电力电容器制造技术进展毕业论文(编辑修改稿)

电力电容器制造技术进展毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

，应用范围覆盖到 35kV～ 1000kV 电压等级，在 110～ 220kV 范围，市场占有率为80％以上，在 330— 1000kV 的超高压和特高压领域市场占有率为 100％，在我国电力系统的电能计量、电压测量、继电保护和自动控制等方面发挥着重要的作用。 近年来，我国电力电容器制造业的工艺装备水平有了大幅度提升，广泛采用了国际上最先进的全自动卷制机、全自动真空浸渍设备以及国际一流的电容器 芯子 生产线，有的还采用了机器人焊接箱壳、机器人喷漆等先进设备和工艺，使电容器的质量水平有了明显提高。 过去多年困扰着制造企业和用户的老大难问题 — 电容器的渗漏油问题得到了基本解决。 国内企业的工艺装备总体上说已达到了国际一流水平 ，这一方面是市场竞争的促进作用，同时也有中外合资企业的带动作用。 电容器制造装备的进步也带动了国内相关机械制造业的发展，我国电力电容器行业走过了大量从国外进口设备到广泛采用具有同样技术水平的国产设备的路子。 近年来，随着电容器设计、制造水平的提高，高性能绝缘油和双面粗化膜等介质的选用，铝箔折边、压力注油、压力浸渍等工艺的广泛采用， 使 整个国内电力电容器行业已形成了以全膜电力电容器产品为主导、多种新产品并存的主要格局。 目前国外可以生产的产品品种，国内企业基本都可生产，并且有一部分产品已达到国际先进水平，一部分优势企 业已开始问鼎国际市场并取得了不俗的战绩。 过去，制造厂仅提供电容器单元散件，由用户组装成套；现在，电容器制造企业提供的是整体解决方案、完整成套产品和全过程的技术服务。 哈尔滨理工大学学士学位论文 5 第 2章 各类电容器的技术发展现状 壳式 高压并联及滤波电容器 334kvar跨越到 500kvar以上，并研制出1000kvar的样机。 :／ kvar左右，最好的达到 ／kvar。 3％～ +5％ ，有的可达到更严格的要求。 ≤ ％。 ：≤ 20Pc。 ：聚丙烯薄膜浸渍苄基甲苯 (M／ DBT)。 、滚压式套管。 ％以下。 6～ 110kV， 1000kV特高压变电站用 110kV并联电容器装置已经投入运行。 制造企业普遍实现了工厂组装 ， 整体发运的供货模式 [5]。 集合式 及箱式电容器技术现状 6～ 66kV，单台容量 1000— 10000kvar；箱式电容器电压为 6～ 35kV，单台容量已达 26000kvar。 、占地省、安装和运行维护简单等优点。 对环境污秽、鸟害、虫害的防护性能好，对冰雪、地震、台风等自然灾害的抵御能力强。 得了同样的进步，从 20xx年全行业实施质量改进措施以来，产品质量有了明显提高。 高压 自愈式电容器 我国在 1998 年自行开发了干式高压自愈式电容器，投放市场后，逐步发现故障率较高，之后在保护方面作了很多有效的研究和改进工作，恶性故障得到了控制，但还存在着电容损失较大的问题。 目前，有的公司正在开发 研制新型干式高压自愈式电容器。 哈尔滨理工大学学士学位论文 6 低压 自愈式电容器 介质材料为金属化聚丙烯薄膜，普遍采用自动卷制机进行元件卷制。 有的浸渍电容器蜡，有的浸渍菜籽油，比较先进的是真空下经硅油浸渍后再环氧封装。 常规单台容量为 30kvar，最大到 60kvar。 目前，国内技术总体上与国外先进技术水平还有一定差距，各制造企业一方面正在努力提高电容器的产品质量，同时也在与补偿装置和配套件制造单位合作，力求完善控制和保护功能，以适应广大用户投切频繁、电网谐波含量高等日益严酷的使用条件，确保产品运行可靠。 电容式 电压互感器 近年来，开发出 了 765kV 和 1000kV 电容式电压互感器，并在电网中成功运行。 为适应电力市场高精度电能计量的需要，开发出了 级高精度产品，已经投入市场。 研制出 SF6 气体绝缘 CVT，电压等级覆盖 110～500kV，投人电网运行达 3 年以上。 由于电力系统广泛采用微机保护和数字化仪表，使 CVT 的二次负荷大幅度下降。 目前，正在改进设计和制造工艺，使产品的绝缘裕度和测量精度进一步提高。 哈尔滨理工大学学士学位论文 7 第 3章 电容器 产品 设计 的进展 电容器设计思路 目前广泛采用的设计结构是全膜介质 (既可以是三层粗化膜介质，也可以是两层双面粗化膜介质 )、 铝箔突出折边。 新 结构介质耐电强度高，损耗小，铝箔折边改善边缘场强，改善局部放电性能。 铝箔突出焊接引出，不插引线片，排除了引线片对介质造成的机械损伤。 同时，就产品内部来说，现在先进的国产大容量电容器已经采用新型内熔丝技术。 采用金属化全膜结构 针对电容器的特点，电容器的固体介质采用安全型聚丙烯锌铝金属化薄膜，即全膜结构。 产品的介质损耗极小，以确保电容器工作时很低的温升。 薄膜的介电强度高，电容器的工作场强则大大提高。 采用安全防爆型金属化聚丙烯膜，又在普通金属化膜的基础上提高电容器的工作场强 10％~20％。 电容器的工 作场强可达到 200VDC／ μ m， 300VDC／ μ m。 因此电容器的体积大大缩小，减轻了电容器的重量，容量体积比最大可达到 F／ 3m。 为了能够更进一步的减少体积，电容器 芯子 还采用扁平式卷绕设计，更大程度的减少了电容器 芯子 占据的空间。 同时电容器具有优异的自愈功能，不影响电容器的正常工作。 采用金属极板内熔丝保护 电容器设计摒弃 了 原有老式的机械防爆式结构设计，改用新型的安全防爆金属化极板熔丝保护膜，即安全防爆金属化膜。 目前其它的国产机车用电力电容器均采用普通型 油浸膜箔复合式电容器，元件全部并联，一般用金属熔断丝保护。 当一个元件击穿时，熔丝熔断，电容器的电容量将发生变化，若单个元件的电容量为 50μ F，总容量为 6000μ F 时，容量变化将达到 ％。 此种电容器失效率高 、 可靠性差，而且没有自愈功能。 采用安全防爆型金属化膜以及合理的安全防爆型金属化极板结构设计，金属化极板上局部范围的金属化熔断丝熔断，发生自愈击穿的局部面积与其周围的金属化极板断开，电容量变化极小。 薄膜的一个局部范围内发生自愈击穿，电容量的损失率一般不会超过 50PPM。 电容器完成自愈后，照常工作，提高 了运行可靠性，大大提高了电容器的寿命。 安全防爆型金属化膜金属化极板结构设计如图 31 所示。 哈尔滨理工大学学士学位论文 8 图 31 安全防爆型金属化膜金属化极板结构设计 示意图 采用特殊设计的边缘加厚及波浪边技术 电容器的抗涌流能力大小直接和电容器 芯子 和 芯组 端面金属接触牢度有关。 端面接触面积大，接触电阻小，通过电流及涌流的能力就很强。 所以电容器根据特定要求，采用了特殊设计边缘加厚、 波浪边金属化膜。 如图 3图 33[2]。 图 32 波浪分切金属化膜电容器心子展开图 哈尔滨理工大学学士学位论文 9 图 33 波浪边膜增大喷金接触面积示意图 波浪边金属化膜有两种结构形式：边缘加厚区或留边区波浪边。 两者取其一，与直边分切的薄膜配套进行卷绕。 适当控制好错边量，可以显著减小由于卷绕错边引起的金属化膜的边缘收缩效应。 喷金层和金属化膜镀层接触面积增大，大大提高电容器 芯子 端面的喷金附着力，降低了其接触电阻，从而大大提高了电容器的通流及抗浪涌电流的能力。 使用精炼菜籽油作为浸渍介质 精炼菜籽油作为电容器浸渍介质已经有很长时间了，但目前国内都基本上未采用菜籽油作为电容器浸渍介质，而国外电容器仍广泛采用精炼菜籽油作为浸渍介质。 电容器采用菜籽油有着 显著的优点：薄膜击穿强度可以提高 25％以上。 通过浸渍，油渗透进薄膜内部，填充了薄膜内部的空隙，提高了薄膜的击穿强度。 菜籽油粘度很低，流动性好，对薄膜的溶胀率不超过 2％～ ％ ，所以不会对金属化镀层造成影响。 另外， 菜籽油还具有良好的吸气性，能很好地吸收由于放电产生的气泡，电容器在较差的局部放电条件仍能正常工作。 菜籽油取材方便，价格低廉，绿色环保，不会对环境造成污染。 小单元 设计 制造技术 的 进步 小单元是集合式电容器的核心部分，小单元的质量直接决定集合式产哈尔滨理工大学学士学位论文 10 品的使用寿命。 近几年电力电容器技术发展迅速，介质、结构 不断发生变化。 90 年代生产的全膜电容器，普遍采用双面粗化的优质聚丙烯薄膜，铝箔采用折边，引线片 (作为电极 )引出结构，这种产品主要集中在 1994—1999 年，后来从返修产品解剖中发现，引线片结构存在很大缺陷，引线片本身的质量直接影响元件的质量，如引线片边缘存在尖角、毛刺 (肉眼很难发现 )，则边缘电场集中，是元件击穿的主要原因，另外引线片结构接触电阻大 、 损耗大。 所以从 20xx 年开始， 国内电容器厂家 借鉴国外技术，采用铝箔极板一边折边，一边突出结构，不仅改善了电极边缘的电场分布，降低损耗 (现在电容器损耗可以做到小于 ／ kvar)，降低了电容器发热功率，直接提高了电容器的质量 [3]。 小单元开始设计阶段普遍采用全并结构，每个元件串联一个内熔丝作保护。 内熔丝开始使用阶段缺乏研究经验，采用的纯铜熔丝在实际使用中不是很理想，经常在返修产品中发现熔丝群爆现象，所以近年来 经过 大量试验研究，终于取得了突破，从 20xx 年以后采用了新型熔丝，熔丝的安秒特性很好，改进了熔丝在元件上的布置和绝缘结构，这种新型熔丝结构从根本上解决了熔丝群爆的问题。 但现有的熔丝结构还有缺陷，熔丝在熔断后，就会对绝缘油污染，影响电容器的质量。 如果内熔丝在一 个封闭的结构中就不会影响绝缘油了，所以内熔丝结构还有待进一步研究。 在浸渍剂方面， 国内电容器生产企业 从 20xx年末开始使用了苯基乙苯基乙烷 (PEPE)和苄基甲苯 (M／ DBT)取代了苯基二甲苯基乙烷 (PXE)，因前两者在低温下粘度低、吸气性好、电气性能优于 PXE，提高了电容器的电气性能和质量。 哈尔滨理工大学学士学位论文 11 第 4章 绝缘材料方面的进展 介质材料 全膜电容器的固体介质材料是聚丙烯薄膜，液体介质材料是芳香烃类的混合油，目前大多数企业使用苄基甲苯、苯基乙苯基乙烷，也有少数企业用二芳基乙烷。 聚丙烯薄膜 聚丙烯薄膜最早由 GE 公司在 20 世纪 70 年代初应用在电容器上，而且 GE 公司首创了电力电容器用聚丙烯薄膜生产技术（管膜法）。 此后，西欧出现了平膜法生产技术。 目前，我国引进了 10 多条管膜法和平膜法生产线，可以生产粗化膜（单面粗化和双面粗化）和光膜（主要用于自愈式电容器），薄膜厚度最小可达 4μm ，全膜电容器所用的膜厚通常在 10μm以上。 经过 20 多年的发展，国产的聚丙烯薄膜性能与先进国家的已经处于同一水平上，无论是电性能、机械性能还是工艺性能都基本接近，有的性能甚至超过先进国家的水平。 以国内电容器生产企业常用的 15μm 厚的粗化膜为例 ，国产膜与进口膜性能比较列于表 1[9]。 表： 15μm 国产膜与进口膜性能比较 性能 国 产 进 口 bE （元件法， DC，ＭＶ /m） 365 342 tanδ 电弱点（个 /㎡） ≤ ≤ ρ (Ω∙㎝ ) 随着全膜电容器技术水平的提高，厚度薄的聚丙烯薄膜的应用越来越大，例如 12μm 及以下的薄膜将占主导地位。 厚度减少后，薄膜制造厂的质量控制难度将会增大，当然薄膜的性能稳定性也会受影响。 从国家标准GB／ T12802－ 1996《电容器用聚丙烯薄膜》的规定中可见， 12μm 膜的（元件法）直流介电强度中值比 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，电弱点越多，接 GB／ T12802－ 1996 的规定， 12μm 以上的薄膜电弱点 ≤0 .5 个／ m2，而10μm 的 ≤0 ． 6个／ m2。 如果按 2m2／ kvar计算 ，则一台 200kvar 电容器可能会有多达 200 个的电弱点，即 200 个绝缘缺陷。 对于高场强电容器，由于运行的场强提高了，选用更薄的薄膜，电容器的损坏几率也会提高。 因此，聚丙烯薄膜的性能必须得到提高以后才能应用到更高电场强度（ 60MV／ m 以上）的全膜电容器。 实际上，某些厂家薄膜的性能指标，比如介电强度和电弱点远高于国标要求值，只是在质量稳定性上需加强控制，即可哈尔滨理工大学学士学位论文 12 满足高场强电容器的要求。 从试验的统计得出，降低粗糙度可有效提高薄膜的电气强度，减少电弱点。 随着电容器生产工艺的提高和液体介质的发展，浸渍问题已经得到解决。 因此，为了提高薄膜的介电强度和减少电弱点，应该使用单面粗化膜 或粗糙度更小的薄膜生产高场强全膜电容器。 即薄膜制造企业今后应重点控制介电强度和电弱点这两个指标。 液体介质 液体介质应渗透到电容器固体介质内的所有空隙，消除产品内的残存气体，提高产品局放性能。 因此，对液体介质的基本要求有三个方面： ①介电强度高，一般要求达到 60kV／ 以上； ② 吸 气性好，能够溶解和吸收更多气体 ； ③ 粘度低，能够充分浸渍和渗透聚丙烯薄膜。 目前普遍使用的苄基甲苯、苯基乙苯基乙烷和二芳基乙烷都能满足以上要求，只是二芳基乙烷的粘度较高，低温性能稍差。