【正文】 國(guó)的庫(kù)柏公司和日本的日新電機(jī)公司紛紛來(lái)我國(guó)建立合資公司 ，這一方面增大了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的壓力，同時(shí)也帶來(lái)了先進(jìn)的電力電容器制造技術(shù)，客觀上促進(jìn)了國(guó)產(chǎn)品牌電容器技術(shù)的發(fā)展。本文分別對(duì)電力電容器的設(shè)計(jì)方法 、 絕緣材料 、 生產(chǎn)工藝 、 試驗(yàn)方法 、 應(yīng)用等方面的技術(shù)進(jìn)展做出綜合的分析 。 第 1 階段， 20 世紀(jì) 70 年代以前，基本上以電容器紙為固體介質(zhì)，以礦物油或 PCB 為液體介質(zhì)。同時(shí)，由于新液體介質(zhì)具有良好的吸氣性能，使電容器 運(yùn)行及發(fā)生故障時(shí)外殼膨脹爆破的可能性大為減少，大大提高了電網(wǎng)安全運(yùn)行的可靠性。其中高、低壓并聯(lián) 電容器及成套裝置包括自愈式電容器、高壓并聯(lián)電容器、集合式電容器及成套裝置。 當(dāng)前，我國(guó)電力電容器制造業(yè)正處于發(fā)展的大好時(shí)期，電力電容器在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá) 95%以上，還有少量出口到亞洲和非洲市場(chǎng)。 20 世紀(jì) 90 年代末期，國(guó)際上的跨國(guó)公司看到了中國(guó)電力電容器市場(chǎng)的發(fā)展機(jī)遇，爭(zhēng)先在我國(guó)建立合資企業(yè)，至今已有 ABB、日本日新、西門(mén)子等在中國(guó)建立了生產(chǎn)電力電容器和電容式電壓互感器的合資企業(yè)。幾年來(lái)全行業(yè)進(jìn)口全自動(dòng)電容器原件卷制機(jī) 20 多臺(tái)，使美國(guó)專業(yè)制造卷制機(jī)的希爾頓公司生產(chǎn)爆滿。 為滿足我國(guó)電力建設(shè)對(duì)電力電容器需求量大、性能標(biāo)準(zhǔn)高 的要求 ，近幾年各個(gè)主要生產(chǎn)企業(yè)普遍制訂了宏偉的發(fā)展規(guī)劃，花費(fèi)高額投資在采用世界先進(jìn)技術(shù)裝備的基礎(chǔ)上擴(kuò)建新廠或生產(chǎn)線，使我國(guó)電力電容器制造業(yè)躍居世界一流水平，為使我國(guó)從電力電容 器的生產(chǎn)大國(guó)提升至世界生產(chǎn)強(qiáng)國(guó)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 表 11各類(lèi)電力電容器產(chǎn)品產(chǎn)量 增長(zhǎng)情況 類(lèi) 型 年 份 1980 1990 20xx 20xx 20xx 殼式高壓并聯(lián)及濾波電容器 /萬(wàn) kvar 193 430 865 4240 10802 集合式及箱式電容器 /萬(wàn) kvar —— 3 369 1419 1141 高壓自愈式電容器 /萬(wàn) kvar —— —— 5 130 27 低壓箔式電容器 /萬(wàn) kvar 192 99 3 —— —— 低壓自愈式電容器 /萬(wàn) kvar —— 76 369 4075 7542 電容式電壓互感器 /萬(wàn) kvar 133 789 5247 13771 22139 電容器全品種綜量 /萬(wàn) kvar 771 1039 6191 13346 31397 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 從表 1 可以看出： 20xx 年與 1980 年相比，殼式高壓并聯(lián)及濾波電容器產(chǎn)量增長(zhǎng)到 56倍；集合式及箱式電容器從零發(fā)展到 1141 萬(wàn) kvar；在低壓并聯(lián)電容器領(lǐng)域，先進(jìn)的自愈式電容器完全取代了傳統(tǒng)的箔式電容器。國(guó)內(nèi)企業(yè)的工藝裝備總體上說(shuō)已達(dá)到了國(guó)際一流水平 ，這一方面是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的促進(jìn)作用，同時(shí)也有中外合資企業(yè)的帶動(dòng)作用。 過(guò)去，制造廠僅提供電容器單元散件，由用戶組裝成套；現(xiàn)在，電容器制造企業(yè)提供的是整體解決方案、完整成套產(chǎn)品和全過(guò)程的技術(shù)服務(wù) 。 ≤ ％ 。 、滾壓式套管。 集合式 及箱式電容器技術(shù)現(xiàn)狀 6～ 66kV，單臺(tái)容量 1000— 10000kvar；箱式電容器電壓為 6～ 35kV，單臺(tái)容量已達(dá) 26000kvar。 高壓 自愈式電容器 我國(guó)在 1998 年自行開(kāi)發(fā)了干式高壓自愈式電容器，投放市場(chǎng)后，逐步發(fā)現(xiàn)故障率較高，之后在保護(hù)方面作了很多有效的研究和改進(jìn)工作，惡性故障得到了控制，但還存在著電容損失較大的問(wèn)題。常規(guī)單臺(tái)容量為 30kvar，最大到 60kvar。研制出 SF6 氣體絕緣 CVT，電壓等級(jí)覆蓋 110～500kV，投人電網(wǎng)運(yùn)行達(dá) 3 年以上。新 結(jié)構(gòu)介質(zhì)耐電強(qiáng)度高，損耗小，鋁箔折邊改善邊緣場(chǎng)強(qiáng)，改善局部放電性能。產(chǎn)品的介質(zhì)損耗極小，以確保電容器工作時(shí)很低的溫升。因此電容器的體積大大縮小，減輕了電容器的重量，容量體積比最大可達(dá)到 F／ 3m 。目前其它的國(guó)產(chǎn)機(jī)車(chē)用電力電容器均采用普通型 油浸膜箔復(fù)合式電容器，元件全部并聯(lián)，一般用金屬熔斷絲保護(hù)。薄膜的一個(gè)局部范圍內(nèi)發(fā)生自愈擊穿，電容量的損失率一般不會(huì)超過(guò) 50PPM。端面接觸面積大，接觸電阻小，通過(guò)電流及涌流的能力就很強(qiáng)。兩者取其一，與直邊分切的薄膜配套進(jìn)行卷繞。電容器采用菜籽油有著 顯著的優(yōu)點(diǎn)：薄膜擊穿強(qiáng)度可以提高 25％以上。菜籽油取材方便，價(jià)格低廉，綠色環(huán)保，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。所以從 20xx 年開(kāi)始， 國(guó)內(nèi)電容器廠家 借鑒國(guó)外技術(shù)，采用鋁箔極板一邊折邊，一邊突出結(jié)構(gòu)，不僅改善了電極邊緣的電場(chǎng)分布，降低損耗 (現(xiàn)在電容器損耗可以做到小于 ／ kvar)，降低了電容器發(fā)熱功率，直接提高了電容器的質(zhì)量 [3]。如果內(nèi)熔絲在一 個(gè)封閉的結(jié)構(gòu)中就不會(huì)影響絕緣油了，所以內(nèi)熔絲結(jié)構(gòu)還有待進(jìn)一步研究。此后，西歐出現(xiàn)了平膜法生產(chǎn)技術(shù)。 表： 15μm 國(guó)產(chǎn)膜與進(jìn)口膜性能比較 性能 國(guó) 產(chǎn) 進(jìn) 口 bE （元件法， DC，ＭＶ /m） 365 342 tanδ 電弱點(diǎn)（個(gè) /㎡） ≤ ≤ ρ (??㎝ ) 隨著全膜電容器技術(shù)水平的提高，厚度薄的聚丙烯薄膜的應(yīng)用越來(lái)越大，例如 12μm 及以下的薄膜將占主導(dǎo)地位。如果按 2m2／ kvar計(jì)算 ，則一臺(tái) 200kvar 電容器可能會(huì)有多達(dá) 200 個(gè)的電弱點(diǎn)，即 200 個(gè)絕緣缺陷。 從試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)得出，降低粗糙度可有效提高薄膜的電氣強(qiáng)度，減少電弱點(diǎn)。 液體介質(zhì) 液體介質(zhì)應(yīng)滲透到電容器固體介質(zhì)內(nèi)的所有空隙，消除產(chǎn)品內(nèi)的殘存氣體，提高產(chǎn)品局放性能。 西容所從 83年起就對(duì)芐基甲苯進(jìn)行了研究。 這種油的優(yōu)點(diǎn)是吸氣性好，比色散僅次于 IPB，為 200左右，粘度小， (雙芐基甲苯略大，與單芐基甲苯摻和比 IPB、 PXE都 小得多 )，有利于浸 漬 全膜電容器。 現(xiàn)在法國(guó)為解決人們厭惡的氣味問(wèn)題，研究了氣味掩蔽劑，但涉及專利，沒(méi)有公布。只有一個(gè)芳香環(huán) 的絕緣油 吸氣性不夠好，含有更多芳香環(huán)會(huì)使油的粘度增大， 凝固點(diǎn)增高，保證不了 油 的其它性能。因此要權(quán)衡利 弊。一種絕緣油很難滿足各方面的性能要求。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 第 5章 生產(chǎn)工藝方面的進(jìn)展 生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀 電力電容器制造包括四個(gè)方面的工藝 ： 機(jī)加工工藝 ， 元件卷制工藝 ，真空浸漬工藝和油處理工藝 ， 其中后三者為電力電容器的專業(yè)工藝 ， 機(jī)加工工藝只影響產(chǎn)品外觀質(zhì)量 ， 油處理工藝影響液體介質(zhì)的性能和質(zhì)量 。配套的專用設(shè)備，如新型的 芯子 壓裝、熔絲繞制、 芯子 包繞和自動(dòng)裝箱設(shè)備已在國(guó)內(nèi)研制成功并應(yīng)用于生產(chǎn)。在元件卷制工藝中，潔凈度是影響產(chǎn)品質(zhì)量的最主要因素，尤其對(duì)全膜電容器而言，由于薄膜具有靜電吸附的作用，很容易吸附環(huán)境中的塵埃。各工序由滾珠平臺(tái)輔以傳送 (帶 )裝置來(lái)完成 芯子 及相關(guān)零部件的傳遞和運(yùn)送，其動(dòng)力源由電 機(jī) 和壓縮空氣提供。 用于 芯子 壓裝的臥式壓床 用于 芯子 壓裝的臥式壓床，以替代傳統(tǒng)的立式壓床，它能完成水平面至豎直方向，即 0186。角的豎直方向時(shí)，可用于元件 (預(yù)先將由元件卷繞機(jī)經(jīng)傳送帶傳送過(guò)來(lái)的元件放置好內(nèi)熔絲，襯墊等 )、 紙板及 芯子 內(nèi)包封等的疊裝，然后將臥 式壓床翻轉(zhuǎn)至水平位置，用手提打包機(jī)打包 。 芯子 外包封自動(dòng)包繞裝置 傳統(tǒng)的 芯子 打包系將裁切好的電纜紙按一定數(shù)量和技術(shù)要求折疊后，將 芯子 包封后在打包機(jī)上用聚丙烯帶打包。工作程序啟動(dòng)后， 芯子 由翻轉(zhuǎn)架使其立放于 芯子 轉(zhuǎn)動(dòng)夾具上，并上下夾緊，隨后將電纜紙起始端用膠紙粘貼在 芯子 大面上， 使電纜紙隨 芯子 轉(zhuǎn)動(dòng)而包繞在 芯子 上，直至包繞的電纜紙層數(shù)符合技術(shù)要求為止。啟動(dòng)氣缸開(kāi)關(guān)，使器身在一預(yù)先設(shè)定的恒力下平穩(wěn)地推人外殼內(nèi)，遂翻轉(zhuǎn) 90186。張力控制包括手動(dòng)式張力控制，卷徑檢測(cè)式張力控制，全自動(dòng)張力控制，浮輥式張力控制，張力錐度控制等方式 [4]。 放卷部分：放卷張力的大小取決于放卷執(zhí)行機(jī)構(gòu)的制動(dòng)力矩，為了 保持一定的張力，隨著卷徑的減小，必須減小制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 電容器外殼壁自動(dòng)折彎設(shè)備 電容器外殼由壁、底、蓋以及吊 環(huán) 等焊接而成。 電容器外殼焊 接 技術(shù) 全部采用自動(dòng)氬弧焊 ， 氬弧焊廣泛適用于普通鋼板和不銹鋼板之焊接，其焊縫具有均勻、光滑，成形好以及密封性好等特點(diǎn)。設(shè)備符合國(guó)家 技術(shù)安全和環(huán)境噪聲要求。但是，即使把真空度提高到 10 － 1 Pa，空隙的氣體分子密度仍高達(dá) 10 16個(gè)／ m3，如果進(jìn)一步提高到 1 0－ 4Pa，氣體密度仍達(dá)到 10 13個(gè)／ m3。 由于真空干燥浸漬的工藝過(guò)程的重要性 ， 隨著產(chǎn)品質(zhì) 量意識(shí)的強(qiáng)化 ，近十多年來(lái) ， 國(guó)內(nèi)電力電容器行業(yè)的各生產(chǎn)廠家對(duì)此進(jìn)行了大量有益的探索 ， 現(xiàn)在已由過(guò)去傳統(tǒng)的 “ 群抽浸泡式 ” 向 “ 單抽單 注式 ” 和 “ 雙抽單注式 ” 發(fā)展 。 將檢驗(yàn)合格的芯體元件裝入電容器殼體 ， 并將接線接好 ， 殼體密封焊好 ， 每臺(tái)電容器預(yù)留一個(gè)薄壁銅管接口 ； 將多臺(tái)電容器整齊排放在工藝平車(chē)上 ， 工藝平車(chē)上有電容器油浸漬槽及真空抽氣注油管路系統(tǒng) ， 將管路系統(tǒng)上的不銹鋼軟管與電容器的薄壁銅管一一對(duì)接 ， 將工藝平車(chē)推入真 空加熱罐并固定連接可靠 ； 然后開(kāi)始進(jìn)行真空干燥 、 真空浸漬和加壓浸漬 ， 全過(guò)程約 120～ 140h， 由 PLC自動(dòng)控制 ； 產(chǎn)品出罐后 ， 在工藝平車(chē)上用液壓鉗將每臺(tái)電容器的薄壁銅管封口并夾斷 ， 最后再進(jìn)行產(chǎn)品老煉 。 現(xiàn)有的電力電容器真空干燥浸漬工藝要經(jīng)歷加熱、低真空、高真空、降溫、注油和浸漬這幾個(gè)階段。另一種情 況是工藝時(shí)間雖沒(méi)有到，但電容器芯子中的水分已充分逸出仍在繼續(xù)抽真空，浪費(fèi)大量的能源。再對(duì)真空罐抽真空，降低電容器周?chē)臻g的壓力，這樣電容器芯子和周?chē)臻g就形成了一個(gè)壓力差 Δ P，從而使水蒸汽從電容器芯子中擴(kuò)散、遷移到周?chē)臻g由真空泵抽走，達(dá)到排除電容器芯子中水分和氣體的作用，傳統(tǒng)方法要達(dá)到最好的干燥效果，一是提高溫度，使電容器芯子中的水分能獲得足夠的動(dòng)能變成水蒸汽，但溫度過(guò)高，絕緣材料會(huì)出現(xiàn)老化現(xiàn)象，損壞其絕緣性能。 “ 變壓法 ” 真空干燥的原理：在傳統(tǒng)的電容器真空干燥原理的基礎(chǔ)上揚(yáng)長(zhǎng)避短。 這樣反復(fù)幾次，大大的提高了電容器芯子中的水分子蒸發(fā)的速度，達(dá)到徹底排除電容器芯子中的水分和氣體的作用。為使夾套中的冷凝水及時(shí)排出夾套，在真空罐外底部加一排水管，通過(guò) 3個(gè)管子和罐夾套相連，當(dāng)夾套有積水首先流入排水管，在排水管出口處安裝了過(guò)濾器、排污閥、疏水器，還有一個(gè)液位器，平時(shí)疏水器工作，及時(shí)排出罐夾套中的積水，當(dāng)積水過(guò)多達(dá)到液位器中所規(guī)定的紅線位置，打開(kāi)排污閥排出積水，保證了罐夾套中沒(méi)有積水，使蒸汽更有效的加熱罐內(nèi)的電容器。以便監(jiān)督人工操作和對(duì)整個(gè)真空干燥浸漬過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制。且 “ 變壓法 ” 真空干燥浸漬工藝的特點(diǎn)是：每罐電容器的真空干燥浸漬時(shí)間不是一個(gè)定值。 極間耐受電壓前電容測(cè)量 以往每年都有 部分 電容器 (無(wú)內(nèi)熔絲保護(hù) )在耐壓前測(cè)試電容時(shí)，電容值大得多，這就是有 2個(gè)及以上串聯(lián)段電容器有一個(gè)元件在元件耐壓或 芯子 耐壓輕微擊穿后未發(fā)現(xiàn)或未更換擊穿元件所致。而在試驗(yàn)電壓下?lián)舸┑脑?，其與故障元件串接的內(nèi)熔絲全部正常熔斷 (即只有一個(gè)元件被隔離 )。 針對(duì)上述弊病，目前安裝了一套包括元件卷繞、耐壓、 芯子 壓裝、錫焊連接、器身包繞和裝箱為一體的生產(chǎn)線，工序傳遞由傳送帶輔以滾珠平臺(tái)完成，完全淘汰了人力搬運(yùn)。元件立放比臥放發(fā)生的與連接片撕裂現(xiàn)象更嚴(yán)重 [14]。褶皺的形成與下列因素有關(guān)：一是元件卷繞時(shí)材料張力調(diào)整不一致；二是產(chǎn)品在真空處理加熱時(shí)，聚丙烯膜在熱作用下，其縱向存在熱收縮力 (往往大于橫向 )，而鋁箔同時(shí)受 到膜縱向收縮時(shí)的擠壓而形成褶皺；三是產(chǎn)品立放 (其元件臥放 )于真空罐內(nèi)處理時(shí)，其 芯子 上端部元件之壓緊系數(shù)相對(duì)較小，鋁箔相對(duì)較易產(chǎn)生橫向褶皺。表征局部放電特性的參量 主要有局部放電起始電壓、熄滅電壓和視在電荷量。這反映了電容器在真空處理、注油及浸漬階段存在薄弱環(huán)節(jié)。 極對(duì)殼耐受電壓試驗(yàn) 此項(xiàng)試驗(yàn)旨在檢驗(yàn)試品的絕緣水平。 損耗角正切的測(cè)量 一般帶有內(nèi)熔絲保護(hù)的并聯(lián)電容器或?yàn)V波電容器等，在真空干燥、浸漬處理正常的前提下，其損耗角正切 (以下簡(jiǎn)稱損耗 )都在 ％及以下。如果損耗越大，則器身或元件未浸油的部位越多；反之亦然。一般 電容器在額定工作條件下的預(yù)期壽命必須達(dá)到 l0萬(wàn)小時(shí)以上，國(guó)外有的公司要求該電容器的壽命必須達(dá)到 20萬(wàn)小時(shí)～ 30萬(wàn)小時(shí)，電容器壽命通過(guò) 加速因子壽命試驗(yàn)獲得。 電容器的溫升試驗(yàn) 電容器的表面溫升試驗(yàn)是通過(guò)電容器的熱穩(wěn)定試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試的。得出部分規(guī)格電容器的溫升試驗(yàn)數(shù)據(jù)。無(wú)功，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是用于電路內(nèi)電場(chǎng)與磁場(chǎng)的交換，并用來(lái)在電氣設(shè)備中建立和維持磁場(chǎng)的電功率。而采用無(wú)功補(bǔ)償，具有減少設(shè)計(jì)容量；減少投資；增加電網(wǎng)中有功功率的輸送比例，降低線損，改善電壓質(zhì)量，穩(wěn)定設(shè)備運(yùn)行；可提高低壓 電網(wǎng)和用電設(shè)備的功率因素，降低電能損耗和節(jié)能；減少用戶電費(fèi)支出 ； 可滿足電力系統(tǒng)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償?shù)臋z測(cè)要求，消除因?yàn)楣β室蛩剡^(guò)低而產(chǎn)生的罰款等優(yōu)點(diǎn)。在輸出一定有功功率的情況下，供電系統(tǒng)的損耗降低。 電力電容器補(bǔ)償 的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) ： 電力電容器無(wú)功補(bǔ)償裝置具有安裝方便，安裝地點(diǎn)增減方便；有功損耗小 (僅為額定容量的 ％左右 )；建設(shè)周期短；投資??；無(wú)旋轉(zhuǎn)部件，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)便；個(gè)別電容器組損壞