一種干式金屬化膜電容器氣敏保護裝置和方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于電氣設備技術領域，更具體地，涉及一種干式金屬化膜電容器氣敏保 護裝置和方法。
【背景技術】
[0002] 金屬化膜電容器由金屬化膜構成，由于其金屬電極厚度很薄，僅為nm級，因而具 有自愈特性，內部電弱點擊穿后可恢復絕緣，可以工作在臨界擊穿場強下，大大提高了介質 膜的儲能密度，減小儲能元件的體積。目前金屬化膜電容器常作為脈沖功率電源的儲能器 件，或用于電力系統交直流濾波和無功補償等場合。
[0003] 當金屬化膜電容器內部介質出現明顯老化、運行于高溫環境、耐受電壓過高或以 上因素同時作用時，金屬化膜電容器會出現由于自愈失敗導致的擊穿鼓肚現象，在金屬化 膜電容器元件擊穿的同時，擊穿點的高溫會導致電容器元件內部聚丙烯膜的分解，從而產 生大量氣體。如不能及時將電容器從電源切除，會使得金屬化膜電容器內部故障元件持續 產氣最終可能導致電容器爆裂著火，對周圍的電氣設備造成二次損害，因此，及時有效地對 電容器內部故障進行檢測并切除故障電容器對于保障設備安全具有重要的意義。
[0004] 目前，干式金屬化膜電容器的保護方式多采用壓力保護、溫度保險絲保護和熔絲 保護等。壓力保護的工作原理是電容器故障時產生氣體導致電容器內部氣壓變大，使得電 容器外殼變形拉斷內部保護裝置切斷電源，采用壓力保護裝置的電容器必須待電容器內部 氣壓達到一個較大的值時才能動作，可能出現動作不及時的風險，且壓力保護裝置一般為 機械裝置，存放時間長可能出現失效的情況。溫度保險絲保護的工作原理是將溫度保險絲 置于電容器元件芯軸內部，當電容器元件故障時會產生局部高溫，使得溫度熔絲熔斷。該方 法存在的問題在于，電容器元件故障時其局部熱點的位置隨機性很大，無法保證局部熱點 與溫度保險絲所在位置重合以使溫度保險絲熔斷；此外，熔絲保護的工作原理是利用電容 器元件短路時出現低阻短路使得電容器其余并聯部分對該短路點放電產生大電流使得熔 絲熔斷，然而，在金屬化膜電容器中，擊穿點的短路電阻會在D~MQ之間變化，若出現高 阻短路則熔絲無法熔斷，該方法的可靠性無法保證。
【發明內容】
[0005] 針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種干式金屬化膜電容器氣 敏保護裝置和方法，其目的在于，利用電容器元件故障產氣導致電容器內部空隙中氫氣含 量的變化對電容器內部故障進行檢測，并給出信號以切斷干式金屬化膜電容器電源，從而 克服現有方法中存在的可靠性差的技術問題。
[0006] 為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種干式金屬化膜電容器的保 護裝置，包括熱傳導型氫氣傳感器和檢測電路，檢測電路包括彼此串聯連接的第一電阻、電 位器、以及第二電阻，第一電阻遠離電位器的一端與工作電壓的負極以及氫氣傳感器4的 第一輸入端電連接，第二電阻遠離電位器的一端與工作電壓的正極以及氫氣傳感器的第二 輸入端電連接，氫氣傳感器的輸出端和電位器的滑動端作為檢測電路的電壓輸出端，分別 引出兩根信號線至干式金屬化膜電容器的外部。
[0007] 優選地，第一電阻、電位器、以及第二電阻之間的電阻值之比為4:1:4。
[0008] 優選地，氫氣傳感器為熱傳導式氫氣傳感器。
[0009] 按照本發明的另一方面，提供了一種干式金屬化膜電容器，包括多個電容器元件 以及上述保護裝置，保護裝置設置于干式金屬化膜電容器內頂部的一側，多個電容器元件 設置于干式金屬化膜電容器內，電容器元件與干式金屬化膜電容器頂部之間具有空隙。
[0010] 按照本發明的另一方面，提供了一種干式金屬化膜電容器的保護方法，是應用在 上述干式金屬化膜電容器的保護裝置中，該方法包括以下步驟：
[0011] (1)將保護裝置置于氫氣濃度為Oppm的環境中，并調節電位器，使得檢測電路的 輸出電壓為OmV ;
[0012] (2)將保護裝置置于氫氣體積濃度為N的環境中，并測量此時檢測電路的輸出電 壓值UN。
[0013] (3)確定保護裝置所處環境中氫氣體積濃度n與檢測電路的輸出電壓U之間的關 系：n = U*(N/Un)。
[0014] (4)將保護裝置安裝于干式金屬化膜電容器的頂部，將干式金屬化膜電容器接入 電源，當干式金屬化膜電容器內部有電容器元件出現擊穿短路故障時，電容器元件大量產 氣，該氣體最終匯聚到干式金屬化膜電容器頂部的空隙中；
[0015] (5)判斷保護裝置的電壓輸出端處的輸出電壓信號是否達到設定閾值，如果到達， 則給出報警信號，并將干式金屬化膜電容器從電源切除，否則繼續等待氣體匯聚到干式金 屬化膜電容器頂部的空隙中。
[0016] 總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有 益效果：
[0017] 1、本發明方法可較為靈敏地對金屬化膜電容器內部故障進行檢測，檢測方式簡便 有效；
[0018] 2、本發明的保護裝置安裝于干式金屬化膜電容器內的頂部，便于安裝和檢修；
[0019] 3、本發明采用的檢測電路結構較為簡單，其運行穩定性和安全性較好。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發明干式金屬化膜電容器的保護方法的流程圖。
[0021] 圖2是本發明干式金屬化膜電容器的保護裝置的示意圖。
[0022] 圖3是具有本發明保護裝置的干式金屬化膜電容器的局部剖視圖。
【具體實施方式】
[0023] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并 不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要 彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0024] 本發明的思路在于，提供一種干式金屬化膜電容器的保護裝置和方法，其作用在 于當金屬化膜電容器內部元件出現擊穿短路故障時，電容器元件會產生大量氣體，該氣體 主要成分為氫氣。電容器元件產生的氣體最終會匯聚到電容器頂部的空隙中，使得該部分 空間氣體成分中氫氣含量增大，氫氣含量增大會導致電容器頂部的氫氣傳感器阻值變大， 通過檢測電路使得輸出信