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摘要:本文综合介绍了我国电力电容器和无功补偿装置制造技术发展的现状,主要产品品种和特点,论述了电力电容器及无功补偿装置今后的发展趋势。文章指出:发展可靠性高、技术先进、自动化水平高并且节能、环保的无功补偿装置是我国设备制造和运行部门广大科技工作者的共同努力的目标。

关键词:电力电容器 无功补偿 节能 环保

1、前言

我国从⒛世纪m年代开始规模化生产电力电容器以来,实际上同时就有了无功补偿装置的制造,因为电力电容器的最主要用途是无功补偿。只不过在⑽年代以前,电力电容器制造厂以生产单台电力电容器为主,将电容器以“散件”形式供给用户,由用户自行组装成简单的无功补偿装置,因而给人们一个概念f电容器厂就是作电容器的”。80年代之后,电容器制造厂开始设计、制造和提供无功补偿成套装置,并建成专业的成套车间。㈨年代以来,电容器制造企业便以提供无功补偿成套装置为主,极少以电容器散件供应。由于历史的原因,厂名一直未改,似乎有些“名不符实”了。现在人们对无功补偿的认识与以前大不相同了。无论政府主管部门还是电力、企业用户,都在实践中认识到电容器和无功补偿在改善功率因数、节能降耗、提高电压质量以及提高电力线路输送容量和稳定性等方面的重要作用,产品品种和生产规模发展很快,几乎再没有人说“无功”就是“没有功用”了。有的甚至产生了一种误解,认为“电容器是老技术、老产业,无功补偿是新技术、新产业”。实际上,电力电容器和无功补偿同时产生、同时存在和同时发展的,同样都有技术发展和技术进步的问题。

2、电力电容器制造技术目前水平

电力电容器是无功补偿装置的核心设备,其可靠性和先进性对无功补偿装置起着关键性的作用。当然,电力电容器除了用于无功补偿之外还有它更广泛的用途,如交直流滤波、耦合、分压、均压、测量等,这里仅限于介绍占比重最大的用于无功补偿的高低压并联电容器,重点是高压电容器。用于输配电系统的交流滤波电容器也具有无功补偿功能,它的结构、性能和技术特点与并联电容器基本相同,故一并介绍,以下统称为电力电容器或电容器。21技术引进及国产化、自主化开发

我国电力电容器在⒛世纪sO年代起步于原苏联的技术,原苏联援建的西安电力电容器厂全盘采用其设计和工艺。经⒛多年自行发展,在⒛年代改革开放初期,我国的高压电容器先后引进了美国爱迪生公司(现CooPER公司)、GE公司和西屋公司膜纸复全及全膜电容器设计、制造技术和关键设备,分别在西安、桂林和上海的电力电容器厂实施消化、吸收和国产化。低压电容器方面,有多家电容器厂引进了意大利ICAR、法国阿尔斯通、比利时AsEAˉJtIMET和日本指月等公司的自愈式电容器制造技术和生产线,到⒛年代初期,很快实现了国产化,我国的低压并联电容器实现了更新换代。以金属化聚丙烯薄膜为介质的自愈式电容器取代了传统的铝箔为极板的油浸纸电容器。

        我国高压全膜电容器消化吸收、实现国产化的周期比较长,这与当时我国工艺条件不具备、引进技术与设备不配套有关。引进技术首先应用到膜纸复合大容量电容器上,经过10多年复合介质电容器的辉煌时期和全膜电容器的消化期,到19”年基本实现了高压电容器全膜化。近10年来又吸收了欧洲电容器的设计制造技术特别是内熔丝技术,大量进口先进的制造设备,经自主开发,使我国高压电力电容器的制造技术提高到一个新水平。近几年在我国建立的中外合资企业对我国电容器的制造水平的提高也起到了拉动作用。

2.2介质材料的进步和设计改进

我国目前100%的电力电容器采用聚丙烯薄膜作为固体介质,浸渍剂为苄基甲苯(进口法国商品名为C101D)和PXE,称之为“全膜介质”,是当今国际上普遍采用的优良介质材料。与先前的膜纸复合介质相比,具有耐电强度高、损耗小的优点。有的合资公司有采用日本生产的sA⒌⒛E作为浸渍剂,性能与C101D相当,价格上有其特定的优势。在产品设计上,电容器元件的极板为折边/凸出结构,即4s-6um厚度的铝箔一边折边、另一边凸出到介质之外作为引出电极,取消了传统的引线片结构。这样,使极板边缘的电场得到了改善,同时又排除了传统结构引线片可能对介质造成的机械损伤,提高了产品运行的可靠性。极间固体介质为三层或两层9~18um厚度的聚丙烯薄膜,为便于浸渍,薄膜表面在制造中进行了粗糙化处理。聚丙烯薄膜和铝箔的厚度有向较薄方向发展的趋势。根据用户需要,在电容器内部可装有内放电电阻,与每一个串联段的元件相并联,断电后10分钟内自动将剩佘电压降低到乃伏以下,以确保人身安全。在200bar及以上的大容量电容器中,根据用户的要求,可装有内部熔丝与每只元件相串联,运行中若有个别元件击穿则迅速熔断,将故障元件切除,整台电容器和整个电容器组仍可保持继续运行。近几年,普遍采用了国外先进的“隔离式”内熔丝结构,将熔丝置于各元件之间,相互隔离,以防

止熔丝动作时相互影响造成“熔丝群爆”现象。

       内熔丝技术已在我国广泛应用。应当注意,采用内熔丝的电容器不必再用外熔丝,因为元件击穿后电容器的电流不是增大而是减小,外熔丝起不到保护作用。至于极对壳击穿的防护问题,可采用加强对壳绝缘的方法来解决。国外在

46V及以上的电容器组中推广采用“无熔丝电容器”设计,即不用内熔丝,又不用外熔丝,电容器元件是先串后并的“链式”连接,同样可以实现个别元件击穿不影响电容器整体运行的要求,而且产品结构简单,运行可靠性高。这种设计新思路在我国的“kv及以上电压等级电容器中可考虑采用。

2.3制造工艺的进步

近五年来,我国电容器制造行业生产设备和制造工艺现代化进程明显加怏。相继进口全自动高低压电容器元件卷制造机⒛多台,全自动真空浸渍系统6套,其数量之大使国外的专业设备制造商接应不暇。设备国产化也在加速进行中。配套的专用设备,如新型的芯子压装、熔丝绕制、芯子包绕和自动装箱设备国内己研制成功并应用于生产。电容器箱壳制造用自动弯壳成形机、自动焊接设备和机器人喷漆设备也都投入应用。具有国际先进水平的电容器生产成套设备,先进的生产工艺有利地保证了产品技术经济指标和运行可靠性的提高。

2,4高压电容器产品的发展

(1)我国壳式高压电力电容器产品的发展

在十五年期间,电容器单位千乏材料消耗下降们%,损耗下降为乃%。电容器单台最大容量长期保持在334干乏,到⒛“年才有重大突破达到500干乏以上,应该说具有里程碑的意义。合资企业电容器的单台容量更大,比特性指标较先进。

(2)高压电力电容器的新品种

――集合式并联电容器。⒛世纪⑽年代,受进口的日本电容器启发,国内开发出单台容量达1000千乏以上的集合式电容器,内部装有小铁壳的电容器单元和内熔丝是其技术特色。由于占地面积小、安装和维护方便以及在安全防护方面的优点受到了用户的欢迎,目前市场占有率达sO%,电压达“kV,单台容量达10000千乏。

――箱式电容器(或缩小型电容器),是在集合式电容器基础上发展起来的,内部为电容器芯子组合体,不带小外壳。结构更紧凑,有的是采用小元仵带内熔丝,有的为大元件不带内熔丝。

――具有难燃防爆特点的高压自愈式干式电容器和充气集合式电容器,适用于对防火要求高的场合。

(3)高压电容器的生产规模

在“十五”期间我国电力电容器的产量以每年递增⒛%以上的速度发展(见图2),这样的生产规模在世界上是数一数二的。一方面是电力建设加快对无功补偿需求量的增大,另一方面是由于过去对无功建设重视不够造成“欠帐”的弥补,而我国电力电容器制造水平和生产规模能够满足市场的大量需要。这期间,进口的电容器数量大大降低,国产电容器也有少量出口国外。

3.高压无功补偿装置的技术发展状况

早期的无功补偿装置主要是机械开关手动投切的组架式和金属封闭式(柜式)无功补偿装置。从“八五”期间以来,随着开关、电抗器和控制装置技术的进步,特别是市场需求的拉动,无功补偿装置的类型和品种有了很大发展,常用的装置如表2所示,表3给出了各种无功补偿装置的特点和主

要应用范围。

随着我国直流输电工程的快速发展,换流站无功补偿和滤波装置需求量大幅增加,目前已基本实现了国产化。其特点是:电容器装置采用塔式结构,额定电压高达mOkV,额定容量高达们万干乏以上,电容器承受高达20%以上的谐波电压,由于并联组数多、容量大致使合闸涌流很大,所以普遍采用同步合闸开关以降低合闸涌流。无功补偿装置的投切开关十分重要,要求无重击穿,对三相不同期、弹跳和截流造成的过电压有严格要求。因此要求开关需通过投切容性负荷的型式试验项目,即采用电容器专用开关。早期供货的无功补偿装置包括投切开关和控制、保护装置,是完善成套的无功补偿装置。后来在采购中将投切开关和控制、保护装置单独订货,无功补偿装置的设备供货是不完整的,这种供货方式不利于产品的成套性和设备的安全运行,有些故障往往原因不易查清。限制涌流和谐波放大用的串联电抗器,有干式空芯、油浸铁芯、干式铁芯和半铁芯等不同种类。由于干式空芯电抗器结构简单、抗短路能力强、噪声低,所以使用比较广泛,但有磁场发散造成周围磁性金属件发热和对计算机系统的干扰问题,使用中必须采取相应揞施,有些场合(尤其是室内)不宜采用空芯电抗器。串联电抗器本身的制造质量对无功补偿装置的安全运行也是至关重要的。4、电力电容器及无功补偿装置制造技术的发展趋势

41进一步提高电力电容器的技术水平

电力电容器是无功补偿装置的核心,近几年有了很大发展,但与国外先进技术水平还有很大差距,主要表现在介质工作场强低、比特性(单位干乏的重量)差,单元容量小,夕卜观质量差。今后将利用新进口的先进设备和国际一流的生产线，采用先进的制造工艺和质量控制手段,尽快达到或接近世界先进水平,在近几年内有望使单台⒛0千乏、比特性0.18kgk.,al的电容器达到大批量成熟生产、稳定可靠运行的程度。

4.2无功补偿装置向先进、可靠的方向发展

首先是可靠性,要在电容器及主要配套件投切开关、串联电抗器上进行质量改进,实行无功补偿装置完整的成套供货也有利于确倮设备可靠运行。设备选型、制造和运行维护方面都应贯彻执行全国电力系统高电压专业工作网无功补偿装置专家工作组制定的《预防电容器装置事故的技术措施》的确保可靠性的基础上向先进性发展。主要是向结构紧亭亏省占地、保护先进可靠、自动控制无人值守等方面发票‘灭力发展(尤其在电力系统推广应用)静止无功补偿装置S1C),开发应用基于可关断器件的新型补偿装置.

4,3向节能和无油化方向发展

无功补偿装置具有节能效用,设备本身也应重视节能,主要是在电容器、串联电抗器设备上降低损耗。无功补偿装置长期在满负荷下连续运行,降损带来的节能效益也是可观的。在防火、防爆要求高的场所推广采用无油化无功补偿装置确保安全是十分必要的,为此需采用高压自愈式干式电容器、充气集合式电容器和干式电抗器、干式放电线圈等设备。

44适应环保要求,研究降低噪声的技术措施

无功补偿装置的噪声历来不被人们所重视,随着国家对环境保护的重视和居民环保意识的增强,无功补偿装置产品的噪声问题必须提到研究日程上来了。过去电抗器的噪声是司空见惯的事,偶而也发生过电容器出现噪声的事,因是几年不遇,人们也只当作个案处理,没有开展研究工作。真正提醒人们重视的是直流输电换流站电容器产生的噪声,由于与其他设备产生的噪声形成“大含唱”,有的对周围居民区产生了超过标准规定的噪声干扰。因此,我们必须设法降低电抗器和电容器产生的噪声,对放电线圈偶尔产生的噪声也不能忽视。今后重点是研究电容器噪声产生的机理,以便在设计

制造上采取措施,将噪声降低到标准规定的水平以下,确保使无功补偿装置不致造成对环境的污染。