高壓儲能電容器絕緣失效機理及測試技術的研究.pdf

1、脈沖功率系統已應用于許多高科技領域，向高儲能密度、輕量化、小型化等方向發(fā)展，其核心問題是建立高儲能密度的脈沖功率儲能系統，而高儲能密度電容器是主要的研究對象之一。為了適應脈沖功率系統的發(fā)展需求，需要提高電容器的儲能密度，即在減小體積的同時提高絕緣介質儲能能力。這要求絕緣介質具有更高的承載性能，同時也給電容器的絕緣性能帶來了隱患，影響了電容器的工作可靠性。由于高壓儲能電容器的特殊工作條件，傳統的出廠試驗方法，無法預知電容器的絕緣狀態(tài)及壽命

2、。因此，高壓儲能電容器可靠性的評估是脈沖功率系統安全運行的關鍵技術。 本文在國內外儲能電容器的研究成果基礎上，研究高壓儲能電容器絕緣性能的測試評估技術，分析大脈沖放電條件下的老化機理，將有效的促進儲能電容器的設計、制作與評估工作，為脈沖功率系統的工作可靠性提供保障。高壓儲能電容器的工作條件為直流充電，大電流、短時脈沖放電。大脈沖放電過程是電容器絕緣老化、電氣性能下降的主要過程。在該過程中，局部放電、空間電荷作為絕緣介質老化的主要

3、影響因素，受電容器的特殊工作條件影響，對電容器絕緣老化起不同作用。長期的局部放電作用是高壓儲能電容器絕緣介質失效的主要原因之一?？臻g電荷影響局部放電的發(fā)生，其反復的注入與脫陷可能引起聚合物降解，最終導致介質擊穿。由于所研究的電容器工作頻率較低，熱場的老化作用不明顯，應力的作用可一定程度促進老化進程。大脈沖放電與脈沖方波的具有相似的高電壓變化率du/dt，電壓變化率影響著空間電荷積累的密度以及局部放電發(fā)生的程度，可將脈沖方波下絕緣受損的研

4、究理論應用于大脈沖放電作用下的絕緣性能評估。由于大脈沖放電的電流幅值達到kA級，無法在該條件下直接通過傳感器提取局部放電信號。根據高壓儲能電容器直流充電，大脈沖放電的工作過程，提出對電容器進行直流局部放電測試。通過直流局部放電的原理分析及仿真，其放電參數與絕緣的缺陷特征參量緊密相關，可有效反映絕緣的電氣性能狀態(tài)。 根據電容器的制作工藝及老化情況，電容器缺陷可分四種主要類型：內部缺陷、接觸缺陷、重疊缺陷和油質缺陷。利用有限元仿真分

5、析電容器四種典型缺陷在大脈沖放電過程中的電場分布情況。利用寬頻帶檢測阻抗測試傳統典型缺陷的直流局部放電波形，分析直流條件下局部放電參量的基本特點，確定內部放電、表面放電與電暈放電的波形特征及其頻譜能量分布。建立高靈敏度直流局部放電測試分析系統，對直流局部放電信號進行采集與特征提取。采用阻抗平衡檢測法提取局部放電信號，降低電源與外界干擾對微信號的影響；由于直流局部放電的隨機性，采用觸發(fā)采集信號，并引入△t參量，基于q、n、△t參數得出放電

6、譜圖和指紋統計參量，用于電容器局部放電的測試與分析。直流局部放電的測試與直流電壓升壓過程相關，應分為過渡區(qū)和平穩(wěn)區(qū)兩個區(qū)域進行測試?；谠摐y試規(guī)則，對四種基本缺陷類型的直流局部放電譜圖進行分類。并以內部缺陷和油質缺陷為研究對象，對比仿真與測試結果，證明內部缺陷放電較油質缺陷更劇烈的特征關系。對電容器進行大脈沖放電老化，將不同老化階段的電容器按同向、反向接線形式分別進行直流局部放電測試，建立局部放電參量與老化次數的關系，討論局部放電及空間