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(5-33)
电感线圈或者电容器在谐振角频率ω(n)时的电抗为
(5-34)
令电感线圈的品质因数或滤波器的调谐锐度为
(5-35)
又定义ω与ω(n)的偏差的标么值为失谐度
(5-36)
因此可以推导出
(5-37)
则谐振频率阻抗
(5-38)
可见当品质因数Q值越大,则其谐振频率阻抗就越小,滤波效果就越好,同时消耗的有功功率也就越小。
但在系统频率变动时或者电容电感受温度影响时,品质因数越大,滤波器越容易失调,影响了滤波效果。
实用中单调谐滤波器的Q值参考值为30~60。
在实际情况下,由于以下的一些原因,把滤波器精确地调谐到谐波频率是有困难的:
(1)电力系统频率的偏移导致谐波频率成比例地变化;
(2)元件的老化和温度的变化,引起滤波器电感和电容的变化;
(3)调谐级数的离散性限制了实际调谐的精度。
2.双调谐滤波器(Double-TunedFilter)
图1-1 双调谐滤波器电路结构
目前公司所属换流站交流滤波器大部分属于双调协滤波器。
双调谐滤波器除可以同时消除两个不同频率的谐波外,而且其中一个谐振回路承受电压的强度较低,在基频下功率损耗较小,投资少,经济性好,在直流工程中得到了广泛使用。
我国的葛上工程、天广和三广工程都采用了双调谐滤波器。
双调谐滤波器电路结构如图1-1所示。
它有两个谐振频率,同时吸收两个邻近频率的谐波。
与两个单调谐滤波器相比,它只有一个公共电感器L1承受全部冲击电压;
并联电路中的电容C2容量较小,基本上只通过谐波容量,因而其经济性较好。
其阻抗-频率特性如图1-2(a)所示。
(a)阻抗-频率特性(b)网络变换(c)调谐特性分析
图1-2双调谐滤波器
双调谐滤波器阻抗-频率之间的关系为
(1-1)
双调谐滤波器具有两个调谐频率。
为了准确反映滤波器在每个谐振频率下的调谐锐度,每个谐振频率都应有对应的品质因数。
对双调谐滤波器进行网络变换,将其等效为两个单调谐滤波器,如图1-2(b)所示。
其阻抗-频率特性分别为Zf1=Rf1+jXf1,Zf2=Rf2+jXf2。
两个等效单调谐滤波器的实部分别为
(1-2)
(1-3)
双调谐滤波器可以看作R1L1C1串联电路部分和R2L2C2并联电路部分串联而成,如图1-1和图1-2(c)所示。
ωr1左侧和ωr2右侧的调谐锐度主要由R1L1C1串联电路部分决定。
R2L2C2并联电路部分仅决定ωr1和ωr2之间的调谐锐度。
前者对滤波效果的影响较大。
因此选定Xo1=ωr1L1,Xo2=ωr2L1。
定义双调谐滤波器的品质因数
Qf1=Xo1/Rf1,Qf2=Xo2/Rf2(1-4)
考虑到滤波效果和防止失谐两方面的要求,因此品质因数Q一般取10~200为宜。
第二节电抗器
在交流滤波器中,滤波电抗和电容器、电阻器共同组成滤波回路滤除谐波电流。
调协电抗器则是串联在电容器组中,其目的是限制在切换过程中产生的冲击电流。
下面就电抗器的概念进行介绍:
在电路中,当电流流过导体时,会产生电磁场,电磁场的大小除以电流的大小就是电感。
电感是衡量线圈产生电磁感应能力的物理量。
给一个线圈通入电流,线圈周围就会产生磁场,线圈就有磁通量通过。
通入线圈的电源越大,磁场就越强,通过线圈的磁通量就越大。
实验证明,通过线圈的磁通量和通入的电流是成正比的,它们的比值叫做自感系数,也叫做电感。
电感只能对非稳恒电流起作用,它的特点两端电压正比于通过他的电流的瞬时变化率(导数),比例系数就是它的“自感”。
电感起作用的原因是它在通过非稳恒电流时产生变化的磁场,而这个磁场又会反过来影响电流,所以,这么说来,任何一个导体,只要它通过非稳恒电流,就会产生变化的磁场,就会反过来影响电流,所以任何导体都会有自感现象产生。
电感的特性与电容的特性正好相反,它具有阻止交流电通过而让直流电顺利通过的特性。
电感的特性是通直流、阻交流,频率越高,线圈阻抗越大。
电感器在电路中经常和电容一起工作,构成LC滤波器、LC振荡器等。
另外,人们还利用电感的特性,制造了阻流圈、变压器、继电器等。
第三节电容器
电容器和其他元件一起组成滤波回路,来滤除谐波电流和提供无功。
下面就电容的概念进行介绍:
我们把电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量,叫做电容器的电容。
电容是表征电容器容纳电荷的本领的物理量。
电容的符号是C。
在国际单位制里,电容的单位是法拉,简称法,符号是F。
一个电容器,如果带1库的电量时两级间的电势差是1伏,这个电容器的电容就是1法。
电容的公式是:
C=Q/U
很多电子产品中,电容器都是必不可少的电子元器件,它在电子设备中充当整流器的平滑滤波、电源和退耦、交流信号的旁路、交直流电路的交流耦合等。
电容是由两片金属膜紧靠,中间用绝缘材料隔开而组成的元件。
电容的特性主要是隔直流通交流。
电容容量的大小就是表示能贮存电能的大小,电容对交流信号的阻碍作用称为容抗,它与交流信号的频率和电容量有关。
第四节电阻器
在交流滤波器中,电阻器和滤波电抗、电容器共同组成滤波回路滤除谐波电流。
下面就电阻的概念进行介绍:
对电流的阻碍作用就叫该导体的电阻。
电阻(Resistor,通常用“R”表示)是所有电子电路中使用最多的元件。
电阻的主要物理特征是变电能为热能,也可说它是一个耗能元件,电流经过它就产生内能。
电阻在电路中通常起分压分流的作用,对信号来说,交流与直流信号都可以通过电阻。
电阻都有一定的阻值,它代表这个电阻对电流流动阻挡力的大小。
电阻的单位是欧姆,用符号“Ω”表示。
欧姆是这样定义的:
当在一个电阻器的两端加上1伏特的电压时,如果在这个电阻器中有1安培的电流通过,则这个电阻器的阻值为1欧姆。
第三章维护检修
第一节日常维护
1交流滤波器组的日常维护
表1:
交流滤波器及并联电容器组日常维护项目
巡检项目
基准周期
技术要求
外观检查
2周
外观无异常
红外热像检测
1月
无异常温升
不平衡电流监视
每日
不超过报警值
在正常运行时,电容器组带电不能也不需要对其进行维护保养。
建议做以下日常维护和监视:
1.1在电容器组停电之前测量不平衡电流。
电流偏大,则表示有单支电容器故障,那么我们需要对该组电容器进行停电并进行单支电容器电容值测量,对于测量值不正常的单支电容器,应进行更换。
1.2对电容器进行外观检查,包括污染、表面有无破损和有无泄漏等。
如有条件,可对绝缘子和套管进行清扫。
对于比较脏的电容器需要用水冲洗。
在污染比较严重或空气质量较差的地区,需要对电容器经常清洗。
2交流滤波器常见缺陷的维护处理
2.1电容器组的不平衡电流过大
如果不平衡保护将电容器组跳开,我们应对所有的电容器的电容值进行测量,并更换故障电容器。
新电容器的电容值与故障电容器铭牌上的电容值或常规试验记录值相比,偏差不能超过±
1。
电容器组运行后,不平衡电流应低于保护动作值的20%。
2.2电容测量
如果电容器组没有配置不平衡保护,那么每年都要对所有单支电容器进行电容值的测量。
检查时不必对带有不平衡保护的电容器组进行测量。
但是,当保护显示有故障电容器或者将电容器组跳开,那么需要对所有的电容器进行测量。
对于电容值的测量工作,ABB公司建议至少每三年对全部或每年一相测量电容器组中的所有电容器。
测量是通过ABB公司的CB10型号的电容电桥来完成的。
测量时不必断开电容器组的内部连接。
如果测量值与常规试验报告记录值相比,偏差超过10%,那么表示该电容器故障,需要将其更换。
2.3泄漏
一般情况下,发现电容器泄漏应将其更换。
然而,泄漏不是很严重的话(少于0.1升),可以通过焊锡或者聚氨基甲酸乙酯将其修补好。
电容器出厂后,短时间内可能在套管顶部出现很少量的渗透液体弄脏瓷瓶,但是只要套管中渗透的液体将密封条打湿并浸胀,它就会停止渗透。
将污秽擦干净并检查有无再次渗透。
我们可以用锯屑或者类似物等吸收溢出的渗透液体。
2.4油漆破损
油漆破损不是很严重的话,可以在现场修补,先把破损的地方擦干净,然后再涂上新的油漆。
如果破损的面积较大,那么需要联系ABB公司购买专用油漆。
2.5报废电容器的处理
报废的单支油浸式电容器可以通过煅烧来进行处理。
在进行处理工作时,ABB公司建议戴好防护手套和防护眼镜以免有溅出的液体进入眼睛。
处理前应将电容器短接。
在打开整支电容器之前先刺穿电容器并把里面的液体收集起来。
煅烧剩下的主要是铝和一小部分铜。
第二节年度检修
交流滤波器在年度检修工程中要进行如下几项工作和试验:
1交流滤波器及并联电容器组年度维护和例行试验
交流滤波器及并联电容器组例行试验项目
例行试验项目
年度维修
1年
并联电容器组电容量
初值差不超过±
2%
上述工作的有关说明:
1外观检查
巡检时注意电容器是否有渗漏油、鼓起,若有要及时更换(可临时退出运行的);
注意电抗器线圈可视部位是否存在裂纹、碳化、电弧痕迹或颜色改变,检查线圈顶部等,是否有鸟巢等异物;
注意电阻器的空气进、出口有没有被堵塞;
注意电流互感器油位是否正常。
注意高压引线、接地线连接是否完好。
检测(如有)电容器、电抗器、电阻器、电流互感器、金属氧化物避雷器等各部件及其所有电气连接部位是否有异常温升。
2年度维修
2.1安全说明
电容器一般都有一内部放电电阻,用以减少离线之后电容器的电压。
在短路电容器组之前应等待10分钟。
在接触电容器组之前,应将电容器组短路并接地,同时还应将要接触的电容器逐台分别短路。
电阻器在运行中温度较高,切断电源之后,电阻器及其框架需要30分钟才可接触。
2.2电容器例行维修
通常发生渗漏的电容器应予更换,但若渗漏轻微,可根据制造商指导予以修复。
更换出现鼓肚、外壳变色,或者运行中红外检查时有温度异常升高的电容器。
2.3电阻器例行维护
2.4.1检查并清洁内部绝缘子、套管,发现有破损的绝缘子或套管应立即更换。
2.4.2清洁空气进、出口。
2.4.3检查电气连接的焊点和螺栓,松动的螺栓要按设备技术文件之力矩要求予以紧固。
2.4.4检查所有户外瓷绝缘子与连接金具的固定螺栓,并按设备技术文件之力矩要求予以紧固。
2.4电抗器例行维护
2.4.5全面检查线圈顶部/底部以及电抗器线圈的内、外表面是否存在碳化、电弧痕迹等异常。
发现异常时,重新投运之前应查明原因(必要时咨询制造商)、排除隐患。
2.4.6检查线圈顶部等,是否有鸟巢等异物。
如有,予以清除。
2.4.7随机抽查若干支撑构架螺栓的紧固力矩,如果有一个以上松动,按设备技术文件之提供的力矩要求紧固所有螺栓。
2.4.8检查接地引下线,若存在松动、腐蚀等应予修复。
2.4.9保护漆局部不完整或漆剥落应予修复。
3、并联电容器组电容量
用不确定度不大于1%的数字式电容表整组测量。
要求电容器组的电容量与其初值差不超过±
2%。
如超过±
2%,或者退出运行前不平衡电流超过运行保护值的50%,应逐一测量每只电容器的电容量。
二、交流滤波器及并联电容器组诊断性试验
表2:
交流滤波器及并联电容器组诊断性试验项目
诊断性试验项目
单台电容器电容量测量
初值差不超过-5%~10%(注意值)
电阻器直流电阻测量
3%(注意值)
电抗器电感量及线圈直流电阻测量
电感量初值差不超过±
线圈直流电阻初值差不超过±
金属氧化物避雷器
-
电流互感器
1、电容器电容量测量
1.1下列情形之一,测量单台电容器的电容量
a)电容器组(臂)的电容量测试结果不能满足表17要求。
b)有维修试验机会,且退出运行前,不平衡电流超过了50%的运行保护值。
c)运行中不平衡电流超过设定值,保护跳闸使滤波器退出运行。
1.2单台电容器的电容量测量
用不确定度不大于1%的数字式电容表测量。
测量时不必断开电容器组内的连接导线。
若单台电容器的电容量的初值差超过-5%~10%,应予更换。
新的电容器与被更换的电容器的电容量差别应在1%之内(参考铭牌值或例行试验值)。
更换电容器之后,测量电容器组的等值电容,与额定值或初值的差别应不超过±
2%,且不平衡电流小于20%的运行保护值。
2、电阻器直流电阻测量
红外测温、外观检查等怀疑电阻值发生改变时,测量电阻器的直流电阻。
测量前,需待电阻器恢复到常温。
可以采用电桥或数字式欧姆表,要求仪器的测量不确定度不大于0.5%。
同等温度下,初值差不超过±
3%。
温度差异较大时,应修正到同一温度下进行比较。
3、电抗器电感量及线圈直流电阻测量
下列情形需要测量电抗器电感量及线圈直流电阻。
a)经历了严重的短路电流。
b)红外热像检测时,同比温度异常。
c)外观检查或紫外巡检时,电抗器表面存在异常放电。
d)电抗器线圈的内、外表面存在碳化、电弧痕迹等异常。
测量电抗器电感时,要求仪器的测量不确定度不大于0.5%。
推荐采用施加工频电压、测量工频电流来计算电感的方法。
测量时,通过调压器将工频电压施加到电抗器的引线端子上,用电压表和电流表监视电压和电流,逐步升高电压,直至电流达到1A,读取电压值U,电感值
。
测量线圈直流电阻时,仪器的测量不确定度应小于1%,在相同温度下,线圈直流电阻初值差应不超过±
第四章试验
第一节型式试验
第一小节电抗器型式试验
生产系列电抗器时,允许根据容量、结构特点,先选择有代表性规格试品进行型式试验,予以鉴定。
型式试验包括例行试验的全部项目,并应增加下列试验项目。
温升试验
电抗器在连续通以额定频率的1.35倍额定电流下进行温升试验,试验方法按GB1094.2第5.2条规定的要求进行。
雷电冲击试验
试验按GB1094.3第12条的规定,电压的施加和进波方式按表10规定,数值按表。
电抗器遇有下列情况之一时,必须进行型式试验。
3.1新产品或老产品转厂生产的试制鉴定;
3.2正常生产时,如结构、材料、工艺有较大改变,可能影响产品性能时;
3.3产品长期停产、恢复生产时;
3.4出厂时检验结果与上次型式试验有较大差异时。
第二小节电容器型式试验
进行型式试验是为了确定电容器在设计、尺寸、材料和制造方面是否满足相关的要求,主要项目有:
1热稳定性试验
1.1目的
用来检验电容器在过负载条件下的热稳定性并确定电容器获得损耗测量再现性。
1.2方法
应在静止空气的加热封闭箱中,其相对位置及放置方式应符合现场安装的规定。
单元之间的间距应等于或小于正常间距,箱内温度符合环境温度的要求。
对被试电容器应施加实际正弦波的交流电压,历时至少48h。
在试验的后24h期间内应调整电压大小,使得根据实测电容计算得到的容量至少为1.44倍额定容量。
1.3要求
1.3.1在最后6h内,应测量外壳接近顶部处的温度至少4次。
在整个6h内温升的增加应不大于1K。
如果观察到较大的变化,则试验应继续进行直到在6h内的连续4次测量满足上述要求为止。
1.3.2试验前后应测量电容,并将两次测得值校正到同一介质温度。
两次测得值之差应小于相当于一个元件击穿或一根内部熔丝动作之量。
2高温下电容器损耗角正切(tanδ)测量
2.1目的
检查工艺处理不良的问题
2.2方法
试验方法与测量电容相同
3端子与外壳间交流电压试验
3.1方法
所有端子均与外壳绝缘的电容器单元,试验电压应施加在连接在一起的端子与外壳之间,历时10s。
对户内使用的单元进行干试验,对户外使用的单元在淋雨条件下进行试验。
在淋雨条件下进行试验时,套管的位置应与运行时的位置相当。
3.2要求
试验期间,应既不发生击穿也不发生闪络。
4端子与外壳间雷电冲击电压试验
4.1方法
在连接在一起的端子与外壳之间施加15次正极性冲击之后,接着再施加15次负极性冲击。
4.2要求
4.2.1未发生击穿;
4.2.2在每一极性下未发生多于两次的外部闪络;
4.2.3波形未显示不规则性,或与在降低了的试验电压下记录的波形无显著差异。
5短路放电试验
5.1目的
为了检查电容器内部连接中的缺陷,考核内熔丝耐涌流性能
5.2方法
电容器单元以直流充电,然后通过尽可能靠近电容器放置的间隙放电。
电容器应在10min内承受5次这样的放电,试验电压为2.5UN。
5.3要求
在放电试验前和电压试验后均应测量电容。
在试验后的5min内,应对单元进行一次端子间电压试验。
第二节常规试验
第一小节电抗器常规试验
交流滤波器电抗器例行维修项目的主要内容及要求
序号
项目
标准和要求
说明
1
外观检查及处理
1)检查外观检查、油漆无脱落
2)底部和顶部线圈、内外表面是否有异常,如烧焦的痕迹或电弧等
3)检查线圈和冷却槽上是否有杂物,鸟窝
4)绝缘子表面清洁,绝缘外护套无损伤
2
接头接触情况检查及处理
1)支架螺栓紧固
2)接地引下线检查
第二小节电容器常规试验
电容器的例行维修项目的主要内容及要求
滤波器停电前测量不平衡电流
不平衡电流应不超过其报警值
检查电容器的表面清洁情况、油漆是否脱落、电容器有无漏油和变形等
电容器表面应清洁、油漆完好、电容器无变形及漏油
3
引线检查及局部过热处理
1)所有引线检查紧固
2)等位线检查紧固
3)投运后红外测温正常
4
例行试验
见《试验规程》
第三小节电阻器常规试验
表3:
交流滤波器电阻器例行维修项目的主要内容及要求
设备表面清扫
新设备在第一年应3个月清扫一次
检查电阻器空气进出口是否堵塞
电阻器空气进出口应通畅、无异物
检查焊接及电气连接是否紧固
所有连接应紧固、可靠
检查金属支架与支柱瓷瓶之间的螺栓连接是否紧固
所有螺栓连接应紧固、可靠。
5
电阻箱检查及防腐
电阻箱检查无异常必要时防腐
6
第三节预防性试验
第一小节电抗器预防性试验
电抗器预防性试验项目及要求
项目
电抗器电感量
3%
用电容电感表
线圈电阻值测量
线圈电阻初值差不超过±
用双臂电桥法
第二小节电容器预防性试验
交流滤波电容器的试验项目、周期和要求见下表:
电容器预防性试验项目及要求
周期
要求
极对壳绝缘电阻
投运后一年内
不低于2000MΩ
用2500V兆欧表
电容值
电容值偏差不超出额定值的-5%~10%范围
用电桥法或电流电压法测量
并联电阻值测量
电阻值与出厂值的偏差应在±
10%范围内
用自放电法测量
渗漏油检查
6个月
漏油时停止使用
观察法
交流滤波电容器组的总电容值应满足交流滤波器调谐的要求。
第五章特殊性检修项目
第一节电抗器更换
1当干式电抗器存在以下情况应进行更新改造:
1.1电气试验不合格,存在严重缺陷的设备。
1.2防污等级不能满足运行环境的设备。
1.3绝缘严重老化,故障损坏严重无修复价值时。
1.4超过运行寿命(30年经上),从技术经济角度分析继续运行不再合理时。
2电抗器更换注意事项
2.1新电抗器与被更换的电抗器型号需一致;
对新电抗器电阻值和电感值进行测量,其结果铭牌值误差不超过1%;
2.2备品电抗器需外观良好,无损坏和变形;
2.3安装时,起吊工具本身及支撑要可靠;
吊装必须用软尼龙带或尼龙绳,同时必须有防止任意摆动措施的定向绳;
2.4保持安装的垂直度,不得有任何偏斜,确保进出线端子与进出线自然连接,不得因引线连接不当而产生过大的机械应力;
2.5进出线端子接线板表面必须光滑平整,清洁干净后涂抹一层保护剂(黄油或凡士林);
2.6拧螺丝时用力必须从小到大、柔和均匀,避免产生过大的冲击力,必要时使用力拒扳手;
2.7安装完毕后进行试验,合格后方可投入运行。
第二节电容器更换
1电容器发生下列情况应更换
1.1发生渗漏的电容器应予以更换,但若轻微渗漏,可根据制造商指导予以修
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