【文章內(nèi)容簡介】 ，應(yīng)用范圍覆蓋到 35kV～ 1000kV 電壓等級，在 110～ 220kV 范圍，市場占有率為80％以上，在 330— 1000kV 的超高壓和特高壓領(lǐng)域市場占有率為 100％，在我國電力系統(tǒng)的電能計量、電壓測量、繼電保護(hù)和自動控制等方面發(fā)揮著重要的作用。 近年來，我國電力電容器制造業(yè)的工藝裝備水平有了大幅度提升，廣泛采用了國際上最先進(jìn)的全自動卷制機(jī)、全自動真空浸漬設(shè)備以及國際一流的電容器 芯子 生產(chǎn)線，有的還采用了機(jī)器人焊接箱殼、機(jī)器人噴漆等先進(jìn)設(shè)備和工藝，使電容器的質(zhì)量水平有了明顯提高。過去多年困擾著制造企業(yè)和用戶的老大難問題 — 電容器的滲漏油問題得到了基本解決。國內(nèi)企業(yè)的工藝裝備總體上說已達(dá)到了國際一流水平 ，這一方面是市場競爭的促進(jìn)作用，同時也有中外合資企業(yè)的帶動作用。電容器制造裝備的進(jìn)步也帶動了國內(nèi)相關(guān)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，我國電力電容器行業(yè)走過了大量從國外進(jìn)口設(shè)備到廣泛采用具有同樣技術(shù)水平的國產(chǎn)設(shè)備的路子。 近年來，隨著電容器設(shè)計、制造水平的提高，高性能絕緣油和雙面粗化膜等介質(zhì)的選用，鋁箔折邊、壓力注油、壓力浸漬等工藝的廣泛采用， 使 整個國內(nèi)電力電容器行業(yè)已形成了以全膜電力電容器產(chǎn)品為主導(dǎo)、多種新產(chǎn)品并存的主要格局。目前國外可以生產(chǎn)的產(chǎn)品品種，國內(nèi)企業(yè)基本都可生產(chǎn)，并且有一部分產(chǎn)品已達(dá)到國際先進(jìn)水平，一部分優(yōu)勢企 業(yè)已開始問鼎國際市場并取得了不俗的戰(zhàn)績。 過去，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)品和全過程的技術(shù)服務(wù) 。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 第 2章 各類電容器的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 殼式 高壓并聯(lián)及濾波電容器 334kvar跨越到 500kvar以上，并研制出1000kvar的樣機(jī) 。 :／ kvar左右，最好的達(dá)到 ／kvar。 3％～ +5％ ，有的可達(dá)到更嚴(yán)格的要求。 ≤ ％ 。 ：≤ 20Pc。 ：聚丙烯薄膜浸漬芐基甲苯 (M／ DBT)。 。 、滾壓式套管。 ％以下。 6～ 110kV， 1000kV特高壓變電站用 110kV并聯(lián)電容器裝置已經(jīng)投入運(yùn)行。制造企業(yè)普遍實現(xiàn)了工廠組裝 ， 整體發(fā)運(yùn)的供貨模式 [5]。 集合式 及箱式電容器技術(shù)現(xiàn)狀 6～ 66kV，單臺容量 1000— 10000kvar；箱式電容器電壓為 6～ 35kV，單臺容量已達(dá) 26000kvar。 、占地省、安裝和運(yùn)行維護(hù)簡單等優(yōu)點。對環(huán)境污穢、鳥害、蟲害的防護(hù)性能好，對冰雪、地震、臺風(fēng)等自然災(zāi)害的抵御能力強(qiáng)。 得了同樣的進(jìn)步，從 20xx年全行業(yè)實施質(zhì)量改進(jìn)措施以來，產(chǎn)品質(zhì)量有了明顯提高。 高壓 自愈式電容器 我國在 1998 年自行開發(fā)了干式高壓自愈式電容器，投放市場后，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題。目前，有的公司正在開發(fā) 研制新型干式高壓自愈式電容器 。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 低壓 自愈式電容器 介質(zhì)材料為金屬化聚丙烯薄膜，普遍采用自動卷制機(jī)進(jìn)行元件卷制。有的浸漬電容器蠟，有的浸漬菜籽油，比較先進(jìn)的是真空下經(jīng)硅油浸漬后再環(huán)氧封裝。常規(guī)單臺容量為 30kvar，最大到 60kvar。目前，國內(nèi)技術(shù)總體上與國外先進(jìn)技術(shù)水平還有一定差距，各制造企業(yè)一方面正在努力提高電容器的產(chǎn)品質(zhì)量，同時也在與補(bǔ)償裝置和配套件制造單位合作，力求完善控制和保護(hù)功能，以適應(yīng)廣大用戶投切頻繁、電網(wǎng)諧波含量高等日益嚴(yán)酷的使用條件，確保產(chǎn)品運(yùn)行可靠。 電容式 電壓互感器 近年來，開發(fā)出 了 765kV 和 1000kV 電容式電壓互感器，并在電網(wǎng)中成功運(yùn)行。為適應(yīng)電力市場高精度電能計量的需要，開發(fā)出了 級高精度產(chǎn)品，已經(jīng)投入市場。研制出 SF6 氣體絕緣 CVT，電壓等級覆蓋 110～500kV，投人電網(wǎng)運(yùn)行達(dá) 3 年以上。由于電力系統(tǒng)廣泛采用微機(jī)保護(hù)和數(shù)字化儀表，使 CVT 的二次負(fù)荷大幅度下降。目前，正在改進(jìn)設(shè)計和制造工藝，使產(chǎn)品的絕緣裕度和測量精度進(jìn)一步提高 。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 第 3章 電容器 產(chǎn)品 設(shè)計 的進(jìn)展 電容器設(shè)計思路 目前廣泛采用的設(shè)計結(jié)構(gòu)是全膜介質(zhì) (既可以是三層粗化膜介質(zhì)，也可以是兩層雙面粗化膜介質(zhì) )、 鋁箔突出折邊。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強(qiáng)，改善局部放電性能。鋁箔突出焊接引出，不插引線片，排除了引線片對介質(zhì)造成的機(jī)械損傷。同時，就產(chǎn)品內(nèi)部來說，現(xiàn)在先進(jìn)的國產(chǎn)大容量電容器已經(jīng)采用新型內(nèi)熔絲技術(shù)。 采用金屬化全膜結(jié)構(gòu) 針對電容器的特點，電容器的固體介質(zhì)采用安全型聚丙烯鋅鋁金屬化薄膜，即全膜結(jié)構(gòu)。產(chǎn)品的介質(zhì)損耗極小，以確保電容器工作時很低的溫升。薄膜的介電強(qiáng)度高，電容器的工作場強(qiáng)則大大提高。采用安全防爆型金屬化聚丙烯膜，又在普通金屬化膜的基礎(chǔ)上提高電容器的工作場強(qiáng) 10％~20％。 電容器的工 作場強(qiáng)可達(dá)到 200VDC／ μ m， 300VDC／ μ m。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 。為了能夠更進(jìn)一步的減少體積，電容器 芯子 還采用扁平式卷繞設(shè)計，更大程度的減少了電容器 芯子 占據(jù)的空間。同時電容器具有優(yōu)異的自愈功能，不影響電容器的正常工作。 采用金屬極板內(nèi)熔絲保護(hù) 電容器設(shè)計摒棄 了 原有老式的機(jī)械防爆式結(jié)構(gòu)設(shè)計，改用新型的安全防爆金屬化極板熔絲保護(hù)膜，即安全防爆金屬化膜。目前其它的國產(chǎn)機(jī)車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)。當(dāng)一個元件擊穿時，熔絲熔斷，電容器的電容量將發(fā)生變化，若單個元件的電容量為 50μ F，總?cè)萘繛?6000μ F 時，容量變化將達(dá)到 ％。此種電容器失效率高 、 可靠性差，而且沒有自愈功能。采用安全防爆型金屬化膜以及合理的安全防爆型金屬化極板結(jié)構(gòu)設(shè)計，金屬化極板上局部范圍的金屬化熔斷絲熔斷，發(fā)生自愈擊穿的局部面積與其周圍的金屬化極板斷開，電容量變化極小。薄膜的一個局部范圍內(nèi)發(fā)生自愈擊穿，電容量的損失率一般不會超過 50PPM。電容器完成自愈后，照常工作，提高 了運(yùn)行可靠性，大大提高了電容器的壽命。安全防爆型金屬化膜金屬化極板結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖 31 所示。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 圖 31 安全防爆型金屬化膜金屬化極板結(jié)構(gòu)設(shè)計 示意圖 采用特殊設(shè)計的邊緣加厚及波浪邊技術(shù) 電容器的抗涌流能力大小直接和電容器 芯子 和 芯組 端面金屬接觸牢度有關(guān)。端面接觸面積大，接觸電阻小，通過電流及涌流的能力就很強(qiáng)。 所以電容器根據(jù)特定要求，采用了特殊設(shè)計邊緣加厚、 波浪邊金屬化膜 。 如圖 3圖 33[2]。 圖 32 波浪分切金屬化膜電容器心子展開圖 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 圖 33 波浪邊膜增大噴金接觸面積示意圖 波浪邊金屬化膜有兩種結(jié)構(gòu)形式：邊緣加厚區(qū)或留邊區(qū)波浪邊。兩者取其一，與直邊分切的薄膜配套進(jìn)行卷繞。適當(dāng)控制好錯邊量，可以顯著減小由于卷繞錯邊引起的金屬化膜的邊緣收縮效應(yīng)。噴金層和金屬化膜鍍層接觸面積增大，大大提高電容器 芯子 端面的噴金附著力，降低了其接觸電阻，從而大大提高了電容器的通流及抗浪涌電流的能力。 使用精煉菜籽油作為浸漬介質(zhì) 精煉菜籽油作為電容器浸漬介質(zhì)已經(jīng)有很長時間了，但目前國內(nèi)都基本上未采用菜籽油作為電容器浸漬介質(zhì)，而國外電容器仍廣泛采用精煉菜籽油作為浸漬介質(zhì)。電容器采用菜籽油有著 顯著的優(yōu)點：薄膜擊穿強(qiáng)度可以提高 25％以上。通過浸漬，油滲透進(jìn)薄膜內(nèi)部，填充了薄膜內(nèi)部的空隙，提高了薄膜的擊穿強(qiáng)度。菜籽油粘度很低，流動性好，對薄膜的溶脹率不超過 2％～ ％ ，所以不會對金屬化鍍層造成影響。另外， 菜籽油還具有良好的吸氣性，能很好地吸收由于放電產(chǎn)生的氣泡，電容器在較差的局部放電條件仍能正常工作。菜籽油取材方便，價格低廉，綠色環(huán)保，不會對環(huán)境造成污染。 小單元 設(shè)計 制造技術(shù) 的 進(jìn)步 小單元是集合式電容器的核心部分，小單元的質(zhì)量直接決定集合式產(chǎn)哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 品的使用壽命。近幾年電力電容器技術(shù)發(fā)展迅速，介質(zhì)、結(jié)構(gòu) 不斷發(fā)生變化。 90 年代生產(chǎn)的全膜電容器，普遍采用雙面粗化的優(yōu)質(zhì)聚丙烯薄膜，鋁箔采用折邊，引線片 (作為電極 )引出結(jié)構(gòu)，這種產(chǎn)品主要集中在 1994—1999 年，后來從返修產(chǎn)品解剖中發(fā)現(xiàn)，引線片結(jié)構(gòu)存在很大缺陷，引線片本身的質(zhì)量直接影響元件的質(zhì)量，如引線片邊緣存在尖角、毛刺 (肉眼很難發(fā)現(xiàn) )，則邊緣電場集中，是元件擊穿的主要原因，另外引線片結(jié)構(gòu)接觸電阻大 、 損耗大。所以從 20xx 年開始， 國內(nèi)電容器廠家 借鑒國外技術(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]。 小單元開始設(shè)計階段普遍采用全并結(jié)構(gòu)，每個元件串聯(lián)一個內(nèi)熔絲作保護(hù)。內(nèi)熔絲開始使用階段缺乏研究經(jīng)驗，采用的純銅熔絲在實際使用中不是很理想，經(jīng)常在返修產(chǎn)品中發(fā)現(xiàn)熔絲群爆現(xiàn)象，所以近年來 經(jīng)過 大量試驗研究，終于取得了突破，從 20xx 年以后采用了新型熔絲，熔絲的安秒特性很好，改進(jìn)了熔絲在元件上的布置和絕緣結(jié)構(gòu)，這種新型熔絲結(jié)構(gòu)從根本上解決了熔絲群爆的問題。但現(xiàn)有的熔絲結(jié)構(gòu)還有缺陷，熔絲在熔斷后，就會對絕緣油污染，影響電容器的質(zhì)量。如果內(nèi)熔絲在一 個封閉的結(jié)構(gòu)中就不會影響絕緣油了，所以內(nèi)熔絲結(jié)構(gòu)還有待進(jìn)一步研究。 在浸漬劑方面， 國內(nèi)電容器生產(chǎn)企業(yè) 從 20xx年末開始使用了苯基乙苯基乙烷 (PEPE)和芐基甲苯 (M／ DBT)取代了苯基二甲苯基乙烷 (PXE)，因前兩者在低溫下粘度低、吸氣性好、電氣性能優(yōu)于 PXE，提高了電容器的電氣性能和質(zhì)量。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 第 4章 絕緣材料方面的進(jìn)展 介質(zhì)材料 全膜電容器的固體介質(zhì)材料是聚丙烯薄膜，液體介質(zhì)材料是芳香烴類的混合油，目前大多數(shù)企業(yè)使用芐基甲苯、苯基乙苯基乙烷，也有少數(shù)企業(yè)用二芳基乙烷。 聚丙烯薄膜 聚丙烯薄膜最早由 GE 公司在 20 世紀(jì) 70 年代初應(yīng)用在電容器上，而且 GE 公司首創(chuàng)了電力電容器用聚丙烯薄膜生產(chǎn)技術(shù)（管膜法）。此后，西歐出現(xiàn)了平膜法生產(chǎn)技術(shù)。目前，我國引進(jìn)了 10 多條管膜法和平膜法生產(chǎn)線，可以生產(chǎn)粗化膜（單面粗化和雙面粗化）和光膜（主要用于自愈式電容器），薄膜厚度最小可達(dá) 4μm ，全膜電容器所用的膜厚通常在 10μm以上。 經(jīng)過 20 多年的發(fā)展，國產(chǎn)的聚丙烯薄膜性能與先進(jìn)國家的已經(jīng)處于同一水平上，無論是電性能、機(jī)械性能還是工藝性能都基本接近，有的性能甚至超過先進(jìn)國家的水平。以國內(nèi)電容器生產(chǎn)企業(yè)常用的 15μm 厚的粗化膜為例 ，國產(chǎn)膜與進(jìn)口膜性能比較列于表 1[9]。 表： 15μm 國產(chǎn)膜與進(jìn)口膜性能比較 性能 國 產(chǎn) 進(jìn) 口 bE （元件法， DC，ＭＶ /m） 365 342 tanδ 電弱點（個 /㎡） ≤ ≤ 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)用越來越大，例如 12μm 及以下的薄膜將占主導(dǎo)地位。厚度減少后，薄膜制造廠的質(zhì)量控制難度將會增大，當(dāng)然薄膜的性能穩(wěn)定性也會受影響 。從國家標(biāo)準(zhǔn)GB／ T12802－ 1996《電容器用聚丙烯薄膜》的規(guī)定中可見， 12μm 膜的（元件法）直流介電強(qiáng)度中值比 15μm 的低 20MV／ m（ 6％）， 10μm 膜的的比 15μm 膜的低 30MV／ m（ 10％）。更主要的是薄膜越薄，電弱點越多，接 GB／ T12802－ 1996 的規(guī)定， 12μm 以上的薄膜電弱點 ≤0 .5 個／ m2，而10μm 的 ≤0 ． 6個／ m2。如果按 2m2／ kvar計算 ，則一臺 200kvar 電容器可能會有多達(dá) 200 個的電弱點，即 200 個絕緣缺陷。對于高場強(qiáng)電容器，由于運(yùn)行的場強(qiáng)提高了，選用更薄的薄膜，電容器的損壞幾率也會提高。因此，聚丙烯薄膜的性能必須得到提高以后才能應(yīng)用到更高電場強(qiáng)度（ 60MV／ m 以上）的全膜電容器。實際上，某些廠家薄膜的性能指標(biāo)，比如介電強(qiáng)度和電弱點遠(yuǎn)高于國標(biāo)要求值，只是在質(zhì)量穩(wěn)定性上需加強(qiáng)控制，即可哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 滿足高場強(qiáng)電容器的要求。 從試驗的統(tǒng)計得出，降低粗糙度可有效提高薄膜的電氣強(qiáng)度，減少電弱點。隨著電容器生產(chǎn)工藝的提高和液體介質(zhì)的發(fā)展，浸漬問題已經(jīng)得到解決。因此，為了提高薄膜的介電強(qiáng)度和減少電弱點，應(yīng)該使用單面粗化膜 或粗糙度更小的薄膜生產(chǎn)高場強(qiáng)全膜電容器。即薄膜制造企業(yè)今后應(yīng)重點控制介電強(qiáng)度和電弱點這兩個指標(biāo)。 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。因此，對液體介質(zhì)的基本要求有三個方面： ①介電強(qiáng)度高，一般要求達(dá)到 60kV／ 以上； ② 吸 氣性好，能夠溶解和吸收更多氣體 ； ③ 粘度低，能夠充分浸漬和滲透聚丙烯薄膜。 目前普遍使用的芐基甲苯、苯基乙苯基乙烷和二芳基乙烷都能滿足以上要求，只是二芳基乙烷的粘度較高，低溫性能稍差。