原文发表在《高压电器》2025年第1期。
https://www.chndoi.org/Resolution/Handler?doi=10.13296/j.1001-1609.hva.2025.01.016
电力电容器在工频与谐波条件下的热稳定性能研究
吴永利1，国江2，冯春林1，马跃3，黄有祥1，朱庆东4，林峰1
(1. 桂林电力电容器有限责任公司，广西 桂林 541004；2. 中国电力科学研究院武汉分院电网环境保护国家重点实验室，武汉430074；3. 国家电网有限公司，北京 100031；4. 国网山东省电力公司电力科学研究院，济南 250001)
一 内容简介
电力电容器在工频交流下的热稳定性能研究较多，但在工频叠加谐波情况下的热稳定性能目前还没有相关报道。为研究电力电容器在实际运行谐波环境下的温升情况，通过分析电容器损耗功率与谐波频率的关系，搭建谐波加载电路，在工程给定的谐波电压、谐波电流条件下和根据标准确定的电容器额定电压下的热稳定试验对比，以及工频叠加单次谐波电压下的热稳定性试验研究，得出当系统谐波含量大到一定程度时，电容器按标准选取的额定电压下的热效应不能覆盖实际运行谐波下的热效应，还需要考虑时的热效应核算。
二 主要内容
电力系统的谐波是一个十分复杂的问题，谐波源有的来自负荷用户，如矿场、冶金、电气化铁道、电力机车、电弧炉、大容量电焊机等；有的来自电网，如换流站的运行转换过程中会产生大量的谐波，这些谐波电流会从换流变压器网侧注入交流系统，对系统造成谐波污染，使换流站交流母线电压发生畸变，引起系统电气设备增加附加损耗。不同的负荷，不同的电网系统，其谐波分量有差异。关于电力系统的谐波问题，已经有很多人进行分析研究，并且提出了一些改善措施，以提高电容器装置运行的安全性，如采取不同电抗率的串联电抗器混装，取消电抗器和加装滤波器等。
电力电容器是一种对谐波极为敏感的电气设备，谐波会造成电容器可能因为过电流或过电压使绝缘遭受损害或寿命缩短等影响，因此在设计上，电容器必须要足够的安全裕度。电力电容器的使用寿命，很大程度上取决于它的运行条件，运行时的电容器心子温度是影响电容器老化速度致使电容器故障击穿的重要因素。由于聚丙烯薄膜具有耐电强度高、介损小、稳定性好等优点，现在的电力电容器都是以聚丙烯薄膜配置性能优良的苄基甲苯(M/DBT)或SAS-70为介质的。对于聚丙烯薄膜在高温环境下击穿场强会显著下降，电容器寿命也随之降低。有作者表明，全膜电容器温度每升高7、8 ℃，寿命会随之减半。如果能有效测量谐波环境下的热稳定温度，就能有效推断电容器能否在谐波运行状态下安全运行。
实际工程中电容器运行都会含有不同程度的谐波分量，不同谐波条件下运行的电容器损耗和发热也有所差异，而现行标准对电容器的热稳定性试验是在纯工频电压下进行的，试验结果是否能真正反映电容器的实际温升仍有待考量。因此，文中基于多频率、大幅值电流的谐波电源，搭建试验电路，开展电容器在工频与谐波条件下的热稳定性能研究。
1 谐波条件下电容器损耗分析
1.1 介质损耗与频率关系
1.2 导体损耗与频率关系
2 电容器额定电压与谐波下的损耗对比
2.1 额定电压、额定电流选取
2.2 额定电压与谐波电压下的损耗对比
3 电容器谐波条件下热稳定性试验
3.1 谐波电源系统和测试电路
3.2 等谐波容量下热稳定性试验
3.3 实际工程谐波条件下热稳定性试验
3.4工频叠加单次谐波电压下的热稳定性试验
3.5 小结
三 结论
文中进行了电力电容器在谐波条件下的损耗理论分析，得出了谐波条件下电容器的热稳定性能的相关影响因素，并进行了不同谐波条件下的热稳定性试验研究，取得了一些宝贵的试验数据。对于标准关于电容器热稳定试验验证的问题，提供试验数据参考，同时也与同行业人员一起研究和探讨：
1)在等容量下含有谐波分量的电容器热稳定温升比工频下的高，同时等容量下谐波频率越高，温升越高。
2)当系统谐波含量大到一定程度时，按标准GB/T 20994—2007选取的电容器额定电压下的热效应不能覆盖实际运行谐波下的热效应，还需要考虑时的热效应核算。
3)电容器谐波下的热效应问题，如果有全谐波条件下测量损耗仪器，会是从根本性解决问题的思路。
作者简介
吴永利(1983—)，男，工程师，从事电力电容器设计研发工作(E-mail：277497323@qq. com)。
国江(1985—)，男，高级工程师，从事电容器及无功补偿技术研究。
冯春林(1982—)，男，高级工程师，从事电力电容器试验研究工作。
马跃1983—)，男，高级工程师，从事特高压工程建设管理工作。
黄有祥(1964—)，男，高级工程师，从事电力电容器设计研发工作。
朱庆东(1987—)，男，高级工程师，从事电容器及无功补偿技术研究。
林峰(1965—)，男，高级工程师，从事电力电容器经济管理工作。
本文索引
吴永利，国江，冯春林，等. 电力电容器在工频与谐波条件下的热稳定性能研究[J]. 高压电器，2025, 61(1)：136-144.
WU Yongli，GUO Jiang，FENG Chunlin，et al. Research on thermal stability performance of power capacitor under power frequency and harmonic condition[J]. High Voltage Apparatus，2025, 61(1)：136-144.
《高压电器》，CN 61-1127/TM，ISSN 1001-1609，邮发代号：52-36，1958年创刊，月刊，国内外公开发行，刊名由当时的人大常委会副委员长、中国科学院院长郭沫若同志亲笔题写。陕西省科技期刊精品期刊。
《高压电器》入选的数据库有：中文核心期刊、中国科技核心期刊、中国科学引文数据库（CSCD）核心刊、RCCSE中国核心学术期刊、世界期刊影响力指数（WJCI）报告。另外，《高压电器》还被国际著名的Scopus数据库收录，同时被俄罗斯的《文摘杂志》（AJ，VINITI）、英国的《科学文摘》（SA）及日本科学技术振兴机构数据库（JST）等著名期刊检索机构列为来源期刊。
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