高压容器寿命分析

高压容器寿命分析（通用6篇）

高压容器寿命分析 篇1

0 引言

高压电容器是目前电力系统使用最多的配件之一, 随着我国电力电容器制造技术与设计水平的不断提高, 高压电容器的故障率也在不断降低。但由于影响电容器稳定运行的因素较多, 除电容器本身缺陷外, 电网过电压、电网谐波引起的过电流、电容器失压、断路器操作引起的过电压与运行温度都会严重影响电容器的正常运行, 甚至引发电容器爆炸起火等恶性事故的发生。本文通过对高压电容器损坏故障进行分析, 对高压电容器的保护措施提出了一些简单的意见与看法。

1 高压电容器损坏故障分析

1.1 电容器运行电压过高

高压电容器运行电压可以反映出变电所母线系统电压的状况, 并直接影响电容器的寿命和出力功能。高压电容器内部在运行中的有功功率损耗主要由介质损失和导体电阻损失两部分组成, 而其中的介质损失占高压电容器总有功功率损耗的98%以上。高压电容器介质损耗会直接影响电容器的运行温度, 可用下式表示:

式中Pr为高压电容器的有功功率损耗;Qc为高压电容器的无功功率;tgδ为高压电容器的介质损失角正切值;ω为电网角频率;C为高压电容器的电容率;U为高压电容器的运行电压。

由公式可知, 高压电容器有功功率损耗与无功功率同高压电容器运行电压的平方成正比;随着运行电压的增高, 高压电容器的有功功率损耗会迅速增加, 进而温度升高的速度也会增加, 游离增大, 导致电容器的绝缘寿命降低。另外, 因高压电容器连续运行的过电压一般定为额定电压的1.10倍, 当电容器长时间处于过电压下运行时, 会导致电容器产生过电流而损坏;所以, 高压电容器组建需要安设完善的过电压保护装置。

1.2 电网高次谐波引起的过电流

当电网中的谐波电流流入电容器, 就会叠加在高压电容器的基波电流上, 使其运行电流增大, 同时也会使高压电容器基波电压上的峰电压有效值增大。如果电容器容抗与系统感抗相匹配, 会对高次谐波产生放大作用而产生过电流和过电压, 引起电容器内部绝缘介质局部放电, 使电容器产生鼓肚、熔丝群爆等故障。

1.3 电容器所接母线失压

如果电容器在运行中突然失去电压, 可能会导致变电所电源侧瞬时跳闸或主变压器断开。若电容器在电源合闸或备用电源自动投入使用时未被移除, 可能会导致电容器带负荷产生过电压而损坏。另外, 当变电所失去电压恢复时不拆除电容器, 可能会产生谐振过电压, 使变压器或电容器损坏。因此, 电容器应设置失压保护装置, 保证电容器在所接母线失压后可靠动作, 又可在母线电压恢复正常后可靠接入。

1.4 断路器操作产生的过电压

电容器断路器多采用真空断路器, 当断路器合闸时, 断路器触头可能会发生弹跳现象而产生过电压。虽然由此产生的过电压峰值较低, 对电容器的影响也不大, 但由于电容器年投切次数在千次以上, 且断路器断开时可能引发击穿电容器的过电压, 因此, 必须采取有效的保护措施来限制断路器操作产生的过电压。

1.5 运行温度过高

由于温度升高10℃, 电容器容量下降速度就会加快一倍;如果电容器长期处于高电场与高温下运行, 会引起绝缘介质老化和介质损失增大, 进而导致电容器内部快速升温而发热, 是电容器寿命降低, 甚至导致电容器产生热击穿而损坏。按规程规定, 如果环境温度超过30℃, 电容器外壳温度超过50℃, 应开启通风装置降温, 当环境温度超过40℃时, 应立即停止电容器运行。因此, 为防止电容器因运行温度过高而损坏, 应设置温度监控装置随时监控制电容器的运行温度, 并采用强制通风装置改善电容器的散热条件, 使电容器产生的热量以对流和辐射的方式散发出来。

2 高压电容器组保护措施研究

2.1 高压电容器过电压保护

利用电容器与电抗器串联, 因容抗压降与感抗压降相位相反, 将测量电压互感器装于母线上。当电容器电压高于母线电压时,

式中Udz为动作电压;Kv为过电压系数;为感抗与容抗之比;Ue为电容器额定电压。

过电压是威胁电容器安全稳定运行的最大因素, 为防止电容器运行电压过高, 应合理配置电容器过电压保护装置。当电容器端电压高于1.10倍额定电压时, 该保护装置产生预动作信号, 当运行电压超过1.20倍额定电压5s~10s时, 产生动作信号跳闸以切断过电压继续对电容器产生损坏, 当电压恢复正常后投切以保证电容器继续进入电路工作。

2.2 高压电容器高次谐波保护措施

由于电网谐波可以产生损坏电容器的过电压与过电流, 为防止谐波损坏电容器, 应对电容器使用地区的电网谐波谐波进行测试并找出谐波源, 然后根据谐波源产生的原因采取相应的措施, 以降低谐波源的高次谐波分量。目前降低电网高次谐波最有效的办法是在电容器回路中串联适当参数的电抗器或阻尼式限流器。在电抗器参数选择时, 采用容抗与感抗相匹配的谐振点为原则, 以抑制5次及以上谐波。此外, 电抗器还能有效抑制电容器因合闸而产生的过电压, 减小断路器断开时所产生的过电压。

2.3 断路器操作过电压保护措施

断路器开关质量的好坏, 与氧化锌避雷器动作特性的好坏密切相关。为防止断路器开合产生过电压, 必须提高断路器触头的分闸速度、提高触头介质恢复强度。因此, 断路器的真空开关出头一定要选用铜铬合金触头。考虑到电容器投切操作频繁, 真空开关难免产生能够击穿电容器的操作过电压, 所以必须安装无间隙氧化锌避雷器来限制断路器产生的过电压。

3 结论

随着我国高压配电网无功补偿需求的增大, 作为电力系统中最常用的无功补偿设备电容器的使用率也大量增加。合理配置电容器保护装置, 保证电容器安全运行越显重要。在具体设计高压电容器保护装置时, 不仅要从高压电容器可能发生的故障出发, 还需充分考虑到单个电容器内熔丝与电容器组内熔丝保护特性、电容器使用温度限上与熔丝熔断时间、电容器耐爆时间之间的配合, 从而保证电容器保护装置能够有效保证电容器安全稳定运行。

参考文献

[1]SDJ-25-89, 并联电容器装置设计技术规程及条文说明[S].水利电力部.

[2]GB/T11024-2001, 标称电压1kV以上交流电力系统用并联电容器[S].

[3]马变珍.并联电容器的设计结构改进[J].电力电容器, 2007, 2.

高压容器寿命分析 篇2

高压电容器在电力系统中被广泛应用, 是提高电网功率及电压质量补偿电网无功功率的主要形式, 故此, 高压电容器的正常运行极其重要。目前, 我国高压电容器的制造技术及设计水平还存在着一些问题, 由于高压电容器技术问题而出现设备故障导致的事故时有发生, 但近几年来电容器总体技术在电力部门及制造厂的共同努力下, 使得国产电力电容器的安全运行有了较大幅度的提高。据不完全统计显示, 有相当一部分电容器故障是在对电容器组进行分断操作的过程中发生的, 有的还因此引起了较为严重的二次事故。

1 高压电容器损坏故障原因分析

1.1 产品设计参数、工艺质量分析

高压电容器出现故障时应对产品的设计参数、工艺质量、材料等进行分析。首先确定产品在设计上是否存在问题, 可要求产品厂家技术人员确定该型号电容器的系统参数、电容器内元件参数的设计情况, 并结合企业标准的相关要求对以上参数进行对比, 若没有发现产品设计参数问题, 可根据产品的生产工艺分析产品质量是否存在问题。有些电容器在外观上没有任何质量问题, 这时需要解剖电容器元件查看内部是否存在很多明显的褶皱, 因为多数元件的击穿点发生在褶皱处。产生褶皱是由于在卷制过程中, 膜的张力与铝箔的张力不同, 容易发生褶皱, 该种情况很难完全杜绝。另外, 在产品结构、材料质量上也有可能存在一定的问题, 需要对电容器的材料进行分析来确定故障产生的原因。

1.2 运行电压过高

高压电容器运行电压可以反映出变电所母线系统电压的状况, 并直接影响电容器的寿命和功能。高压电容器内部在运行中的有功功率损耗主要由介质损失和导体电阻损失两部分组成。而其中的介质损失占高压电容器总有功功率损耗的98%以上。

高压电容器有功功率损耗与无功功率同高压电容器运行电压的平方成正比, 随着运行电压的增高, 高压电容器的有功功率损耗会迅速增加, 进而温度升高, 速度也会增加将会导致电容器的绝缘寿命降低。另外, 因高压电容器连续运行的过电压一般定为额定电压的1.10倍, 当电容器长时间处于过电压下运行时, 会造成电容器产生过电流而遭到损坏, 所以, 高压电容器需要安设完善的过电压保护装置。

1.3 电网高次谐波引起的过电流

当电网中的谐波电流流入电容器时, 就会叠加在高压电容器的基波电流上, 使其运行电流增大。同时也会使高压电容器基波电压上的峰电压有效值增大。如果电容器容抗与系统感抗相匹配, 会对高次谐波造成放大作用而产生过电流和过电压, 引起电容器内部绝缘介质局部放电, 使得电容器产生鼓肚、熔丝群爆等故障。

1.4 电容器所接母线失压

如果电容器在运行中突然失去电压, 可能会导致变电所电源侧瞬时跳闸或主变压器断开。若电容器在电源合闸或备用电源自动投入使用时未被移除, 可能会导致电容器带负荷产生过电压而损坏。另外, 当变电所失去电压恢复若不拆除电容器可能会产生谐振过电压, 将损坏变压器或电容器。因此, 电容器应设置失压保护装置, 保证电容器在所接母线失压后可靠动作, 又可在母线电压恢复正常后可靠接入。

1.5 断路器操作产生的过电压

断路器多采用真空断路器。当断路器合闸时, 断路器触头可能会发生弹跳现象而产生过电压。虽然由此产生的过电压峰值较低, 对电容器的影响也不大, 但由于电容器年投切次数在千次以上, 且断路器断开时可能引发击穿电容器的过电压, 因此, 必须采取有效的保护措施来限制断路器操作产生的过电压。

1.6 运行温度过高

由于温度升高10℃, 如果电容器长期处于高电场与高温下运行, 将会引起绝缘介质老化和介质损失增大, 进而导致电容器内部快速升温而发热, 使电容器寿命降低, 甚至导致电容器产生热击穿而损坏。按规程规定, 如果环境温度超过30℃, 电容器外壳温度超过50℃, 应开启通风装置降温;当环境温度超过40℃时, 应立即停止电容器运行。因此, 为防止电容器因运行温度过高而损坏, 应设置温度监控装置随时监控电容器的运行温度, 同时采用强制通风装置改善电容器的散热条件, 使电容器产生的热量以对流和辐射的方式散发出去。

2 高压电容器组保护对策

2.1 高压电容器过电压保护

高压电容器是否能安全稳定的运行, 与过电压有直接的关系, 电容器过电压过高会直接损坏电容器, 因此, 需要对电容器过电压进行保护, 设置合理有效的保护装置, 当运行电压超过额定电压120 V时, 该保护装置直接产生动作信号跳闸保护电容器, 避免其受到进一步的破坏, 直到电压恢复正常, 保证了电容器的继续工作。

2.2 电容器高次谐波保护对策

高次谐波易产生对高压电器有损坏的过电压和过电流, 首先必须找出谐波对电容器产生损坏的原因, 为降低谐波源的高次谐波分量, 可事先对使用电容器地区的电网谐波作测试, 试图找出谐波源并对其采取必要的对策。

目前有效的对策有: (1) 在电容器同路中串联适当参数的电抗器或阻尼式限流器; (2) 在选择电抗器参数时, 采用容抗与感抗相匹配的谐振点为原则, 以抑制5次及以上谐波。此外, 电抗器还能有效抑制电容器因合闸而产生的过电压, 减小断路器断开时所产生的过电压。

2.3 断路器操作过电压保护对策

断路器产生过电压导致高压电容器损坏与断路器开关、触头分闸速度、介质的恢复强度等有很大关系, 为防止此现象的产生, 需要提高断路器触头的分闸速度及介质的强度。选择断路器开关一定要选择真空并带有铜铬合金触头的开关, 电容器的投切操作较频繁, 难免会产生电容器的操作过电压, 因此, 安装无间隙氧化锌避雷器可避免产生过电压。

3 结语

随着近年来我国高压配电网无功补偿需求的增大, 高压电容器使用率大幅度增加, 本文通过对高压电容器故障的分析可知, 产品设计参数工艺质量、运行电压过高、电网高次谐波引起的过电流、电容器所接母线失压、运行温度过高等多个因素都有可能造成高压电容器的故障。要保证电容器安全稳定运行, 不仅要合理配置电容器保护装置, 更要有具体的有针对性的保护措施, 比如:对电容器过电压保护、高次谐波保护、对断路器操作过电压保护等;另外, 还需要充分考虑到单个电容器内熔丝与电容器组内熔丝保护特性、电容器使用温度与熔丝熔断时间、电容器耐爆时间之间的配合, 从而保证电容器保护装置能够有效保证电容器安全稳定运行。

摘要：高压电容器是一种在电网中广泛应用、量大面广的设备, 其在电网中的安全运行对提高电网的功率因数、降低线路损耗、提高电源质量和稳定性均起着十分重要的作用。现主要阐述了高压电容器损坏故障产生的原因, 除了电容器自身缺陷外, 电网谐波引起的过电流、电容器失压等都会导致高压电容器的非正常运行。针对上述原因, 从3个方面分析探讨了高压电容器组保护对策。

关键词：高压电容器,故障缺陷分析,损坏,保护装置,保护对策

参考文献

[1]余江, 周红阳, 赵曼勇.高压电容器不平衡保护的相关问题[J].电力系统自动化, 2006 (13)

[2]李锋.高压电容器内熔丝动作引起的过电压及其对策[J].价值工程, 2011 (9)

[3]王振, 吕家圣, 蔡金锭.交流滤波器高压电容器保护及其跳闸原因分析[J].水电能源科学, 2010 (3)

[4]邱生, 张焰, 蒋伟毅.高压电容器和配用的断路器故障分析及应对措施[J].电世界, 2010 (11)

高压容器寿命分析 篇3

关键词：高压容器,Simulation,静态分析,安全系数,疲劳分析

近年来，随着石油化工和其它工业的迅速发展，压力容器承受循环载荷的情况日益增多，特别是随着生产规模的不断扩大，使低合金高强度钢的应用也更为广泛;由于设计方法的改进，使设计标准中的安全系数也在不断下降等，这些因素的组合造成了压力容器产生疲劳失效事故的可能性也在增加[1];对于长期承受交变重载的设备，除了静强度和振动的考虑外，疲劳分析也是掌握设备运行状态及使用寿命的重要手段，根据国外1970-1990年代的有关统计，压力容器与管道的失效事故中疲劳失效约占30%左右，因此对压力容器的疲劳分析及寿命估计引起了人们越来越高的关注和重视[2]。基于此，本文简要叙述了压力容器疲劳分析前载荷结构分析计算，获取承压容器的应力、应变强度的相关信息;在定义设计疲劳曲线(S-N曲线)的基础上，利用Solidworks Simulation对高压容器进行了疲劳分析，得出了承压容器的安全系数及使用寿命等相关数据。

1 筒体结构模型

高压容器的基本结构如图1所示。筒体是高压容器的主要组成部分(此处不考虑底部封头及上端连接部分)，此处筒体由受载荷长端和不受载荷的顶端连接筒两部分组成。在实际制造方面，受载荷的长端和不受载荷的连接筒为一体，材质选为16MnDR。高压容器平面图如图1所示，容器全长6000mm，其中受载荷长端长度为5750mm，不受载荷的顶端连接筒长度为250mm。

2 疲劳分析前的准备-静态分析

2.1 筒体三维模型的建立

由于Solid Works Simulation若要进行优化分析，则必须先对分析对象作静态分析，因此此处先对承压容器的主筒体作静力有限元分析。Simulation在其结构分析中，与其它CAE分析过程一样，一般包括前处理、求解和后处理3个部分，即几何模型的建立、定义材料属性、网格的划分、加载、求解和结果分析。由于Solid Works Simulation分析模块与Solid Works是无缝集成的，故在不出CAD环境下即可对所建模型进行相关分析，故本文的压力容器筒体即由三维制图软件Solid Works完成实体模型的建立，所得压力容器筒体的三维模型如图2所示。

2.2 筒体约束、加载及网格的划分

在完成三维模型建立后，对压力容器模型进行约束、加载及划分网格，使其转为有限元模型。根据16MnDR材质，筒体材料属性定义为：弹性模量(EX)、泊松比值分别取为190GPa和0.3，屈服强度和抗拉强度分别为310MPa和490MPa。由于筒体内壁受均匀的圆周径向压力，故对筒体长端内壁加载设计压力(34MPa)，顶端连接筒是起连接旋转盖和主筒体作用，不受水压，故顶端连接筒不加载，筒体俩端面部位为固定约束，由于主筒体内壁为受力部位，故需对筒体内壁进行局部细分，划分结果得节点数为15391个，单元数为7688个，网格划分结果及解算器信息如图3、图4所示。

2.3 静态结果分析

当模型、材料、网格、约束及加载均已完成后，即对筒体进行在此条件下的求解，本文采用的解法是FFEplus算法，并采用p-自适应方法调整。在求解后的的变形图显示(为米塞斯应力云图)中，为使变形结果较为清楚且又不夸张的显示，将变形比例定为放大100倍，结果如图5所示。由变形图可知，最大应力发生在筒体内壁处部位，并且变形量较大，最小应力发生在顶端连接筒处，与实际受压情形一致。

由图5可以看出，壁厚为25mm、材质为16MnDR的受压筒体在加34MPa静压力后，内壁最大应力为196.8MPa，远小于材料的屈服极限值310MPa，因此用材质为16MnDR、壁厚为25mm设计的高压容器筒体是安全的。图6为筒体受载荷后应变图，图7为筒体受力变形后的合位移图，从图中可以看出，筒体变形后最大和最小的合位移分别为：0.001mm、0.0763mm。考虑到原材料的尺寸偏差及高压容器筒体在使用过程中的腐蚀余量，依据此分析，可以将原壁厚增加3mm，以增加高压容器的安全性及可靠性。

3 疲劳分析

3.1 疲劳分析相关项目的确定

定义分析事件类型为指定的恒定循环;容器承受压力34MPa，承压部位为容器的内壁;添加事件中设定循环次数为1000，负载类型为LR=-1，相关联的事件为上述已经分析过的静态分析;定义计算交替应力手段为对等应力(von Mises)，平均应力纠正采用Soderberg方法;结果选项定义为承压容器整个模型。

3.2 结果分析及强度校核

在进行了静态分析后，即可对承压容器进行疲劳分析，所得疲劳分析结果如图8、图9所示。

由图8可以看出，承压容器在承受34MPa下、经过1000次承载循环后，其最小生命周期为106次，最大生命周期为1.001×106次，远大于设计循环次数80000次，故此处高压容器的整体结构满足n=80000次条件下的疲劳强度要求;由图9可以看出，承压容器在承受34MPa下、经过1000次承载循环后，承压容器最小安全系数出现在筒体内壁处，其最小的安全系数为4.4，根据GB 150-1998标准，对于钢制压力容器，当屈强比小于或等于0.7时，其安全系数取为1.6[3]，由此可以得出，承压容器的最小安全系数(4.4)大于许用安全系数，因此此处高压容器的结构设计是安全的。

4 结语

本文首先建立了高压容器主筒体的结构模型，在进行压力容器疲劳分析前对载荷结构进行了静态分析计算，获取承压容器的应力、应变强度的相关信息;随后在定义设计疲劳曲线(S-N曲线)的基础上，利用Solidworks Simulation对高压容器进行了疲劳分析，得出了承压容器的安全系数及使用寿命等相关数据，并利用对承压容器的生命总数和安全系数对承压容器进行了强度校核，该分析在理论上为以后进行其他同类型高压容器的设计、检验以及安全评估有一定的参考价值。

参考文献

[1]徐灏.疲劳强度设计[M].北京:机械工业出版社, 1983.

[2]蔡慈平.浅谈压力容器的疲劳分析设计[J].化工装备技术, 2008, 29 (4) :1-4.

高压容器寿命分析 篇4

LEAP是用于电机维护的一种系统化管理手段, 从基于时间的维护转向基于实际状态的维护, 从而优化电机维护计划电机寿命延长, 还可以提升设备投资回报率有利于短期和长期维护决策的制定, 做出正确的运行或更换决定。减少非预期性停机, 降低电机运用风险, 为电机寿命周期及投资成本预测提供信息。

电机在运用中所承受的应力有以下4个方面:T———热力方面的、E———电方面的、A———环境方面的, M———机械方面的。四种应力单独作用或综合作用导致绝缘变弱并最终失效, 分析的原则是应力和强度与时间的关系, 寿命分折图, 如图1所示。

1 LEAP实行步骤及标准级别测试包

1.1 LEAP实行步骤

(1) 收集数据:采用测试包收集电机历史运行数据、测试结果和参数信息。

(2) 分析数据:对收集到的信息进行分析, 判断电机绝缘降级程度。ABB有独特的分析工具来量化电机绝缘系统的具体状态。

(3) 应力计算:应用上述的寿命分析方法来分析影响绝缘寿命的的因素和条件。

(4) 剩余寿命分析及基于状态的维护:依据不同级别的LEAP测试包, 不同置信度等级的寿命分析结果可以得出, 根据分析的结果, 更明确的检查、维护、替换和升级计划可以排出, 寿命分析为维护计划的制定提供信息。

(5) 分析结果和解决方案:主要是做出清晰明确的报告, 并推荐解决方案。

1.2 LEAP标准级别测试包

直流测试:极化—去极化电流测试分析;交流测试:绝缘非线性行为测试分析;Tanδ及电容测试分析;局部放电测试分析。

备注:直流测试对判断绝缘表面状况相当灵敏, 交流测试能提供更多绝缘内部整体状况的信息

1.2.1 直流测试—对比

常规测量:测量绝缘电阻和极化指数, 依据泄漏电流, 本质上只是电荷的转移;只是对绕组做一般的检测;对严重污染的绕组才有较高的评估价值。

1.2.2 极化—去极化电流分析;

除泄漏和吸收电流外, 极化—去极化电流测试可以了解电机内的电荷的具体储存情况;即使电机的绝缘电阻和极化指数是可以接受的, 仍可以鉴别绕组的污染情;确定定子绕组绝缘的老化、松动等情况。

极化—去极化电流测试分析:时间常数—T1, T2, T3, 电荷存储率:Q1 (<7%) , Q2 (<10%) , Q3 (<20%) , Q1/Q2比率: (<60%) , 电荷存储离散率: (1+Q1+Q2+Q3) (<1.25) , 体积电阻率 (>1 014) , 老化因数 (35～100) 。

2 LEAP交流测试和维护计划

2.1 LEAP交流测试的主要内容

交流测试包括局部放电测试、Tan Delta/电容测试及绝缘非线性行为测试。主要是确认直流测试的结果、评估电晕防护层状态、依据放电体积与绝缘体积的百分比来判断绝缘分层的程度、判断端部绕组应力等级状况及判断老化倾向。

具体来说, 比如:什么时候需要进行维护;绕组哪些区域需要注意;哪些必要的维护内容需要施行;需要哪些备件;是否能够在现场实行维护或需要将电机送至工厂进行处理;什么时候客户需要对电机定子进行重绕或更换定子;如果电机绕组绝缘状态良好什么时候需要进行下一次的LEAP测试。

2.2 通过LEAP测试制定合适的维护计划

测试目的:该电机已经在无非计划性停机的状况下运行了69 000个小时, 通过进行标准级LEAP测试来判断进行L3级或L4级维护的必要性。

PDCA测试结果, IR-2 310 Meg ohm, PI-2.02, Q1 (%) -9.63, Q2 (%) -11.30, Q3 (%) -44.54, DR-1.65, Ag F-60.12, Vol Res-013.78 Ohm-m。

关键点:标准级LEAP测试发现端部绕组油污/碳尘污染情况严重。

通过LEAP测试确认维护效果

电机信息:

6 034 HP, 6 kV, 502 A, 1 481 rpm PDCA测试结果

建议:对该电机进行L3级维护 (无须抽出转子) , 这需要3天停机时间, 用干冰清洗电机端部绕组, 更换电机轴承密封。

益处:由于该电机以往没有做过维护, 而且有在线局部放电报警信号产生, 客户原本计划对该电机进行L4级维护 (需要抽出转子) , 通过LEAP测试知道绝缘具体状况后, 避免了进行L4级维护。

参考文献

[1]程养春, 李成榕, 丁立健, 全玉生.地面检测零值绝缘子中抗干扰措施的研究[J].中国电机工程学报, 2002 (6)

[2]程养春, 李成榕, 王伟.局部放电检测中傅立叶级数法与几种抗干扰方法的比较分析[J].电网技术, 2005 (12)

高压容器寿命分析 篇5

在世界范围内, ANSYS已经成为化工设备行业乃至整个机械行业分析软件的主流。尤其是近十年来, ANSYS软件在化工设备行业发挥着巨大作用, 成为该行业分析设计事实上的标准。ANSYS也为推动CAE分析设计在该领域的普及做出了卓有成效的工作, 为提高我国化工设备设计, 特别是压力容器的分析设计水平做出了巨大贡献。

1 问题描述

现已知压力容器设计压力p=16MPa (H) , 设计温度T=200℃, 材料为16Mn R。筒体内径R1=770mm, 壁厚t1=95mm;封头内径R2=780mm, 厚度t2=50mm。筒体双边削薄长度l=90mm。试对筒体与封头连接区进行应力分析。

2 有限元模型

由于主要是分析筒体与封头过渡区的应力分布, 故可以忽略封头上的其他结构, 如开孔接管, 建立图1所示有限元分析力学模型, 由于简体长度远大于边缘的衰减长度, 故可取简体长度L=1000mm。

2.1 几何模型

根据压力容器的已知各基本尺寸, 利用Arbitrary按照一定的先后顺序, 生成点、线、面, 再由面建立生成的几何模型, 如图2所示:

2.2 有限元模型

利用ANSYS按照轴对称模型, 自上而下建立压力容器剖面区域的有限元模型, 如图3所示:

2.3 边界条件

压力容器在载荷的作用下, 各个部分都会发生弹性变形和位移, 但又由于压力容器的结构为轴对称结构, 故底部的中心线几乎没有任何变化 (如图4) , 并对其进行全部自由度施加约束, 使其接近真实状况。

3 变形及应力分析

3.1 整体变形

压力容器在载荷的作用下, 各个部分都会发生弹性变形和位移, 向外侧位移了0.5mm, 变形前后示例如图五, 由查表知, 其位移变形量在安全范围之内。

3.2 第一主应力分析

压力容器过渡段所受的第二主应力如图六所示, 此力是由于内压作用使圆筒均匀向外膨胀, 在圆周的切线方向产生的拉应力, 其大小为:

则此压力容器在环向方向上是安全的。

3.3 第二主应力分析

压力容器过渡段所受的第二主应力如图七所示, 此力是由于内压作用于封头上而产生的轴向拉应力, 其大小为:

则此压力容器在轴向方向上是安全的。

3.4 第三主应力分析

压力容器过渡段所受的第三主应力如图8所示, 又第三主应力为容器壁沿壁厚方向的径向应力, 此径向应力相对于环向应力和轴向应力小得多, 故不考虑此应力。

4 结束语

基于ANSYS软件进行了压力容器过渡段的三维建模, 利用此软件实现了压力容器过渡段应力分布的定性分析, 为设计者提供了更为安全的设计依据, 可以较容易地获得压力容器受力后的应力分布和变形情况, 为压力容器的设计和安全校核提供了比较精确的具体数值参考, 克服了传统设计中对于复杂结构的设计与校核的困难, 填补了只依靠强度设计准则来满足设计要求的不足, 保证了压力容器的强度和安全。

参考文献

[1]胡于进, 王璋奇.有限元分析及应用[M].清华大学出版社, 2009.

[2]张文志.机械结构有限元分析[M].哈尔滨工业大学出版社, 2006.

电容器高温寿命试验系统的设计 篇6

电容器在汽车、电子、新能源、航天军工等领域应用广泛。但是电容器或是由于所使用的原材料本身固有的缺陷, 或是由于制造工艺的控制不当引入了缺陷, 而这些缺陷会随着时间和应力而诱发电容器失效。高温寿命试验是电容器的可靠性筛选试验之一, 它的目的是为了筛选或剔除那些勉强合格的电容器。

1 主要技术指标和系统组成

1.1 主要技术指标

输入:220V/50Hz±10% (AC) ;试验电压:0～1000V;试验温度:室温～150℃;漏电流检测范围:0.1uA～20.0mA

1.2 系统工作概述

系统采用计算机集中监控、无人值守体制。试验时将电容器正确装载, 对应不同封装的电容器有不同的老化板。根据电容器的工作电压、试验温度、漏电流以及试验时间编制试验条件 (器件资料) 。启动试验后系统按照设定的工作电压控制试验电源步进上电, 按照设定的试验温度控制高温箱自动加温, 实时显示并录取系统工作数据。当电容器出现漏电流过大时系统会及时切断对应工位的老化回路, 达到保护检测电路的目的, 并且不影响其他工位的老化回路。

1.3 系统组成

电容器高温寿命试验系统的硬件主要由五部分组成:试验电源、高温箱、老化板、单元控制检测板 (下位机) 和工控计算机 (上位机) 。系统组成框图如图1所示。

1.3.1 试验电源

试验电源是为电容器试验提供所需要的工作电压, 通过4平方铜芯线与老化板连接。利用RS-485接口与工控计算机通信, 接收电压控制命令, 传送试验电源电压、电流采样值。

试验电源有完善的过压、过流和短路保护功能, 确保试验电源的可靠性, 达到保护电容器和高温寿命试验系统的目的。试验电源原理框图如图2所示。

1.3.2 单元控制检测板

该单元是基于MSP430单片机的控制系统, 利用RS-485接口与工控计算机通信, 接收老化控制命令, 传送各工位漏电流采样值。主要由通讯模块、漏电流采集模块和失效保护模块组成。失效保护模块通过光耦合器4N25对单片机产生一个中断信号, 单片机响应中断信号快速巡检各工位漏电流, 通过模拟开关HCF4051B控制继电器切断漏电流值最大工位的老化回路。单工位老化原理图如图3所示, 失效保护原理图如图4所示。

1.3.3 老化板

该单元就是电容器安装平台, 由底板、老化座和保险丝构成。

1.3.4 高温箱

采用全不锈钢内胆、水平横向循环风道设计, 确保试验区域温度的稳定性和均匀性, 有超温保护功能。利用RS-232接口与工控计算机通信, 接收温度控制命令, 传送温度采样值。

1.3.5 工控计算机

该单元由一台工业控制计算机组成, 是系统人机接口的关键组成部分。单元显示器可以实时显示系统的工作状态和各种数据, 操作者通过键盘和鼠标即可完成对系统的控制。

2 系统软件设计

下位机软件采用结构化程序设计方法, 程序结构清晰, 易于阅读、测试、排错和修改。上位机软件采用面向对象程序设计方法, 面向对象围绕现实世界的概念来组织模块, 采用对象描述问题空间的实体, 用程序代码模拟现实世界中的对象, 使程序设计过程更自然、更直观。

2.1 下位机的软件设计

下位机软件开发调试环境是MSP430 IAR Embedded Workbench, 用C语言开发。主要包括四部分:初始化程序、数据采集程序、失效保护程序和通信程序。漏电流采样分三档:0.1uA～99.9uA、100uA～999uA和0.1mA～20.0mA, 采用多次采样, 剔除最大值、最小值取平均算法, 有效保证漏电流的采集精度。

2.2 上位机的软件设计

上位机软件采用Windows XP或者Windows 2000操作系统平台, 选择MSDE 2000作为数据库系统, 基于VB.Net 2003编程开发。包括老化运行、监视控制、系统控制、参数检测、器件编辑、数据管理等模块, 软件具有图形化显示界面, 操作友好、使用便捷。软件功能框图如图5所示。

3 结束语

本系统借助计算机强大的监控能力, 配以成熟的外围电路以及有效的保护措施, 实现了高温寿命试验过程的自动化。它大大降低了以往电容器高温寿命试验工作的劳动强度, 提高了高温寿命试验的效率和自动化水平, 在实际应用中证明是可靠实用的。

摘要：阐述了电容器高温寿命试验系统的工作原理, 系统提供了电容器高温寿命试验所需的试验温度和试验电压, 采用计算机监控系统实现试验电源的控制和检测, 高温箱的控制和检测, 以及电容器漏电流的实时采集、显示和录取, 提高了高温寿命试验效率和自动化水平。

关键词：电容器,试验电源,高温箱,自动监控

参考文献

[1]康华光.电子技术基础数字部分[M].北京:高等教育出版社, 2000

[2]沈建华, 杨艳琴.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2008.

[3]Matthew Reynolds, Richard Blair.VB.NET入门经典[M].北京:清华大学出版社, 2002.

[4]Francesco Balena.Visual Basic.NET技术内幕[M].北京:清华大学出版社, 2003.