文/西安高壓電器研究院 賈華 成明 平怡/

電力電容器行業(yè)目前來看，仍然要依靠電網(wǎng)的規(guī)模投資才能維持現(xiàn)有的平穩(wěn)發(fā)展趨勢，其中為特高壓交直流輸電及其配套工程提供的電容器將占到很大的比重。令人可喜的是，按照國網(wǎng)和南網(wǎng)“十二五”的發(fā)展規(guī)劃，2020年前要構(gòu)建大規(guī)模的“西電東送”、“北電南送”的能源配置格局。

一、近三年行業(yè)整體運行情況

1、近年來的突出成就

縱觀電力電容器行業(yè)的發(fā)展，其間有不少重要的階段，包括新介質(zhì)的研發(fā)、新結(jié)構(gòu)的應(yīng)用、新工程的投運等等，但2010年至2013年，對我國電力電容器行業(yè)的發(fā)展來說，應(yīng)該是一段重要里程——我們自主研發(fā)的各類電力電容器在高壓、超高壓及特高壓交、直流輸電領(lǐng)域里得到全面應(yīng)用，產(chǎn)品包括并聯(lián)電容器、交流濾波電容器、直流濾波電容器、直流PLC電容器、串聯(lián)電容器、CVT等等。經(jīng)過前一階段行業(yè)各企業(yè)對傳統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備、加工工藝改造升級后的，這些產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量都得到了顯著地提升。主要成就包括：云廣、向上、寧東—山東、青藏聯(lián)網(wǎng)、錦蘇、糯扎渡—溪洛渡送電廣東等直流輸電項目，以及晉東南—荊門、淮南—上海兩個1000kV特高壓交流輸電工程。另外哈密南—鄭州、溪洛渡—浙西兩個±800kV特高壓直流輸電工程也即將完工投產(chǎn)。

2、近三年經(jīng)濟(jì)運行指標(biāo)分析

2010年至2012年電力電容器行業(yè)的經(jīng)濟(jì)運行指標(biāo)見表1，對比分析見圖1。

從表1、圖1可以看到，近三年來行業(yè)整體上仍保持平穩(wěn)并略有上升的態(tài)勢，規(guī)模一直維持在50億元以上的水平，2012年還有較大幅度的增長，這說明電網(wǎng)投資環(huán)境正在逐步得到改善，“十二五”電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃的項目也逐步得以實施。美中不足的是，盡管工業(yè)總產(chǎn)值和銷售產(chǎn)值都保持增長，但利潤總額卻呈現(xiàn)逐年降低的態(tài)勢，這其中人工成本的增加固然是無法回避的重要因素，但電容器行業(yè)激烈的市場競爭導(dǎo)致產(chǎn)品售價持續(xù)走低也是不容忽視的原因。

另一個考核指標(biāo)是流動資金周轉(zhuǎn)率。它不僅反映流動資產(chǎn)的運用效率，同時也影響企業(yè)的盈利水平。企業(yè)流動資產(chǎn)周轉(zhuǎn)率越快，周轉(zhuǎn)次數(shù)越多，說明企業(yè)流動資產(chǎn)的運用效率越好，進(jìn)而使企業(yè)的償債能力和盈利能力均得以增強(qiáng)。但需要關(guān)注的是，行業(yè)企業(yè)的流動資金周轉(zhuǎn)率，從2010年的年均2.23次到2012年的1.71次，每年以超過百分之十的速度下降，從而導(dǎo)致企業(yè)經(jīng)營困難的程度進(jìn)一步加劇。

3、 主要產(chǎn)品產(chǎn)值比重

電力電容器行業(yè)的產(chǎn)品覆蓋范圍廣，應(yīng)用品種多，所占產(chǎn)值的比重也各不相同。2010年至2012年行業(yè)產(chǎn)品的產(chǎn)值比重見圖2。

顯而易見，并聯(lián)電容器及其成套裝置仍然是行業(yè)的主要產(chǎn)品，產(chǎn)值占總量的四分之三，其中高壓并聯(lián)電容器占總產(chǎn)值的近40%，充分說明其在行業(yè)生產(chǎn)中的主導(dǎo)地位。濾波電容器及成套裝置2012年較上年出現(xiàn)明顯增長，主要得益于直流輸電工程中直流濾波電容器的大量應(yīng)用。CVT則繼續(xù)呈現(xiàn)整體下降的趨勢，雖然2012年的產(chǎn)值較上年有所增加，但貢獻(xiàn)主要來自于750kV及以上電壓等級CVT的大幅增長，而110kV到500kV電壓等級CVT的產(chǎn)量持續(xù)減少，這一問題在后面章節(jié)中詳細(xì)敘述。其它類型的產(chǎn)品因為占有率相對較低，且比例沒有顯著變化，這里不再分析。

圖1 2010年-2012年電力電容器行業(yè)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比

二、目前的機(jī)遇和困擾

圖2 2010年-2012年電力電容器行業(yè)產(chǎn)品的產(chǎn)值比重

電力電容器行業(yè)目前來看，仍然要依靠電網(wǎng)的規(guī)模投資才能維持現(xiàn)有的平穩(wěn)發(fā)展趨勢，其中為特高壓交直流輸電及其配套工程提供的電容器將占到很大的比重。令人可喜的是，按照國網(wǎng)和南網(wǎng)“十二五”的發(fā)展規(guī)劃，2020年前要構(gòu)建大規(guī)模的“西電東送”、“北電南送”的能源配置格局。

“十二五”期間，國家電網(wǎng)公司規(guī)劃建成“三縱三橫”的特高壓同步電網(wǎng)和13回特高壓直流輸電線路，總變電（換流）容量達(dá)到4.1億千伏安；南方電網(wǎng)公司將在已有的直流輸電線路基礎(chǔ)上，建設(shè)金沙江中游梨園、阿海電站送電廣西直流工程，各省形成堅強(qiáng)的500kV骨干網(wǎng)架。

巨大的無功補(bǔ)償和交直流濾波需求量對行業(yè)來說，必將又是一次發(fā)展的機(jī)遇。當(dāng)然，還應(yīng)該清醒地認(rèn)識到，現(xiàn)在行業(yè)雖然規(guī)模擴(kuò)大了，但利潤沒有明顯增長，除了前面講到的人工和市場的原因，還有技術(shù)層面的原因：我國電力電容器的傳統(tǒng)技術(shù)與國外先進(jìn)水平的差距。

表1 2010-2012年電容器行業(yè)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

1、鐵殼類電容器的體積比特性差距較大

與國外先進(jìn)水平的電容器相比，行業(yè)產(chǎn)品的體積比特性大約多出30%。研究數(shù)據(jù)表明，這30%的構(gòu)成分別為：壓緊系數(shù)小占14%，介質(zhì)額定場強(qiáng)偏低占10%，心子與箱殼間隙大占3%，元件留邊寬占2%，鋁箔厚度大占1%。

占比重最大的壓緊系數(shù)問題。國內(nèi)廠家設(shè)計產(chǎn)品的壓緊系數(shù)通常不太高，這和傳統(tǒng)的真空浸漬工藝有關(guān)：以往由于設(shè)備和工藝的原因，真空度無法達(dá)到理想狀態(tài)，心子適當(dāng)放松有利于抽空和浸漬。通過技術(shù)改造升級，現(xiàn)在真空浸漬設(shè)備的能力完全可以達(dá)到要求，但固有觀念仍認(rèn)為壓緊系數(shù)小一些比較安全。事實證明，國外單元產(chǎn)品壓緊系數(shù)更高，真空浸漬時間更短，但運行的故障更低。

在合理設(shè)計的前提下，通過增加薄膜寬度、減小元件留邊寬度及使用更薄的鋁箔，也能有效降低心子高度，進(jìn)一步增大器身在箱殼占據(jù)的空間，縮小與箱殼的間隙，就能夠降低箱殼高度、減少浸漬劑和包封紙的用量，從而達(dá)到降低材料成本的目的。

介質(zhì)額定場強(qiáng)是個特殊的話題，廠家希望在合理的范圍內(nèi)盡可能高一些，這樣會顯著提高產(chǎn)品比特性，但用戶為了可靠運行又希望不要太高。如果像國網(wǎng)要求的限制在57MV/m，那廠家必須滿足；但在一些沒有限制的場合下，只要保證安全運行，可以適當(dāng)提高。

2、CVT的需求一直呈下降趨勢

近幾年來，由于土地資源的稀缺，氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(GIS)大量替代空氣絕緣的敞開式開關(guān)設(shè)備 (AIS)，電力系統(tǒng)對CVT的需求一直呈下降趨勢。另外，隨著各地智能變電站的興建，電子式電壓互感器也處于較快的增長趨勢，對傳統(tǒng)CVT產(chǎn)生一定影響。對CVT技術(shù)參數(shù)的要求也發(fā)生了顯著變化，隨著繼電保護(hù)微機(jī)化和測量儀器儀表數(shù)字化的實現(xiàn)，對二次繞組的輸出容量要求迅速降低，由過去單個繞組150VA，減少到現(xiàn)在的10VA甚至更低。

面對這樣的問題，應(yīng)該認(rèn)真分析，提出應(yīng)對措施。從市場需求的角度來看，CVT在未來的5~8年還有很大的發(fā)展空間，一方面替代產(chǎn)品還需要一個成熟期，另一方面已運行產(chǎn)品還需要維護(hù)更新。此外，與替代產(chǎn)品相比，CVT現(xiàn)有的優(yōu)勢在于其低成本和高可靠性，在超高壓和特高壓電網(wǎng)建設(shè)中，以及對土地資源稀缺性不敏感的地區(qū)和企業(yè)用戶，還需要大量敞開式的CVT。

從技術(shù)角度上，對500kV及以上電壓等級的骨干網(wǎng)用CVT，準(zhǔn)確測量是關(guān)鍵，可靠運行是根本。因此需要在產(chǎn)品設(shè)計和加工質(zhì)量上下功夫，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的測量精度，提高運行的可靠性。對220kV及以下電壓等級的CVT，建議通過技術(shù)手段降低現(xiàn)有產(chǎn)品成本。由于負(fù)荷的大幅減小，變壓器的輸出阻抗可以降低，最直接的方法是降低現(xiàn)有的中間電壓，繼而減小變壓器鐵芯尺寸和二次繞組的線徑。再者是對電抗器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計（理論上中間變壓器漏抗大到一定數(shù)量時，可以去掉電抗器），阻尼器考慮采用電阻，這樣電磁單元就可以做到小型化甚至是無油化。

表2 國內(nèi)外自愈式電容器技術(shù)水平對比

另外，有條件的企業(yè)還可以考慮發(fā)展電容分壓型電子式電壓互感器。發(fā)展適應(yīng)智能電網(wǎng)的電力設(shè)備是大勢所趨，但電子式互感器運行中也出現(xiàn)了很多問題，2011年至2012年，湖南、云南、福建、黑龍江等地的智能電網(wǎng)變電站均出現(xiàn)電子式互感器爆炸的事件，主要原因是設(shè)備的主絕緣存在缺陷，而行業(yè)的優(yōu)勢在于對一次設(shè)備主絕緣的設(shè)計研究有經(jīng)驗，如果能夠進(jìn)一步通過合作、引入或自行研發(fā)二次部分，開發(fā)電容分壓型電子式互感器將具有非常明顯的優(yōu)勢。

3、高壓干式自愈式電容器沒有突破，低壓自愈式電容器仍存在電容損失過快的問題

10多年前，高壓干式自愈式電容器剛推出時受到廣泛歡迎，市場一度急劇膨脹，各類生產(chǎn)高壓干式電容器的企業(yè)如雨后春筍般地涌現(xiàn)出來，但由于技術(shù)基本都采用低壓串聯(lián)，電容損失過快及保護(hù)問題沒有解決，產(chǎn)品運行后的質(zhì)量問題凸顯出來，到2006年左右這類產(chǎn)品基本全部退出市場；低壓自愈產(chǎn)品相對好得多，除了個別特殊的使用環(huán)境外，在無功補(bǔ)償和濾波方面基本全部采用自愈式電容器，但電容損失過快的問題仍然很突出。這兩類產(chǎn)品與國外技術(shù)水平的具體的對比見表2。

從表2可以看出，我們和國外先進(jìn)水平的差距十分明顯，甚至超過鐵殼類電容器。國外最著名的產(chǎn)品當(dāng)屬ABB公司的高壓干式電容器——DryHEDR，它采用塑料外殼的圓柱體結(jié)構(gòu)，中間有通孔可用來通風(fēng)冷卻，通過改變外殼高度和并聯(lián)數(shù)量來滿足高電壓和大容量的要求。DryHEDR分為直流和交流兩種產(chǎn)品，直流干式電容器用于SVC light，而交流干式電容器用于無功補(bǔ)償。產(chǎn)品的主要優(yōu)點是：體積小、能量密度高、占地省；無滲漏，防火災(zāi)；不使用浸漬劑、溶劑和油漆等化學(xué)品，在生產(chǎn)、運輸、使用以及廢棄物處理均對環(huán)境無害。

面對差距，國內(nèi)的企業(yè)需要直面現(xiàn)實，迎頭趕上，通過研究借鑒國外先進(jìn)技術(shù)，嚴(yán)格控制材料和加工工藝，以提高低壓自愈式產(chǎn)品的運行壽命為基礎(chǔ)，努力降低電容損失率，爭取使產(chǎn)品使用壽命達(dá)到10年以上；開發(fā)機(jī)車電容器、直流支撐電容器、換流閥均壓電容器等中壓干式自愈式電容器，積累經(jīng)驗，逐步向高壓產(chǎn)品過渡。

三、技術(shù)發(fā)展動態(tài)

1、南網(wǎng)±200MVA鏈?zhǔn)届o止補(bǔ)償器（STATCOM）投入運行

近幾年，越來越多的產(chǎn)品和電力電子技術(shù)聯(lián)系起來，電力電子器件從過去輔助、從屬的地位已經(jīng)逐漸向核心、支配地位發(fā)展，STATCOM就是很好的例子。

STATCOM，即SVG（Static Var Generator），是并聯(lián)在變電站傳輸母線上的靜止同步補(bǔ)償裝置，能夠以毫秒級的速度調(diào)節(jié)輸出類似于電容器或電抗器的電流補(bǔ)償系統(tǒng)無功，在電網(wǎng)發(fā)生故障時緊急支撐電網(wǎng)電壓，加快電網(wǎng)故障后的電壓恢復(fù)，提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定性。

圖3主負(fù)荷側(cè)直接補(bǔ)償接線方式

2011年8月19日，全球首個±200MVA鏈?zhǔn)届o止補(bǔ)償器在南方電網(wǎng)公司500kV東莞變電站投運，今年，又在東莞500kV水鄉(xiāng)變電站、廣州500kV北郊變電站和廣州500kV木棉變電站落地運行。

以往電容器基本上是無功補(bǔ)償?shù)拇~，包括后來出現(xiàn)的SVC、MSVC等，只是控制方式的改變，無功功率還是需要電容器來調(diào)節(jié)。STATCOM改變了大家的認(rèn)識，它利用可關(guān)斷大功率電力電子器件調(diào)節(jié)橋式電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流，實現(xiàn)動態(tài)無功補(bǔ)償，根本不需要電容器。隨著大功率電力電子器件的日趨成熟和成本的不斷降低，傳統(tǒng)的電容器補(bǔ)償?shù)姆绞綄艿礁嗟奶魬?zhàn)。

2、主負(fù)荷側(cè)直接無功補(bǔ)償

傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償方式中，高壓無功補(bǔ)償裝置一般都安裝在變壓器的第三繞組，第二繞組則作為主負(fù)荷側(cè)，無功功率需要變壓器繞組間的耦合作用實現(xiàn)傳遞。之前也有人提出過在主負(fù)荷側(cè)直接補(bǔ)償?shù)南敕ǎ驗橹圃斐杀竞涂煽啃缘膯栴}沒有應(yīng)用。近幾年，隨著直流輸電工程交流側(cè)無功補(bǔ)償和濾波裝置設(shè)計運行經(jīng)驗的不斷積累，以及1000kV特高壓交流輸電工程變壓器第三繞組采用110kV無功補(bǔ)償裝置的要求，部分廠家重新提出主負(fù)荷側(cè)直接補(bǔ)償?shù)母拍畈⒁殉晒\行，裝置接線方式見圖3。

這種接線方式有如下特點：

（1）整個裝置的絕緣水平為到110kV；

（2）電容器兩端不加裝放電線圈，放電裝置采用電容器的內(nèi)部放電電阻；

（3）電容器采用單星形接線，采用雙橋差保護(hù)以提高裝置保護(hù)的靈敏度；

（4）為防止操作過電壓對電抗器線圈造成損害，電抗器兩端并接過電壓保護(hù)器。

采用主負(fù)荷側(cè)直接補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點是：

（1）無功功率無需通過變壓器繞組交換，補(bǔ)償效果更好；

（2）可以減小變壓器磁路尺寸，降低第三繞組的輸出容量甚至取消第三繞組，從而降低變壓器的制造成本；

（3）充分體現(xiàn)無功補(bǔ)償?shù)闹匾?，提高電網(wǎng)運行的經(jīng)濟(jì)性。

3、智能化集成式無功補(bǔ)償裝置

2012年10月起，為配合國網(wǎng)公司新一代智能變電站示范工程的建設(shè)需要，由西安高壓電器研究院牽頭組織，西容、桂容、無錫日新、合容等企業(yè)參與開展了智能化集成式無功補(bǔ)償裝置的研制工作。

此次智能變電站設(shè)備改變過去供應(yīng)商為主導(dǎo)的分專業(yè)設(shè)計模式，采用整站“一體化設(shè)計、一體化供貨和一體化調(diào)試”的運作模式，目的是實現(xiàn)“占地少、造價省、可靠性高”的目標(biāo)。具體到無功補(bǔ)償裝置有如下特點：

（1）以集合式或箱式電容器為裝置的核心；

（2）將電容器、隔離接地開關(guān)、串聯(lián)電抗器、放電線圈、避雷器、智能組件、傳感器等部件集成設(shè)計；

（3）采用普通箱式或標(biāo)準(zhǔn)集裝箱結(jié)構(gòu)，整體運輸整體安裝；

（4）與系統(tǒng)連接僅用“三纜”（電力電纜、操作線纜、光纜）；

（5）電容器設(shè)備與智能組件間能通過傳感器和控制器進(jìn)行信息交互；

（6）裝置具有測量、控制、監(jiān)視、保護(hù)等功能。

4、智能式低壓電容器

近幾年我國東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，逐步推廣智能式低壓電容器，其工作核心仍然是低壓自愈式電容器，但與傳統(tǒng)低壓電容器裝置不同的是，它利用智能控制單元、晶閘管復(fù)合開關(guān)電路、線路保護(hù)單元組成控制保護(hù)部分，并將這些智能部件組成一個整體安裝在電容器上部，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的無功補(bǔ)償控制器、熔斷器、機(jī)械開關(guān)、熱繼電器等。

這種裝置具有明顯的優(yōu)點：

（1）裝置接線簡單，體積小，易于維護(hù)；

（2）電容器元件裝有溫度傳感器，如果電容器工作溫度過高，智能控制單元可根據(jù)設(shè)定溫度自動切除電容器；

（3）內(nèi)部有智能單元和晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，可以很方便地實現(xiàn)電容器的過零投入，避免合閘涌流危害；

（4）易于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)通信。

這種電容器裝置具備了結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高及智能化的特點，很可能會成為今后低壓無功補(bǔ)償和交流濾波的發(fā)展方向。

5、使用植物油作為絕緣介質(zhì)

日本電容器株式會社（NICHICON）的草津工廠生產(chǎn)一種高壓自愈式電容器，用雙面金屬化紙作電極，中間夾一層聚丙烯薄膜作介質(zhì)，浸漬劑為難燃的液體菜籽油（燃點280℃，比目前常用的電容器浸漬劑高一倍）。這種自愈式電容器壽命為15年，屬于難燃電容器，降低了火災(zāi)事故的危險性，適用于城市建筑物內(nèi)運行的無功補(bǔ)償裝置。

無獨有偶，ABB變壓器也開始使用由高油酸葵花籽油或紅花籽油制成的天然酯基介電絕緣液BIOTEMPR代替原有的礦物油，其燃點高達(dá)347℃。另外很容易生物降解，不會產(chǎn)生環(huán)境問題。這種變壓器已經(jīng)在巴西投入運行。