【文章內容簡介】 ，應用范圍覆蓋到 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的全自動卷制機、全自動真空浸漬設備以及國際一流的電容器 芯子 生產線，有的還采用了機器人焊接箱殼、機器人噴漆等先進設備和工藝，使電容器的質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。國內企業(yè)的工藝裝備總體上說已達到了國際一流水平 ，這一方面是市場競爭的促進作用，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步也帶動了國內相關機械制造業(yè)的發(fā)展，我國電力電容器行業(yè)走過了大量從國外進口設備到廣泛采用具有同樣技術水平的國產設備的路子。 近年來，隨著電容器設計、制造水平的提高，高性能絕緣油和雙面粗化膜等介質的選用，鋁箔折邊、壓力注油、壓力浸漬等工藝的廣泛采用， 使 整個國內電力電容器行業(yè)已形成了以全膜電力電容器產品為主導、多種新產品并存的主要格局。目前國外可以生產的產品品種，國內企業(yè)基本都可生產，并且有一部分產品已達到國際先進水平，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；現在，電容器制造企業(yè)提供的是整體解決方案、完整成套產品和全過程的技術服務 。 哈爾濱理工大學學士學位論文 5 第 2章 各類電容器的技術發(fā)展現狀 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 。 :／ kvar左右，最好的達到 ／kvar。 3％～ +5％ ，有的可達到更嚴格的要求。 ≤ ％ 。 ：≤ 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)電容器裝置已經投入運行。制造企業(yè)普遍實現了工廠組裝 ， 整體發(fā)運的供貨模式 [5]。 集合式 及箱式電容器技術現狀 6～ 66kV，單臺容量 1000— 10000kvar；箱式電容器電壓為 6～ 35kV，單臺容量已達 26000kvar。 、占地省、安裝和運行維護簡單等優(yōu)點。對環(huán)境污穢、鳥害、蟲害的防護性能好，對冰雪、地震、臺風等自然災害的抵御能力強。 得了同樣的進步，從 20xx年全行業(yè)實施質量改進措施以來，產品質量有了明顯提高。 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)現故障率較高，之后在保護方面作了很多有效的研究和改進工作，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 。 哈爾濱理工大學學士學位論文 6 低壓 自愈式電容器 介質材料為金屬化聚丙烯薄膜，普遍采用自動卷制機進行元件卷制。有的浸漬電容器蠟，有的浸漬菜籽油，比較先進的是真空下經硅油浸漬后再環(huán)氧封裝。常規(guī)單臺容量為 30kvar，最大到 60kvar。目前，國內技術總體上與國外先進技術水平還有一定差距，各制造企業(yè)一方面正在努力提高電容器的產品質量，同時也在與補償裝置和配套件制造單位合作，力求完善控制和保護功能，以適應廣大用戶投切頻繁、電網諧波含量高等日益嚴酷的使用條件，確保產品運行可靠。 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，并在電網中成功運行。為適應電力市場高精度電能計量的需要，開發(fā)出了 級高精度產品，已經投入市場。研制出 SF6 氣體絕緣 CVT，電壓等級覆蓋 110～500kV，投人電網運行達 3 年以上。由于電力系統(tǒng)廣泛采用微機保護和數字化儀表，使 CVT 的二次負荷大幅度下降。目前，正在改進設計和制造工藝，使產品的絕緣裕度和測量精度進一步提高 。 哈爾濱理工大學學士學位論文 7 第 3章 電容器 產品 設計 的進展 電容器設計思路 目前廣泛采用的設計結構是全膜介質 (既可以是三層粗化膜介質，也可以是兩層雙面粗化膜介質 )、 鋁箔突出折邊。新 結構介質耐電強度高，損耗小，鋁箔折邊改善邊緣場強，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造成的機械損傷。同時，就產品內部來說，現在先進的國產大容量電容器已經采用新型內熔絲技術。 采用金屬化全膜結構 針對電容器的特點，電容器的固體介質采用安全型聚丙烯鋅鋁金屬化薄膜，即全膜結構。產品的介質損耗極小，以確保電容器工作時很低的溫升。薄膜的介電強度高，電容器的工作場強則大大提高。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上提高電容器的工作場強 10％~20％。 電容器的工 作場強可達到 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到 F／ 3m 。為了能夠更進一步的減少體積，電容器 芯子 還采用扁平式卷繞設計，更大程度的減少了電容器 芯子 占據的空間。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。 采用金屬極板內熔絲保護 電容器設計摒棄 了 原有老式的機械防爆式結構設計，改用新型的安全防爆金屬化極板熔絲保護膜，即安全防爆金屬化膜。目前其它的國產機車用電力電容器均采用普通型 油浸膜箔復合式電容器，元件全部并聯(lián)，一般用金屬熔斷絲保護。當一個元件擊穿時，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，總容量為 6000μ F 時，容量變化將達到 ％。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構設計，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構設計如圖 31 所示。 哈爾濱理工大學學士學位論文 8 圖 31 安全防爆型金屬化膜金屬化極板結構設計 示意圖 采用特殊設計的邊緣加厚及波浪邊技術 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。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。 所以電容器根據特定要求，采用了特殊設計邊緣加厚、 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 哈爾濱理工大學學士學位論文 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構形式：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行卷繞。適當控制好錯邊量，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。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 精煉菜籽油作為電容器浸漬介質已經有很長時間了，但目前國內都基本上未采用菜籽油作為電容器浸漬介質，而國外電容器仍廣泛采用精煉菜籽油作為浸漬介質。電容器采用菜籽油有著 顯著的優(yōu)點：薄膜擊穿強度可以提高 25％以上。通過浸漬，油滲透進薄膜內部，填充了薄膜內部的空隙，提高了薄膜的擊穿強度。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 設計 制造技術 的 進步 小單元是集合式電容器的核心部分，小單元的質量直接決定集合式產哈爾濱理工大學學士學位論文 10 品的使用壽命。近幾年電力電容器技術發(fā)展迅速，介質、結構 不斷發(fā)生變化。 90 年代生產的全膜電容器，普遍采用雙面粗化的優(yōu)質聚丙烯薄膜，鋁箔采用折邊，引線片 (作為電極 )引出結構，這種產品主要集中在 1994—1999 年，后來從返修產品解剖中發(fā)現，引線片結構存在很大缺陷，引線片本身的質量直接影響元件的質量，如引線片邊緣存在尖角、毛刺 (肉眼很難發(fā)現 )，則邊緣電場集中，是元件擊穿的主要原因，另外引線片結構接觸電阻大 、 損耗大。所以從 20xx 年開始， 國內電容器廠家 借鑒國外技術，采用鋁箔極板一邊折邊，一邊突出結構，不僅改善了電極邊緣的電場分布，降低損耗 (現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量 [3]。 小單元開始設計階段普遍采用全并結構，每個元件串聯(lián)一個內熔絲作保護。內熔絲開始使用階段缺乏研究經驗，采用的純銅熔絲在實際使用中不是很理想，經常在返修產品中發(fā)現熔絲群爆現象，所以近年來 經過 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，改進了熔絲在元件上的布置和絕緣結構，這種新型熔絲結構從根本上解決了熔絲群爆的問題。但現有的熔絲結構還有缺陷，熔絲在熔斷后，就會對絕緣油污染，影響電容器的質量。如果內熔絲在一 個封閉的結構中就不會影響絕緣油了，所以內熔絲結構還有待進一步研究。 在浸漬劑方面， 國內電容器生產企業(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量。 哈爾濱理工大學學士學位論文 11 第 4章 絕緣材料方面的進展 介質材料 全膜電容器的固體介質材料是聚丙烯薄膜，液體介質材料是芳香烴類的混合油，目前大多數企業(yè)使用芐基甲苯、苯基乙苯基乙烷，也有少數企業(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 70 年代初應用在電容器上，而且 GE 公司首創(chuàng)了電力電容器用聚丙烯薄膜生產技術（管膜法）。此后，西歐出現了平膜法生產技術。目前，我國引進了 10 多條管膜法和平膜法生產線，可以生產粗化膜（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 4μm ，全膜電容器所用的膜厚通常在 10μm以上。 經過 20 多年的發(fā)展，國產的聚丙烯薄膜性能與先進國家的已經處于同一水平上，無論是電性能、機械性能還是工藝性能都基本接近，有的性能甚至超過先進國家的水平。以國內電容器生產企業(yè)常用的 15μm 厚的粗化膜為例 ，國產膜與進口膜性能比較列于表 1[9]。 表： 15μm 國產膜與進口膜性能比較 性能 國 產 進 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水平的提高，厚度薄的聚丙烯薄膜的應用越來越大，例如 12μm 及以下的薄膜將占主導地位。厚度減少后，薄膜制造廠的質量控制難度將會增大，當然薄膜的性能穩(wěn)定性也會受影響 。從國家標準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 200 個的電弱點，即 200 個絕緣缺陷。對于高場強電容器，由于運行的場強提高了，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用到更高電場強度（ 60MV／ m 以上）的全膜電容器。實際上，某些廠家薄膜的性能指標，比如介電強度和電弱點遠高于國標要求值，只是在質量穩(wěn)定性上需加強控制，即可哈爾濱理工大學學士學位論文 12 滿足高場強電容器的要求。 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度，減少電弱點。隨著電容器生產工藝的提高和液體介質的發(fā)展，浸漬問題已經得到解決。因此，為了提高薄膜的介電強度和減少電弱點，應該使用單面粗化膜 或粗糙度更小的薄膜生產高場強全膜電容器。即薄膜制造企業(yè)今后應重點控制介電強度和電弱點這兩個指標。 液體介質 液體介質應滲透到電容器固體介質內的所有空隙，消除產品內的殘存氣體，提高產品局放性能。因此，對液體介質的基本要求有三個方面： ①介電強度高，一般要求達到 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。