高压直流电场与谐波耦合作用下金属化膜电容器失效研究

作     者：程璐 李志元 王镜然 刘文凤 李盛涛 CHENG Lu;LI Zhiyuan;WANG Jingran;LIU Wenfeng;LI Shengtao

作者机构：电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学)陕西省西安市710049 

出 版 物：《中国电机工程学报》 (Proceedings of the CSEE)

年 卷 期：2023年第43卷第22期

页      面：8955-8964页

核心收录：

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0703[理学-化学] 

基　　金：国家自然科学基金(青年科学基金项目)(52107025) 陕西省重点研发计划(S2020-YF-ZDCXL-ZDLGY-0228) 

主　　题：电容器 金属化膜 聚丙烯 老化 

摘      要：直流支撑电容器作为柔性直流输电系统的核心设备,其特有的超高直流电场耦合多次复杂谐波的工况,导致直流支撑电容器寿命远低于传统电容器,并且目前几乎全部依赖进口。因此,该文基于直流支撑电容器的实际运行条件,设计并开展金属化膜电容器在高压直流叠加不同含量交流谐波电压环境的老化实验。电容器的测试结果显示,谐波含量升高会加速容量衰减,导致电容器寿命大幅度缩短。为探究失效机理,进一步对老化后的电容器进行拆解获得金属化膜和双向拉伸聚丙烯基膜(bi-axial oriented polypropylene,BOPP)。金属化膜的测试结果显示,金属化膜表面在高谐波含量作用下会出现电化学腐蚀,这也是导致电容量在老化初期快速衰减的主要原因。对BOPP基膜的研究发现,谐波含量升高会使聚丙烯部分化学键断裂、薄膜结晶度下降、并且无定形区分子链的运动活化能降低,这些结构劣化最终导致薄膜击穿场强下降。因此,金属化膜电容器在高压直流电场与谐波耦合作用下的加速失效,是金属化膜有效面积腐蚀损失和BOPP基膜绝缘性能下降的共同作用结果。