范慶慶

珠海格力新元電子有限公司 廣東珠海 519000

鋁電解電容器有著高耐壓和大容量特點，憑借其大功率優(yōu)勢，在諸多場合廣泛應用，在電力系統(tǒng)中鋁電解電容器占據(jù)重要地位，其性能高低，很大程度上影響到電力系統(tǒng)的運行可靠性。但是，電力系統(tǒng)長期運行中，鋁電解電容器故障幾率最高，基于現(xiàn)代化技術手段對鋁電解電容器預診斷，及時發(fā)現(xiàn)和解決鋁電解電容器故障，及時改進裝置故障，確保鋁電解電容器安全穩(wěn)定運行。文章主要從鋁電解電容器的組成和結構角度著手分析，結合鋁電解電容器工作原理來退化分析，并建模分析，探究故障預診斷在電力系統(tǒng)鋁電解電容器故障診斷中應用效果，以期為后續(xù)相關研究提供支持和參考。

1 鋁電解電容器的結構和模型

鋁電解電容器內部構成復雜，包括保護結構、電容器芯子、引出線多個部分構成。電容器芯子屬于功能部分，進一步細化包含電解液、陽極金屬箔和陰極金屬箔。陽極箔上化成反應后會產生金屬氧化膜，耐壓能力較強。故此，鋁電解電容器的耐壓等級較高。而一般鋁電解電容器，很少會對陰極箔化成處理，所以陽極金屬氧化膜為介質構成電容量。金屬的氧化膜有著單向導流和極性特點，如果選擇反接方式，大電流通過金屬氧化膜致使內部發(fā)熱，電容器無法正常運行使用。

一般情況下，由丙三醇、乙二醇和氨水等物質構成的電解液，可以起到陰極的功能，化學反應來修補陽極氧化膜，并且由于電解液中有襯墊紙吸附電解液，用于規(guī)避短路情況出現(xiàn)[1]。另外，電容器陰極箔并未配備介質氧化膜，所以其功能主要是用于電解液和外部引出線連接的功能。通過金屬箔留出諸多小孔，有助于進一步擴大鋁電解電容器容量，滿足鋁電解電容器穩(wěn)定運行要求[2]。

2 鋁電解電容器退化分析和預測壽命

2.1 鋁電解電容器退化分析

對于鋁電解電容器的退化分析，可以從結構角度來分析探討，鋁電解電容器運行性能高低很大程度上受到金屬氧化膜質量所影響，其影響因素有廠商工藝水平，以及電解液對氧化膜質量的不良影響，是因為電解液會促進介質的性質變化，化學反應可以修復介質氧化膜，但也會導致電容器性能退化。

如，水合反應會加劇介質劣化。

鋁電解電容器運行期間會出現(xiàn)電化反應，可以修補氧化膜，無法為反應形成合適的工藝條件，可能導致形成的氧化膜質量不符合要求，降低電容器耐壓性能[3]。

2.2 壽命預測

鋁電解電容器性能高低，很大程度上取決于內部化學反應環(huán)境，溫度則是影響化學反應速度的一個主要條件，公式如下：

R 是反應速度，aE 是反應活化能，A 是非溫度相關常數(shù)，k 是波爾茲曼。

如果是不同的溫度條件，計算得到相應的反應速度之比，可以確定溫度工作壽命模型：

公式中，Lr是指額定工作標準下的標稱壽命；La是實測工作壽命；Ta是裝置實際運行溫度；Tr則是額定工作溫度的最大值[4]。

從實際情況來看，導致鋁電解電容器退化的并非僅僅是溫度因素，還有濕度和電壓等因素，同樣會導致鋁電解電容器退化。此種情況的出現(xiàn)，可以設置實驗來驗證，在高壓環(huán)境下，陽極電化反應會直接弱化電容器的各項性能，最為典型的當屬電解液析出氫氣，一定程度上會升高核溫。核溫是影響鋁電解電容器性能的主要因素之一，如果是在直流電壓環(huán)境下，可以將殼溫、環(huán)境溫度與核溫看作是一致的數(shù)值，但是受到紋波電流影響，ESR 存在可能導致電容芯子溫度逐步升高。

3 ESR 模型和參數(shù)選擇

基于鋁電解電容器退化機制了解到，裝置內部所產生的物理反應、化學反應，是導致鋁電解電容器退化的主要因素，會導致電解液大量損失，同時增加ESR。ESR 是鋁電解電容器功率損耗的主要因素，加快器件裝置退化，升高電容器的核溫。很多情況下難以直接測量得到電解液容量，尤其是在線診斷無法直接接觸，所以可以選擇ESR 標準來實現(xiàn)。具體方法有以下幾種。

3.1 時間積分法

此種方法的應用原理是根據(jù)電解液容量變化隨時間積分來獲取ESR，此種方法獨立性、通用性優(yōu)勢鮮明，在獲取電容器紋波電流參數(shù)基礎上即可計算，不需要考慮電路其他部分。但是，計算中經驗公式較多，所以多是依托器件初始工作疊加計算，一定程度上可能損害到此種方法的精度[5]。此外，時間間隔參數(shù)疊加，在滿足測量實用性前提下，難以滿足在線故障診斷需要。

3.2 參數(shù)推導法

ESR 的獲取，基于推導計算電路工作參數(shù)實現(xiàn)，此種方法操作簡單，但是由于各項條件過于理想化，需要設定ESR 小于負載電阻，積分過程簡化，而在實際電路中卻難以滿足，實用性較差，所以實際應用范圍狹窄，還有待進一步改進。

4 結語

綜上所述，鋁電解電容器長時間使用不可避免的會出現(xiàn)退化問題，影響到裝置的使用壽命，進而在電力系統(tǒng)中應用起到應有的效應。所以，應在把握鋁電解電容器工作原理、結構和構成等內容基礎上，通過建立模型來退化發(fā)內心和故障預診斷，便于及時發(fā)現(xiàn)和解決鋁電解電容器故障。