的U1值稍高。如K＝0．78、0．81的試品中，U1＞10kV的占試驗總數(shù)的60％，而在K＝0．84、0．86的試品中僅占18％。分析其原因，可能在于K值大的試品，介質(zhì)中的三層膜之間、膜與鋁箔之間的貼合更緊密；在真空干燥和浸漬時，K值大的元件中S油的滲透比較困難，氣泡難以脫出；升壓過程中氣隙易發(fā)生局部放電，因而U[sub]1[/sub]值較小。 （2）在相近的外加穩(wěn)定電壓范圍內(nèi)（10．5～12kV），放電次數(shù)與K值的大小也呈相應(yīng)關(guān)系。 　　 如穩(wěn)定加12kV的電壓4min，則K＝0．78和0．81的試品的N4遠(yuǎn)大于K＝0．84和0．86的試品。前者的N4＞N0，可見K小的試品在穩(wěn)定耐壓條件下，絕緣性能劣于K值大的試品。壽命試驗結(jié)果證實了這一點(diǎn)，充電電壓為15kV的充放電壽命試驗結(jié)果如圖2所示。 （3）元件出現(xiàn)大量PD時臨界電壓的確定。 　　 試驗情況表明，隨著外加直流電壓的升高，試品出現(xiàn)PD的次數(shù)及放電量都會增加。重復(fù)充放電試驗結(jié)果證實，當(dāng)電容器元件在穩(wěn)定直流電壓作用階段，每分鐘出現(xiàn)大于10pC的PD量達(dá)到30次以上時，脈沖電容器運(yùn)行在這種狀態(tài)下時將加快絕緣劣化，壽命大為下降。設(shè)出現(xiàn)大量PD時的最小外加穩(wěn)定直流電壓為臨界電壓UPD，確定脈沖電容器局部放電試驗的UPD值對電容器結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計很有參考價值。 　　 圖3為UPD與t的關(guān)系曲線。由圖可以看出，隨著t的上升，UPD迅速減小。而當(dāng)外加電壓低于9kV時，即使t＞10min試品也不會出現(xiàn)大量的PD。 　　 由于UPD與加壓時間t密切相關(guān)，因此，需要選擇一個穩(wěn)定加壓時間的UPD。圖4是對20個試品在穩(wěn)定加壓條件下，記錄的第四分鐘內(nèi)出現(xiàn)大量PD的概率。當(dāng)外加電壓達(dá)到12kV，大量PD出現(xiàn)的概率為47％。此時的電壓小于電容器擊穿電壓，對電容器絕緣不造成損傷。若設(shè)定此時對應(yīng)外加電壓為臨界電壓，則該批試品的平均UPD可選10～12kV范圍，試驗時加壓時間可選4min左右?！? 　　 4　結(jié)論 （1）脈沖電容器元件的PD特性可用出現(xiàn)第一次大于規(guī)定PD量時的外加直流電壓值U1、規(guī)定直流電壓下規(guī)定時間內(nèi)放電次數(shù)Nt、自行放電時間內(nèi)的N0及最大視在放電量Q0等參數(shù)來表征。 （2）絕緣性能良好的電容器的U1值較高，且Nt較小，并有Nt≈N0的現(xiàn)象，壽命也比較長?？梢該?jù)此判斷脈沖電容器元件的絕緣性能優(yōu)劣。 　　 （3）根據(jù)壽命試驗結(jié)果及PD試驗結(jié)果，選擇合適的試驗電壓UPD，在該電壓作用下，出現(xiàn)次數(shù)有限的PD，測量該電壓下固定時間內(nèi)局部放電的電量和次數(shù)，有助于判別絕緣的優(yōu)劣。