柔直工程用直流支撑电容器缺陷分析与防护

廖梓豪; 王庚; 李化; 刘菁琪; 林福昌; 王中奥; 马志钦

doi:10.14044/j.1674-1757.pcrpc.2025.06.006

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

柔直工程用直流支撑电容器缺陷分析与防护

电力电容器与无功补偿 | 电容器

柔直工程用直流支撑电容器缺陷分析与防护
Defect Analysis and Protection of DC Support Capacitors for VSC-HVDC Projects
电能高密度转换全国重点实验室（华中科技大学），武汉 430074
脉冲功率技术重点实验室（华中科技大学），武汉 430074
广东电网有限责任公司电力科学研究院，广州 510080
广东省电力装备可靠性企业重点实验室，广州 510080
2025年46卷第6期页码：41-48
DOI：10.14044/j.1674-1757.pcrpc.2025.06.006
稿件说明：

移动端阅览

廖梓豪, 王庚, 李化, 等. 柔直工程用直流支撑电容器缺陷分析与防护[J]. 电力电容器与无功补偿, 2025,46(6):41-48.

LIAO Zihao, WANG Geng, LI Hua, et al. Defect Analysis and Protection of DC Support Capacitors for VSC-HVDC Projects[J]. Power Capacitor & Reactive Power Compensation, 2025, 46(6): 41-48.
廖梓豪, 王庚, 李化, 等. 柔直工程用直流支撑电容器缺陷分析与防护[J]. 电力电容器与无功补偿, 2025,46(6):41-48. DOI： 10.14044/j.1674-1757.pcrpc.2025.06.006.

LIAO Zihao, WANG Geng, LI Hua, et al. Defect Analysis and Protection of DC Support Capacitors for VSC-HVDC Projects[J]. Power Capacitor & Reactive Power Compensation, 2025, 46(6): 41-48. DOI： 10.14044/j.1674-1757.pcrpc.2025.06.006.

摘要

柔性直流输电系统中，金属化膜电容器作为核心储能元件，其可靠性直接影响电网安全运行。针对工程中因制造缺陷引发的失效问题，本文系统研究了卷绕、喷金、浇注及杂质入侵4类典型缺陷的失效机理。通过极间耐压、冲击放电、交直流加速老化等多维度试验测试，结合电容量退化规律与介质损耗特性分析，揭示了缺陷在不同应力条件下的失效规律，采用电容敏感因子量化不同测试下的缺陷灵敏度。结果表明，极间耐压对喷金缺陷最敏感、冲击放电对卷绕缺陷最敏感、直流电压加速老化对浇注缺陷最敏感、直流叠加工频交流对浇注缺陷最敏感、直流耐久对卷绕缺陷最敏感。基于缺陷机制，提出缺陷防护策略，为提升电容器可靠性提供了理论与技术支撑。

Abstract

In the VSC-HVDC transmission system，metallized film capacitors serve as core energy storage components，and their reliability directly affects safe operation of the power grid. As for the the failure issues due to manufacturing defects in projects，in this paper the failure mechanisms of such four typical defects as winding，metallization，casting and impurity intrusion are systematically studied. Through such multidimensional tests as inter-electrode voltage withstand，impulse discharge，and accelerated aging under AC and DC conditions and also in combination with capacitance degradation as well as dielectric loss characteristic analysis，the failure of defects under different stress conditions are revealed. The capacitance sensitivity factor is used to quantify the defect sensitivity of different tests. The results show that inter-electrode voltage withstand is most sensitive to metallization defects，the impulse discharge is most sensitive to the winding defects，the DC voltage accelerated aging is most sensitive to casting defects，the DC superimposed power frequency AC is most sensitive to casting defects，and the DC durability is most sensitive to the winding defects. The defect protection strategies are proposed based on the defect mechanism，providing theoretical and technical support for enhancing capacitor reliability.

关键词

Keywords

references

雷翔胜，王兴华，王彦峰，等.柔性直流变压器油箱的仿真建模与振动特性分析[J].广东电力，2023，36（6）：67-75.

LEI Xiangsheng，WANG Xinghua，WANG Yanfeng，et al. Simulation modeling and vibration characteristic analysis for oil tank of flexible DC transformer[J]. Guangdong Electric Power，2023，36（6）：67-75.

朱一昕，楼顺凯，雷乔舒，等.高压全膜电力电容器热学数值模拟及实验研究[J].广东电力，2023，36（4）：57-63.

ZHU Yixin，LOU Shunkai，LEI Qiaoshu，et al. Numerical simulation and experimental study on high-voltage full-film power capacitor thermodynamics[J]. Guangdong Electric Power，2023，36（4）：57-63.

程骁，顾乔根，任旭超，等.海上风电柔性直流输电换流变差动保护的适应性分析[J].浙江电力，2024，43（3）：8-18.

CHENG Xiao，GU Qiaogen，REN Xuchao，et al.Adaptability analysis on differential protection of converter transformers in aVSC-HVDCtransmission system connected to offshore wind farms[J].Zhejiang Electric Power，2024，43（3）：8-18.

左强林，雷乔舒.电容器不同介质结构直流和交流试验电压比值的理论研究[J].电力电容器与无功补偿，2025，46（1）：29-34.

ZUO Qianglin，LEI Qiaoshu. Theoretical study on DC-AC test voltage ratio of different dielectric systems in capacitor[J]. Power Capacitor & Reactive Power Compensation，2025，46（1）：29-34.

钟少龙，方立龙，王昕劼，等.金属化薄膜电容器元件电-磁-热耦合特性仿真研究[J].电力电容器与无功补偿，2025，46（3）：51-60.

ZHONG Shaolong，FANG Lilong，WANG Xinjie，et al. Simulation of electric-magnetic-thermal coupling characteristics of metallized film capacitor elements[J]. Power Capacitor & Reactive Power Compensation，2025，46（3）：51-60.

邹常跃，韦嵘晖，冯俊杰，等.柔性直流输电发展现状及应用前景[J].南方电网技术，2022，16（3）：1-7.

ZOU Changyue，WEI Ronghui，FENG Junjie，et al. Development status and application prospect ofVSC-HVDC[J]. Southern Power System Technology，2022，16（3）：1-7.

刘泳斌，曹均正，黄金魁，等.金属化膜电容器可靠性研究进展[J].电力电容器与无功补偿，2019，40（1）：53-58.

LIU Yongbin，CAO Junzheng，HUANG Jinkui，et al. Study development on the reliability of metallized film capacitor [J]. Power Capacitor&Reactive Power Compensation，2019，40（1）：53-58.

李化，章妙，林福昌，等.金属化膜电容器自愈理论及规律研究[J].电工技术学报，2012，27（9）：218-223.

LI Hua，ZHANG Miao，LIN Fuchang，et al. Study on theory and influence factors of self-healing in metallized film capacitors[J]. Transactions of China Electrotechnical Society，2012，27（9）：218-223.

雷晓燕，隆礼，李金宇，等.缩比电容器装置噪声特性及其影响因素研究[J].高压电器，2024，60（11）：131-139.

LEI Xiaoyan，LONG Li，LI Jinyu，et al. Study on noise characteristics and its influencing factors of scaled capacitor[J]. High Voltage Apparatus，2024，60（11）：131-139.

湛海涯，信建伟，王忠辉.电力电容器用聚丙烯薄膜微观结构对性能的影响研究[J].电力电容器与无功补偿，2025，46（1）：45-51.

ZHAN Haiya，XIN Jianwei，WANG Zhonghui. Research on influence of microstructure of polypropylene film of power capacitor on its performance[J]. Power Capacitor & Reactive Power Compensation，2025，46（1）：45-51.

张国豪，李化，林福昌，等.金属化聚丙烯膜电容器自愈产气特性与保护技术[J].高压电器，2024，60（6）：197-202.

ZHANG Guohao，LI Hua，LIN Fuchang，et al. Study on selfhealing gas generation characteristics and protection technology of metallized polypropylene film capacitor[J]. High Voltage Apparatus，2024，60（6）：197-202.

方仍存，雷何，杨东俊，等.变流器辅助换流的柔性切换开关拓扑与控制[J].电力工程技术，2023，42（1）：43-49.

FANG Rengcun，LEI He，YANG Dongjun，et al. A converter-assisting flexible switch topology and its control strategy[J]. Electric Power Engineering Technology，2023，42（1）：43-49.

柴斌，史磊，韦鹏，等.油浸电容器元件损耗频率特性计算参数的修正[J].高压电器，2023，59（11）：211-216.

CHAI Bin，SHI Lei，WEI Peng，et al. Correction on power loss characteristic calculation parameters of oil immersed capacitor elements[J]. High Voltage Apparatus，2023，59（11）：211-216.

陈磊，吴诚威，李澳，等.基于电流监测和动态电阻分析的电容器组SF 6 断路器电寿命评估系统[J ] .高压电器，2024，60（1）：55-62.

CHEN Lei，WU Chengwei，LI Ao，et al. Electrical endurance assessment system of SF 6 circuit breaker for switching capacitor bank based on current monitoring and dynamic resistance analysis[J ] . High Voltage Apparatus，2024，60（1）：55-62.

YE Xuerong，HU Yifan，ZHENG Bokai，et al. Reliability assessment of film capacitors oriented by dependent and nonlinear degradation considering three-source uncertainties[J]. Microelectronics Reliability，2021，126：114277.

ZHAO Zhaoyang，DAVARI P，LU Weiguo，et al. An overview of condition monitoring techniques for capacitors in DC-link applications[J]. IEEE Transactions on Power Electronics，2021，36（4）：3692-3716.

吴云杰，张金保，赖伟，等.基于金属化薄膜电容器状态在线监测的剩余寿命评估方法[J].电工技术学报，2024，39（22）：7239-7255.

WU Yunjie，ZHANG Jinbao，LAI Wei，et al. Remaining lifetime assessment method based on on-line condition monitoring of metallized film capacitors[J]. Transactions of China Electrotechnical Society，2024，39（22）：7239-7255.

李维维，高琪，芦锋.柔性直流输电工程用直流支撑电容器的开发探讨[J].电力电容器与无功补偿，2017，38（3）：95-98.

LI Weiwei，GAO Qi，LU Feng. Discussion on the development of DC-link capacitor for flexible HVDC transmission project[J]. Power Capacitor & Reactive Power Compensation，2017，38（3）：95-98.

ZHANG Jie，WANG Feipeng，ZHOU Jian，et al. Dependence of self-healing arc on metal vaporization contributions for metallized film capacitor[C]//2024 IEEE5th International Conference on Dielectrics（ICD）. [S.l.]：IEEE，2024：1-4.

QI Xiaoguang，BOGGS S. Analysis of the effects of end connection quality on the dielectric loss of metallized film capacitors[J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation，2004，11（6）：990-994.

王健涛，吴致远，王昕劼，等.金属化膜击穿与自愈性能研究[J].电力电容器与无功补偿，2024，45（1）：102-107.

WANG Jiantao，WU Zhiyuan，WANG Xinjie，et al. Study on breakdown and self-healing performance of metallized film[J]. Power Capacitor & Reactive Power Compensation，2024，45（1）：102-107.

WANG Zijian，YAN Fei，HUA Zheng，et al. Geometric optimization of self-healing power capacitor with consideration of multiple factors[J]. Journal of Power Sources，2016，323：147-157.

MCCLUSKEY F P，LI NM，MENGOTTI E. Eliminating infant mortality in metallized film capacitors by defect detection[J]. Microelectronics Reliability，2014，54（9/10）：1818-1822.

CHENG L，LI Z，WANG J，et al. Degradation behavior and mechanism of metalized film capacitor under ultrahigh field [J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation，2023，30（2）：509-517.

左强林，葛昌晶，雷乔舒.卷绕工艺对直流支撑电容器圆元件膜层间压强的影响研究[J].电力电容器与无功补偿，2025，46（1）：66-71.

ZUO Qianglin，GE Changjing，LEI Qiaoshu. Study on influence of winding process on inter-layer pressure of cylindrical element film in DC-link capacitor[J]. Power Capacitor&Reactive Power Compensation，2025，46（1）：66-71.

FUCHANG Lin，XIN Dai，JIN Li，et al. On the failure mechanism of metallized polypropylene pulse capacitors[C]//2000 Annual Report Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena（Cat. No. 00CH37132）. [S.l.]：IEEE，2000：592-595.

SMULKO J，JÓZWIAK K，OLESZ M. Quality testing methods of foil-based capacitors[J]. Microelectronics Reliability，2012，52（3）：603-609.

SHKURATOV S I，TALANTSEV E F，HATFIELD L L，et al. Single-shot，repetitive，and lifetime high-voltage testing of capacitors[J]. IEEE Transactions on Plasma Science，2002，30（5）：1943-1949.

郭大德.金属化膜电容器的损耗分析及损坏机理[J].电力电容器，1995（2）：12-15.

张学恒.电解电容卷绕过程故障分析及其控制系统的实现[D].贵阳：贵州大学，2021.

储松潮，束长青，潘毓娴，等. BOPP电容薄膜可卷绕性研究[C]//2020年陕西省电网节能与电能质量技术学会换届大会暨全国电能质量学术年会2020.

IL'YASCHENKO D P，CHINAKHOV D A，MAMADALIEV R A. Effect of inverter power source characteristics on welding stability and heat affected zone dimensions[C]//IOP Conference Series：Earth and Environmental Science. IOP Publishing，2018，115（1）：012041.

李建涛.工艺和设计对直流电容器ESR的影响[C]//陕西省电网节能与电能质量技术学会2014学术交流会. 2014.

李化，李智威，黄想，等.金属化膜电容器研究进展[J].电力电容器与无功补偿，2015，36（2）：1-4.

LI Hua，LI Zhiwei，HUANG Xiang，et al. Research progress on metallized film capacitors[J]. Power Capacitor & Reactive Power Compensation，2015，36（2）：1-4.

浏览量

下载量

CSCD

CNKI被引量

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

交直流叠加工况下金属化膜电容器电热寿命特性

柔性直流输电系统电容器稳态及暂态运行特性研究

金属化膜电容器的恒定湿热试验

应用于DC-Link电容器的金属化膜自愈特性分析

金属化安全膜结构设计方法研究