时间：2023-10-18 08:06:35
关键词：集合式电容器真空贮存密封性试验
1引言
集合式电容器在总装配完成后，需对其注入变压器油或十二烷基苯作为绝缘和散热用液体介质，为保证集合式电容器焊缝及装配部位的密封性，我厂目前利用充氮加压或充油加压检漏方式进行密封性试验。
原有的集合式电容器用储油罐没有配备真空系统，经过净化的液体介质只能在大气状态下传送、贮存、注油，易吸气、吸潮。充氮试漏系统简陋，须重新装接；没有配备液位指示和报警功能，经常发生溢油现象。浪费大量人力、物力，工作环境较差，生产周期较长。
集合式电容器注油加压试漏系统的配置，可在生产现场对经过净化的液体介质进行长期连续无人值守的真空状态下贮存，需要时注入集合式电容器，并用充氮气加压或充油加压检漏方式进行密封性试验。该系统与净油系统组合，可对该注油加压试漏系统储油罐中的液体介质或集合式电容器中的油进行连续循环再净化。
2集合式电容器注油加压试漏系统的设计特点
2．1根据现有集合式电容器的结构特点、技术要求和以后的发展方向，以及现有净油机的功能，首先提出集合式电容器注油加压试漏系统的基本功能。
2．1．1配套储油罐的容积为6m3，承受最高真空度为5Pa，承受最大气压为0．4MPa；
2．1．2系统工作压力范围为133Pa～0．116MPa；
2．1．3系统可自动在真空度为133～666Pa范围内贮存液体介质；
2．1．4系统可在0．012～0．116MPa压力范围内向产品充氮加压试漏；
2．1．5系统具备低油位、高油位、压力临界等指示、报警功能；
2．1．6系统与净油机相连接,可对系统储油罐中的液体介质或集合式电容器中的油进行再净化。
2．1．7在系统排油管装接四个分管，可对四台产品同时注油试漏。在氮气进气管装接四个分管，可用四个氮气瓶同时对系统充氮。
2．2依据集合式电容器注油加压试漏系统应具备的基本功能，编制系统可实现的工艺流程见图1。
2．2．1将电源切换到“真空”挡，首先开启真空机组，对储油罐抽真空，进油电磁阀自动开启。真空度达到133Pa时，真空机组自动关闭，真空度降到666Pa时，真空机组自动开启，保证储油罐在真空度为133～666Pa真空状态下；
2．2．2油处理中心向储油罐加油时，达到高油位时，指示灯亮并报警，并自动关闭进油电磁阀；
2．2．3从取油样口提取油样，送试，合格后，在真空度为133～666Pa真空状态下贮存；如不合格，可使用净油机进行再净化，直至合格，然后在真空度为133～666Pa真空状态下贮存；
2．2．4需向产品注油时，将电源切换到“注油”挡，自动开启进氮气电磁阀，向储油罐充氮加压，压力达到设定值时，指示灯亮并报警，并自动关闭进氮气电磁阀（也可直接利用系统专用泵在真空条件下将油注入产品）；
2．2．5接好产品与系统的输油软管，向产品注油，储油罐压力降到0．012MPa时，自动开启进氮气电磁阀，向储油罐充氮加压，使储油罐压力保持在0．012～0．116MPa，注满油后，继续向产品加油压，压力至0．116MPa，停止注油泵，关闭注油球阀，观察产品密封部位，检查其密封性；
2．2．6达到低油位时，指示灯亮并报警，自动停止向产品注油，同时打开进油电磁阀。一个循环完成。
2．2．7编程控制器自动控制程序为：
2．2．8依据集合式电容器注油加压试漏系统应具备的基本功能和可实现的工艺流程，绘制系统原理图，见图2。
2．2．9本套系统在与产品进油管连接后，只需操作两个开关即可实现以上所有功能。
3关键部件的选择
3．1为保证储油罐的基本功能，罐壁选用10mm厚的普通钢板，焊缝为双面连续焊，保证焊缝强度和密封性能，内表面进行防锈处理。储油罐具备入口、视察窗和油位显示等功能。
3．2根据储油罐的使用情况，配备的真空机组为：主泵用ZJ70罗茨泵，前级泵配2X－15A
旋片泵。
3．3为使真空机组能自动开启和关闭，在罗茨泵和前级泵之间的真空管道上装备电磁差压阀，当真空机组停机时，电磁差压阀自动关闭，使储油罐保空，同时向前级泵泵腔充入空气，以便下次真空机组能自动开启。
3．4电阻真空计附带有真空度高、低限设置，配合真空机组在PLC编程控制器的控制下按制定的程序自动作业。
3．5>与真空系统相连的管道上阀门选用进口球阀或真空阀。
4本套系统的应用效果
4．1由于系统集成自动化程度较高，操作非常方便，只需控制两个开关，即可实现本系统所有功能。经过简单培训，作业人员就可熟练操作。
4．2使用本套系统装备后，产品内油的耐压值在55～60kV／2．5mm，微量水份含量在10ppm以下，用户对产品内油的电气性能十分满意。
【关键词】积木式产品；电容器；紧凑型；叠放结构
1. 前言
积极响应国网公司节约资源，绿化工业环境号召，开发紧凑结构、大容量、积木式产品。最大程度减少制造材料消耗，从设计源头清除产品运行噪音，选用性能稳定的无污染材料加工生产，适应现代电网智能化要求。改善电网功率因数，提高供电电压质量，减少线路损耗和滤除对电网有害的谐波。
2. 内容
积木式电力电容器是一种使用在35KV及以上电压等级网路中的
高电压电容器。研制积木式电力电容器，目标是开发一种便于安装维护、检修简单，低噪音的高电压大容量的并联电容器。
（1）单台：积木式电容器模块按全密封产品无熔丝结构，降低芯子内部发热；利用大元件减少元件质量分散的几率和操作的随意性；内部单元不带铁壳，绝缘之间采用瓦楞板，利于热量散发；采用三膜结构降低薄膜上出现薄弱点重合的机会，延长了产品使用时限（图1）。
（2）叠放：积木式电力电容器解决和避免集合式和散装产品的维护和返修问题。该装置由一个或一个以上的高压电力电容器模块通过一定的串并关系组合而成，电容器模块之间及电容器组之间可以通过母排实现电气连接。其不但可以实现现场的快速安装，还可方便的根据补偿装置的容量要求实现扩容或减容，以达到方便高效的目的（图2）。
（3）成套：模块积木式叠放结构、无需塔架及大量装配工作。运行可靠，可以实现现场的快速安装，还可方便的根据补偿装置的容量要求实现扩容或减容，方便高效。解决和避免集合式和散装产品的维护和返修问题（图3）。
图3 积木式电容器组成套装置图
3. 结语
从“十二五”规划出发，未来五年电气设备行业投资将是我国特高压电网和智能化发展的重要阶段。积木式电力电容器的开发适合高电压、紧凑型、模块化、组合化型式发展，是一种适合国家电网规划的电力补偿装置。
参考文献
[1] GB50227-2008，并联电容器装置设计规范.
[2] 电力行业电力电容器标准化技术委员会，《并联电容器装置技术及应用》，中国电力出版社，2010.12.
【关键词】 配电网 电力电容器 接线方式 技术方案
在宁夏南部固原山区，长期以来由于配电网无功匮乏，由其造成的网损严重一直是一个突出的问题。近年来，通过对各配电网络进行有效的无功功率补偿，逐渐起到了投资少回报高的效果。在实际的无功补偿中，通常采用了高压补偿、低压集中补偿、低压分散补偿和杆上补偿等方法降低了线路损耗和配电变压器损耗，电压质量也有较大的改善。下面对常用的3种补偿方式，即电容器的3种接线方式进行技术方案比较，以在实际的应用中发挥各自最大的功效。
1 电容器接线方式
电容器接线方式示意如图1所示。
2 高压补偿方式
要平衡输电网的无功功率，可在变电站进行集中补偿。这种方式一般是将并联电容器连接在变电站的10kV母线上，主要目的是改善输电网的功率因数，提高母线电压。优点是管理容易、维护方便，缺点是对配电网的降损起不到什么作用。
在变电所内，为了调整变电站的电压。通常利用并联电容器组结合有载调压抽头来调节。通过两者的协调来进行电压和无功功率的控制，这一方面的技术在固原地区部分变电所得到了应用，是一种变电站电压和无功功率控制的有效方法，然而操作上还是较为麻烦的，因为限值需要随不同的运行方式进行相应的调整。目前在微机自动化变电所，应用了一些新型的变电站电压无功功率微机综合控制装置，它可以在保证电压合格和无功功率最佳补偿效果的情况下进行调节，比同类装置或人工调节约减少1/3，提高了变电站电压合格率，线损降低约20％。
3 低压集中补偿方式的形式
目前，较普遍采用的另外一种无功补偿方式，是在配电变压器380V侧进行集中补偿，补偿装置通常采用微机控制的低压并联电容器柜。容量在几十至几百千乏不等，它是根据用户负荷水平的波动，投入相应数量的电容器进行跟踪补偿。主要目的是提高专用变压器用户的功率因数，实现无功功率的就地平衡，对配电网和配电变压器的降损有一定作用，也保证该用户的电压水平。这种补偿方式的投资及维护均由专用变压器用户承担。目前国内各厂家生产的自动补偿装置通常是根据功率因数来进行电容器的自动投切，也有为了保证用户电压水平而以电压为判据进行控制。这种补偿方式虽然利于保证用户的电能质量，但对电力系统并不可取。因为线路电压的波动主要由无功量变化引起，而线路的电压水平由系统情况决定。当线路电压基准偏高或偏低时，无功功率的投切量可能与实际需求相差甚远，可能出现无功功率补偿过多或补偿不足的情况。
对配电系统来说，除了专用变压器之外，还有许多公用变压器，而面向广大家庭用户及其他小型用户的公用变压器，其通常安装在户外的杆架上，进行低压无功功率集中补偿则是不现实的，难维护、控制和管理，容易成为生产安全隐患。这样，配电网的补偿度就受到了限制。
4 低压(用户终端)分散补偿方式
随着社会经济的发展，低压用户的用电量大幅增长，企业、厂矿和小区等对无功功率需求都很大，直接对用户末端进行无功补偿。将最恰当地降低电网的损耗和维持网络的电压水平。GB50052―1995《供电系统设计规范》指出，容量较大、负荷平稳且经常使用的用电设备，无功负荷宜单独就地补偿。这样，对于企业和厂矿中的电动机，应该进行就地无功补偿，即随机补偿；针对小区用户终端，由于用户负荷小，波动大。地点分散，无人管理，应该开发一种新型低压终端无功补偿装置，并能满足智能型控制、免维护、体积小、易安装、功能完善、造价较低等的要求。用户终端分散补偿方式体现了以下几个方面的优缺点：
(1)线损率可减少20％；
(2)减小电压损失，改善电压质量，进而改善用电设备启动和运行条件；
(3)释放系统能量，提高线路供电能力；
(4)缺点是低压无功补偿通常按配电变压器低压侧最大无功功率需求来确定安装容量，而各配电变压器低压负荷波动的不同时性造成大量电容器在较轻载时闲置，设备利用率不高。
5 几种补偿方式的综合比较
通过以上分析可知。电容器3种接线方式各有优缺点，其综合比较见表1。
6 其它补偿方式
近年来，还采用了一种杆上补偿方式。由于配电网中大量存在的公用变压器没有进行低压补偿，补偿度受到限制。由此造成很大的无功功率缺口需要由变电站或发电厂来填，大量的无功功率沿线传输，配电网网损居高难下，因此也根据负荷情况和电网需要，把10kV户外并联电容器安装在架空线路的杆塔上(或另行架杆)的方法来进行无功补偿，以提高配电网功率因数，达到降损升压的目的。但是由于杆上安装的并联电容器远离变电站，容易出现保护不易配置，控制成本高，维护工作量大，受安装环境和空间等客观条件限制等工程问题。因此，杆上无功功率优化补偿必须结合以下实际工程要求来进行。
7 结束语
关键词：电容式电压互感器 铁磁谐振 过电压 介损
中图分类号：TM451 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）012-025-02
1引言
电压互感器作为测量设备，在反映电力系统运行状态和保护电力系统稳定承担着重要作用。电压互感器常见故障有：二次熔丝熔断，一次熔断器熔断，击穿熔断器熔断，铁磁谐振，内部绝缘损坏等。每种故障的诱因都有差别，为探明故障导致的原因，就需要针对每种故障进行详细分析并进行分类，从而达到维护电力系统稳定和保证设备安全运行的目的。
电容式电压互感器具有电场强度裕度大、绝缘可靠性高、不与开关断口电容形成铁磁谐振并能削弱雷电波头等电气优点。一般适用于110kV及以上电压等级，目前在电力系统已得到广泛应用。由于受设计制造经验、工艺水平、原材料及过电压等因素的限制，投运后会发生各种各样的故障，影响了电网的安全运行。
本文针对常德电业局220kV铁山变电站的电容式电压互感器故障进行分析，找出故障发生的过程及其原因，从而针对性地提出预防措施。
2电容式电压互感器的工作原理
该电压互感器为电容式，型号TYD110/ -0.01。其电气原理图如图1所示。根据试验数据分析原因如下：
由图1可见：
该电容式电压互感器中使用的是氧化锌避雷器，氧化锌避雷器是通过将一次绕组线圈过电压控制在一个比较低的水平，从而防止因中变压器铁心饱和程度过深导致铁磁谐振。由图可见，当一次绕组线圈产生过电压时，则与其串联的补偿电抗器也产生过电压，则避雷器F上也承受过电压，此时起保护作用的避雷器将能量传到大地，从而保护了一次绕组及补偿电抗器。
3故障分析
3.1故障过程
2012年7月12日，检修人员接到运行人员通知，220kV铁山变110kV母差保护、110kV II母上各出线保护屏发TV断线信号。检修人员立即到达现场，经检查发现II母电压互感器C相故障造成电压异常，需尽快停电处理。运行人员接到调度指令，将5X24 TV退出运行，安排检修人员进行检修工作。检修人员经许可开工，先后对5X24 TV C相进行介质损耗及变比测试试验，试验数据均不合格，由此判定TV已损坏，于是组织配件，对TV进行了更换，更换后投入运行，保护信号显示正常。
3.2试验测试
解体前测试数据见表1。
测试数据表明：一、二次绕组线圈电阻值正常，即线圈没有断线；阻尼器呈高阻状态，表明阻尼器消谐功能正常；一、二次绕组对地以及一次绕组对二次绕组的绝缘电阻值不正常，绝缘性遭到严重破坏，避雷器对地绝缘电阻值为0M ，表明避雷器已经被击穿损坏，对地导通。由此可以判断电压互感器电磁部分的故障是导致此次故障的主要原因。
3.3原因分析
由试验结果可知，该氧化锌避雷器已经被击穿，一次、二次绕组对地以及一、二次绕组之间的绝缘性遭到破坏。
分析其原因可能是：在TV故障发生前曾经有雷电产生，而避雷器由于老化问题，导致避雷器击穿放电后不能恢复，长时间引起一次线圈过电压，同时引起回路长时间产生了铁磁谐振，产生大量能量，破坏一、二次绕组的绝缘性能，引起二次测量电压不正常，保护装置报TV断线。
铁磁谐振发生过程分析如下：
在铁磁材料中， 不是固定的常数，磁感应强度B和磁场强度H之间不是线性关系，如图2所示。在图中可见，曲线的A点附近曲线开始弯曲，再往上，B值的变化越来越平缓，H变化而B值变化很少的现象我们就称为磁饱和现象。磁饱和后，线圈中电流再增加，电感中的磁通基本不再增加。线圈磁阻增加的同时导致激磁回路感抗变。
此时，一次线圈电压升高，使线圈出现较大激磁电流导致中变压器铁心饱和，激磁回路感抗变小，即一次线圈感抗变小，使得Xr+Xl接近于Xc，从而引起铁磁谐振。一般情况下，阻尼器通过电阻发热，将铁磁谐振产生的能量消耗掉，此阻尼器也叫消谐器。但当避雷器被击穿而长时间不能恢复时，即避雷器已经起不到保护作用，铁磁谐振的现象将长时间持续，而铁磁谐振将使电感和电容产生过电压，一般为额定值的2～3倍，使一次线圈电流增大很多，线圈发热严重，绕组间绝缘以及对地的绝缘性能遭到破坏，同时由于阻尼器长时间吸收大量谐振能量，电阻发热量极大，促使油温温度上升，加剧了一次、二次线圈的绝缘性能的损害，这与现场测试的一、二次线圈绝缘电阻值的结果一致。从而导致了二次线圈电压显示不正常，保护装置报TV断线信号。
4结论
（1）氧化锌避雷器击穿将加大铁磁谐振发生的几率。
（2）消谐器长时间吸收大量谐振能量，电阻发热量极大，促使油温温度上升，破坏电容式电压互感器的绝缘性能。
（3）应该加强红外测温仪对电容式电压互感器运行设备状态的监视。
（4）进一步对此类氧化锌避雷器进行试验研究，探明是个别产品老化问题，还是产品质量问题。
参考文献：
[1] 梁雨林，黄霞，陈长材.电压互感器二次回路异常的原因及对策[J].电力自动化设备，2001（11）.
[2] 王晓云，李宝树，庞承宗.电力系统铁磁谐振研究现状分析[J].电力科学与工程，2002（04）.
[3] 柳亦钢，梁俊晖，陈晓东.浅谈串联铁磁谐振及其消除方法[J].广西电力，2005（03）.
[4] 唐，徐建文.电容式电压互感器潜伏性故障发现及原因分析[J].中国智能电工，2011（12）.
关键词：电容式电压互感器；二次电压降低；故障分析；电气试验
中图分类号：TM451.2 文献标识码：B
引言
容式电压互感器由电容分压器和中间电压电磁单元组成，可兼顾电压互感器和电力线路载波耦合装置中的耦合电容器两种设备的功能，同时在实际应用中又能可靠阻尼铁磁谐振和具备优良的瞬变响应特性等；故近几年在电力系统中得到广泛应用，不仅在变电站线路出口上使用，而且大量应用在母线和变压器出口上代替电磁式电压互感器[1～3]。
由于受设计制造经验、工艺水平和原材料等多种因素的限制，运行中电容部分故障发生率较高，中间电压电磁单元还经常出现中压端限压避雷器击穿、电容分压器中压端与电磁单元的连线过长等故障。本文通过对一只220kVCVT在运行中二次电压降低后，在现场对故障进行分析检查、试验和故障判断的介绍，给出现场遇到CVT类似故障的分析处理方法。
1、电容式电压互感器的电气结构
该电容式电压互感器型号为 ，结构原理如图1所示（其中C1为C11串C12）。
图1 220kV CVT结构原理图
该电容式电压互感器由2节瓷套外壳的电容分压器和安装在下部油箱的电磁单元两部分构成，其中C11安装在第1节瓷套内，C12和分压电容C2共装在第2节瓷套内；其电容量分别为：C11串 C12的电容量为11.89nF、C2的电容量为69.42nF，油箱电磁单元中变压器的一次端在第2节瓷套内，连接在C12和C2之间，4个二次绕组的接线端子1a1n，2a2n，3a3n，dadn，通过接线盒引出，N端在出线盒接地。
2故障介绍
2005年11月5日，内蒙古超高压500kV某变电站日常巡视中发现220kVI#母线电容式电压互感器A相二次侧电压低于正常值，且保护发出“PT断线”信号。
在运行状态下，电气试验人员对二次电压线圈输出电压进行测量，测量结果与正常值如表1所示，现场检查电容式电压互感器外观正常也无异音现象。
表1 二次电压线圈输出电压测量值与正常值
测量值（V） 53.6 55.3 56.2
正常值（V） 57.7 57.7 57.7
根据相电容式电压互感器工作原理，二次电压的大小与中间变压器的变比和分压电容的电容大小有关，二次电压仅是降低并未完全失压故不可能是电磁单元变压器一次引线断线或接地、分压电容器C2短路等故障，综上所述对故障原因进行初步判断：
（1）电磁单元变压器二次引线部分匝间短路；
（2）电容分压器C11，C12电容变小；
（3）分压电容器C2电容变大。
3电气试验检查及结果
3.1 二次侧引线直流电阻测量
对该电容式电压互感器二次侧引线直流电阻进行测量。现场环境温度1℃，相对湿度RH22%，测量结果如表2所示。从表2中可以看出，二次侧引线不存在短路问题。
3.2 分压电容介质损耗及电容量测量
对该相电容式电压互感器的C11与C12串C2分别采用正接线方法测量电容介质损耗及电容量测量，对C2采取自激励方法测量电容介质损耗及电容量测量。现场环境温度1℃，相对湿度
通过对测试结果分析判断，发现A相C2电容量比B、C两相C2电容量均大，初步判断C2电容损坏。
3.3 油色谱分析
提取该电容式电压互感器油色谱分析，取油样现场环境温度1℃，相对湿度RH22%，测量结果如表6所示。
表6电容式电压互感器油色谱分析结果
组分 C2H2 H2
含量（uL/L） 14.75 152
通过对测试结果分析判断，该电容式电压互感器发生了间隙放电。
4试验结果的分析判断
根据试验的测量结果进行分析判断，此次故障确定是由于中间变压器一次侧尾端N引出端子发生松动，导致中间变压器一次尾端对地存在悬浮电位，产生了间隙放电，导致C2电容击穿而引发故障。返厂解体后印证了分析结果，经过处理后C2的电容量69.47nF、介质损耗值0.039%，测量结果正常。
5 结束语
随着电容式电压互感器在电力系统中的广泛应用，在一次设备中发生故障率较高，其中电容部分故障发生率为多。对以上此类二次电压降低故障， 测试时C2采取自激励方法测量，建议加强中间电压电磁单元绝缘检测，以减少故障发生率。
参考文献
[1] GB/T4703-1984《电容式电压互感器》［S］．
[2] 盛国钊等．1995-1999年电容式电压互感器的运行及故障情况分析［J］．电力设备，2001，（2）
[3] 华北电网有限公司《电力设备交接和预防性试验规程》［S］．
作者简介：
关键词：电容式电压互感器；二次电压；不平衡分析；防范措施
中图分类号：TM451 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）09-0104-02
2011年3月溯河变电站监控后台机遥测总表显示溯来I线线路B相电压偏高，值班员用万用表对溯来I线电压互感器二次回路进行测量，B相比A、C两相电压有效值明显偏高2～3 V，二次回路未见异常。2011年5月，500 kV溯来I线停电，试验班组对线路电压互感器进行预试，发现溯来I线电压互感器B相不合格。
1 异常及检查情况
1.1 故障情况
值班员监盘发现监控后台机遥测总表溯来I线Uab（549 kV）、Ubc（548 kV）电压比溯来II线、山溯I、II线偏大。
1.2 运行值班员检查、处理情况
①现场检查溯来I线三相电压互感器外部无异常，检查溯来I线CVT二次回路无异常。
②检查测控装置、保护采样情况（与另一回线路溯来II线进行比较）如表1所示。
③用万用表对500 kV各线路端子箱第一、二绕组二次进行测量，数据如表2所示。
④溯来I、II线的历史数据对比如表3所示。
根据采样、测量数据比较，500 kV溯来Ⅰ线的B相二次电压比本间隔的另外两相和其它间隔相同相电压高出2.4 V左右，相对误差3.8%，比较监控后台历史数据，与500 kV溯来Ⅰ线的B相有关的线电压比其它高出9 kV左右。
2 故障原因分析
2.1 CVT结构
500 kV溯来I线CVT是桂容总厂生产的，总体结构为组合式单柱结构，由电容分压器和电磁装置两部分组成。电容分压器由3节耦合电容器叠装串联组成，耦合电容器外壳采用浇铸法兰瓷套，内装经高真空浸渍处理的心子，每节心子由多个电容元件串联组成，电容元件由电容器纸、聚丙烯膜与铝箔电极卷绕压扁而成，瓷套内灌注一定压力的绝缘油。高压端在电容分压器顶端。组合式单柱结检的互感器的中压端A'和低压端N是由最下一节电容器底盖上的小瓷套引出到电磁装置内与中间电压变压器高压端A'及出线板上的N端相连。电磁装置由中间电压变压器、补偿电抗器和抑制铁磁谐振的阻尼装置在油箱内组成，二次绕组及载波通讯端由油箱正面的出线端子盒引出。
2.2 工作原理
电容式互感器工作原现是由电容分压器分压，中间电压变压器将中间电压变为二次电压。其电气原理图见图1。
C1为主电容，C2为分压电容，接在高压为U1N与地之间。则在分压电容C2、主电容C1上的电压为：
2.3 原因分析
从以上公式看出：
①高压电容中某些电容元件击穿短路使C1增大，导致U2增大。
②中压电容漏油等使介质常数变小，C2增大，XC2容抗增大，使U2异常增大。
由此可见，500 kV溯来Ⅰ线的B相二次电压比本间隔的其他相和其他间隔相电压偏高，可能是高压电容中某些电容元件击穿或是中压电容漏油等使介质常数变小造成的。
3 试验检查情况
2011年5月18日，500 kV溯来I线相关设备停电预试，溯来I线线路CVT A、C相测试合格。CVT B相下节介损测试异常：正接法电容量：16 040 pF，tanδ%：0.406%（出厂值：15 430 pF，规程标准：运行中tanδ%不大于0.025%），电容量偏大，介损超标；此数据经过广西电科院进行复测，认定不可投运。
从试验结果看：溯来I线CVT B相高压电容增大（16 040 pF），电容量偏大，不合格。试验证明对500 kV溯来Ⅰ线的B相二次电压比本间隔的其它相和其它间隔相电压偏高可能造成的原因分析是正确的。
4 预防措施
与500 kV溯来Ⅰ线B相CVT同批次的产品仍在该站和网内运行，为避免同类异常再次发生而没有引起足够重视，造成设备事故，建议采取以下几点预防措施：
①使用电容式电压互感器的变电站，值班发现母线或线路电压不平衡时，不要忽视，应及时到现场检查一次设备外观有无异常，CVT二次回路有无异常，到各保护装置、测控装置检查电压采样数值，到端子箱用万用表测CVT二次电压，进行比较判断。当确认某相二次电压确实升高，应及时汇报部门领导，缩短试验周期，在适当的时间安排预试，通过试验数据确定电压互感器是否正常，防止隐患不被及时发现造成事故。
②加强值班员巡视监管力度，如发现CVT有声响、油位异常，应及时采取措施，防止事故扩大。
③日常维护中，重视热成像仪的应用，定期对CVT红外监测和诊断，及早发现设备缺陷，排除事故隐患。
④生产厂家要严格控制工艺流程，并保证其生产附件的质量。
参考文献：
[1] 丁毓山，金开宇.变电值班员职业技能鉴定培训教材[M].北京：中国水利水电出版社，2011.
关键词：集合式并联电容器大容量技术特点AssemblingShuntCapacitor
前言
集合式电容器以其容量大、体积小、占地面积小、安装维护方便等优势，越来越受到用户的欢迎，所占市场的份额逐年增加。根据用户的要求及电力电容器生产厂家制造技术的进步，其容量也越来越大，产品的技术性能指标越来越好。西安西电电力电容器有限责任公司（以下简称西容公司）为贵州省电力公司供货的4台10Mvar集合式电容器是国内最大容量的全膜集合式电容器，用于贵州省黎平220kV变电站。西容公司积16年生产集合式电容器的经验，采用了先进的设计、工艺技术和独特的内熔丝保护技术，使产品的技术性能指标达到国内领先水平。
2产品技术特点
2．1电容器单元
考虑到产品容量较大，电容器单元选取低于常规产品的工作场强。电容器单元内元件全部并联，固体介质为全膜介质，液体介质为低温性能良好的苄基甲苯，极板采用一边突出焊接另一边折边结构，既避免了传统引线片结构存在接触电阻较大的问题，也改善了极板边缘电场的分布。电容器单元采用了新式内熔丝结构，元件的熔丝熔断后，对周围熔丝没有影响，避免了传统内熔丝结构熔丝熔断时易产生群爆的现象。
2．2整台集合式电容器
产品为三相共体结构，由若干台电容器单元进行并、串联连接，器身和箱盖为一体结构，电容器的相间设置了绝缘屏障，加强了相间绝缘，避免相间击穿情况的发生。油箱外壳采用了平板焊加强筋、散热筋结构，尽管产品容量很大，但由于产品损耗很小，所以产品在未加外购的散热器、折板等情况下，产品最热点的温升仍然满足要求。产品采用了大油枕结构，因此避免了油枕调节量不够导致夏天溢油，冬天油面下降较大的问题。产品装有压力式温控器，以指示油箱内部最热点油温并装有压力释放阀。产品按2000m海拔进行外绝缘试验，温升试验按1．35Qn不少于48h进行，电容器电容值偏差控制在0～5％，这些要求都高于标准，另外在标准之外增加了每台产品按1．1倍额定电压48h进行负载试验。集合式油箱采用了整体喷丸、清洗和油漆的新工艺，表面涂装质量较以前有较大提高，涂装后产品附着力由3～4级提高到0～1级。产品的紧固件表面处理采用了达克罗新技术。产品的外形见图1，主要技术性能见表1。
3成套装置
产品为成套供货，含隔离开关、接地刀闸、氧化锌避雷器、放电线圈、干式空心串联电抗器等，按Ⅲ级污秽地区进行设计。其外形及电气连接见图2。
成套装置开关为三刀隔离四刀接地（中性点有接地刀），电抗器为空心串联电抗器，在电源侧，装置对电容器的保护为开口三角电压保护，对于电抗率为6％的装置，保护整定值为2．91V，对于电抗率为12％的装置，保护整定值为3．1V。
4结束语
【关键词】触摸控制;电容式;灵敏度;隔离保护介质
A method research and design of the capacitive touch control
TENG Li，PANG Xiao-dong
（The First Research institute of the Ministry of Public Security，Beijing 102200）
Abstract：The paper describes a method research of the capacitive touch control，introduces the principle of capacitive touch sensing briefly and designs a touch button basing on the principle.In addition，the overall design of capacitive touch sensing is presented，the key technologies and design rules about the circuit and structure are described in detail.Experimental result shows that this design is feasible.The solution for the problems in the process of research is also presented.
Key words：touch control;capacitive;sensitivity;isolation protective mediums
触摸控制作为高端的电子控制方式，已在许多领域得到了应用，如触摸显示屏、触摸路灯开关、仪器仪表控制面板等。对使用者来说，触摸控制器具有美观、操作方便、易清洁的优点，又因为采用非接触式按键技术，理论上使用寿命可以无限长，不像普通按键只有几十万次的机械寿命，并且可靠性不会随时间增加而降低[1]。根据不同的工作原理，触摸控制可分成以下几类：电波式（如表面声波）、电阻式、光学式（如红外线）、电容式、电感式、电磁式等。每一类都有其各自的优缺点和适用场合[2]。其中，电容式触摸按键技术已经成为触摸感应技术的主流，适用范围更为广泛。电容式触控感应技术以其无机械损耗、寿命长、灵敏度高、节省空间和触摸动作丰富等优点得到越来越广泛的应用，与此同时，半导体厂商也不断地推出相应技术的IC以简化硬件设计人员的开发。本文所设计的触摸按键就是基于Atmel QTouch技术实现的。
1.电容式触摸感应原理
电容式触摸是利用人体的电流感应进行工作的。它将人作为假想的接地物（零电势体），感应电极与地构成一个感应电容，在周围环境不变的情况下电容值固定为微小值Cp，具有固定的充放电时间;当触摸隔离保护介质（面板）时，由于人体电场，人的手指（隔着隔离保护介质）和感应电极形成一个耦合电容Cf，这样就会改变固有的充放电时间。通过测量充放电时间的改变即可检测是否有按键被按下[3]。根据电容定义：
（1）
式中ε0为真空介电常数，εr为隔离保护介质的介电常数，A为按键区域面积，一般为直径小于10mm的圆形，T为隔离保护介质的厚度，通常为几个mm，由公式（1）可以计算得到pF级的Cf值。
世界知名电子元器件供应商推出了众多的专业芯片，在本设计中选用Atmel公司基于QTouch技术的控制芯片。Atmel QTouch的电容感应工作是基于电荷-传输（charge-transfer）原理，它通过开关电容的方式来判断在触摸过程中感应电极的电容变化，可以实现一个能够测量电容量毫皮法级（千分之一pF）变化的高分辨率的测量系统[4]，因此Atmel QTouch控制器完全能够精确测量pF级的耦合电容Cf。QTouch IC和简单按键电极之间单连接来检测触摸，器件对未知电容的感测电极充电到已知电位。电极通常是印刷电路板上的一块铜区域。在1个或多个电荷-传输周期后测量电荷，就可以确定感测板的电容[5]。
2.设计方案及关键技术
2.1 总体设计
触摸按键由感测部分（PCB板）、隔离保护介质（绝缘层）和光线扩散介质组成，如图1所示。
图1 触摸按键结构示意图
感测部分的核心是ATMEL的QProx QT113A控制器。ATMEL QTouch控制器允许自耦电容型和互耦电容型两类感应器，本方案采用自耦电容型感应器。感应器从感应方向分类又可以分为3种：无方向感应器、单方向感应器和双方向感应器。本文设计的开关按键只感应一个点的动作，属于无方向类型。当讨论一个感应器设计的时候，用户需要在感应类型和方向分类所构成的6种可能中进行合理组合[4]。本触摸控制根据上述确定的感应器类型故选用QProx QT113A芯片作为控制器。
隔离保护介质即面板，通常选用玻璃、有机玻璃（PMMA）、聚丙烯树脂等。由公式（1）可以明确得到，更薄的隔离保护介质和高介电常数的介质可以提高电容及响应的充电电荷保有量，从而带来更高的增益和更好的信噪比。设计人员可以根据实际情况及外观要求选择介质。本方案选用4mm厚的有机玻璃，将有机玻璃背面镂空喷漆，形成功能图标，图标均有背景灯光透过，这样可使功能按键更显著。
隔离保护介质与电路板之间采用ABS板作为光线扩散介质，实现对图标的背景灯光扩散。如果将隔离保护介质与电路板直接装配，则背景灯光不能完全覆盖整个图标，从外观上看是一个光斑，这是因为点光源所发出光线没有转变成面光源。故采用在隔离保护介质与电路板间加ABS板，来达到将点光源转变为面光源的目的，去除光斑，使得外观更加美化，同时还能降低光源亮度，减少刺眼程度。
2.2 关键技术
触摸式按键设计在电路板上元器件位置、布线，以及结构、选材等方面都十分考究，在任一方面设计的偏差都会影响其灵敏度，以下对设计过程中需要注意的几项原则进行详细论述。
2.2.1 PCB设计与布局
触摸控制IC元器件布局和走线设计十分关键。所有无源元件在物理空间条件允许的条件下应尽可能靠近控制芯片。如果触摸控制IC及其它无源器件置于顶层，则在底层设计感应电极，并应尽可能多的将传感信号线布置到顶层，底层可用来布设普通信号线。由图2可以看到本方案电路板布有感应电极的一侧没有其他元器件。需要特别注意，应该保证控制IC对应的底层没有布设任何感应电极，同样，一个通道的信号线对应的底层也不能布设其他传感通道的感应电极 [6]。图3是电路板顶层设计，圆形虚线代表感应电极在底层的位置，矩形实线代表控制IC在顶层的位置，按照上述原则控制芯片与电极不同层且位置错开。此外，自耦类型的感应器到控制器的连线在不影响RC时间常数的前提下应该越细越好，该连线应小于150mm，连线也是对触摸敏感的，它就是感应器的一部分，更长的连线会引入噪声并降低感应灵敏度[4]。电容式触摸IC电路的设计还要求电子元器件与芯片间的走线远离电源和地线，以及铺铜部分，如电极。
图2 感应电极设计
感应电极的设计是决定触摸控制灵敏度的重要因素之一。电极的形状和大小应紧密配合被感应物体的大小。按照电极最外边缘应大出触摸边缘2-3mm的设计原则，以手指触碰为例，建议设计电极大小为8到10mm的方块或圆片。增大感应电极建议不要超过15×15mm2，因为过大的电极不但会降低灵敏度，而且会增加对噪声的易感性[6]。电极形状可设计成各种几何形状，例如方形、圆形、三角形，以便具有不同功能和应用。本触摸按键感应电极设计如图2所示。
图3 控制芯片与感应电极位置设计
2.2.2 结构设计
触摸按键的面板必须选用绝缘材料，如上述所列，按键正上方1mm以内不能有金属，50mm以内的金属必须接地，否则会影响到灵敏度。在生产过程中，要保持面板的材质和厚度不变，面板的表面喷涂必须使用绝缘的涂料[7]。
当采用如本设计一样将三种（FR4板、ABS板和有机玻璃板）甚至更多种材质叠放在一起时，要确保相邻两层之间无缝隙，否则将容易导致内部空间的湿度变化或空气介质发生变化，造成漂移，进而影响按键的灵敏度和可靠性。如果所应用的环境恶劣建议使用透明胶将各层压紧。此外，各个结构件间良好的结合也是保证灵敏度的重要因素。如果触摸时，电极、ABS板、有机玻璃板间有相对滑动，即使是100微米很小的移动，也会带来灵敏度不稳定。发生位移后需要再次上电进行校准。可通过超声波焊接、粘合剂、螺丝钉紧固等方法将其固定。
触摸式按键背光照明设计，通常在按键的中间挖空，使PCB上的LED能照射到面板上镂空的图标或字符。图2电极设计中可以看到中央位置处的LED。注意小孔要尽量小，孔越大损失的敏感度就越多。最大孔径可依据按键直径来设计，如表1所列。
表1 照明LED安装孔径尺寸
面板的外观设计需要注意的是，进行喷涂修饰时，要事先了解这种装饰原料的导电性能，否则即便是外观设计也会对按键性能产生影响。作者选择了两种物质做了实验对比。一种是采用在有机玻璃材料背面进行丝网印刷，介质是油墨，虽然遮光效果佳，但灵敏度急剧下降，甚至为零，这与油墨中含有金属离子，从而具有金属属性有关，所以油墨会严重影响触摸按键的灵敏度，对于本设计不宜采用。另一种选用喷黑漆作为底色，不仅遮光效果好，灵敏度也比较理想。实验结果表明，采用不同喷涂材料对灵敏度影响极大，原因是不合理的介质会导致电场传导的连续性被破坏。本设计中承载感应电极的基材电路板FR4，其介电常数为4.2，作为隔离保护介质的有机玻璃其介电常数为4，油漆的介电常数为3.5，ABS板的介电常数为3.04，因此电场就具有较好的连续性。
3.测试实验
在设计之初由于缺乏对介质导电性能的了解，使用了油墨对外观进行喷涂装饰，破坏了组成触摸按键结构的各个部件间电场的连续性，导致无输出，经过调整所选材料，使用黑漆喷涂，测试输出正常。对于灵敏度的调节一方面可以从控制芯片的GAIN引脚的输入电平调整，若灵敏度过高可从高电平转为低电平，这种调整可以明显改变灵敏度;另外一方面可以从调节收集电容Cs和Cx的值来微调灵敏度，Cs值越大Cx值越小则灵敏度越高，但注意Cs在10nF～500nF，Cx在0～100pF[8]，若超出这个范围则无输出。对触摸按键单板测试无误后，放于某仪器设备上用于控制照明开关，经过一段时间的观察发现有时会出现上电瞬间灯闪一下的现象，捕捉到的图形如图4，触摸按键受到干扰时间约为200ms。在应用环境中干扰无处不在，有来自仪器内部的也有环境中存在的，对于已经设计完成的触摸式按键电路板，可以通过磁环有效地屏蔽一部分干扰。本应用选用TDK的ZCAT 2132-1130磁环固定在数据线缆上问题得到解决。
图4 触摸控制受干扰波形图
4.结论
基于Atmel QTouch技术设计的一种触摸开关控制方案，电路与结构上依据设计过程中的原则和规范，经过实验证明可以有效地实现开关控制，能够在一定范围内调节灵敏度以适应不同应用的需求。触摸式控制设计重点在于电路元器件、走线和电极的布局，以及结构件的选材，要了解每个部件的电性能，只有做好每个细节，组装后的触摸按键才能在灵敏度和抗干扰上得到理想的效果。
参考文献
[1]韩俊，戎蒙恬.低成本电容式触摸控制设计[J].信息技术2006，8：42-45.
[2]周志永，胡建人.低成本电容式触摸按键设计[J].机电工程2011，28（3）：365-368.
[3]MARIN R E，SIMONSON R K.Capacitive keyswitch sensor and method，US，3931610[P].1976.
[4]Touch Sensors Design Guide.Atmel Corporation 2009.
[5]鲁冰.电容式触摸屏系统解决方案[J].电子产品世界2008，15（12）.
[6]黄梓佑，崔景诚等.S-Touch电容式触摸控制器PCB布局指南[J].电子产品世界，2009，16（8）：12-16.
[7]陈斌.电容式触摸按键设计与专用芯片应用[J].电子世界，2014（16）.
[8]Datasheet-QPro QT113/113A CHARGE-TRANSFER TOUCH 2001.
作者简介：
滕莉（1981―），女，工程师，主要研究方向：测控技术。