許偉 日新電機(jī)（無(wú)錫）有限公司

前言：集合式II型電容器是日本日新電機(jī)tank式電容器技術(shù)引入國(guó)內(nèi)后推廣的產(chǎn)品，自1931年日新電機(jī)生產(chǎn)出世界首臺(tái)油絕緣式電容器至今已經(jīng)有了九十多年的歷史，在中國(guó)、日本乃至世界都得到了廣泛的采用，已經(jīng)成為最適合“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型、智能化”變電站建設(shè)的電容器形式。本文基于集合式II型電容器的結(jié)構(gòu)和技術(shù)原理，結(jié)合該類型電容器在國(guó)內(nèi)外的使用情況，分析了集合式II型電容器可以滿足40年使用壽命要求。

一、影響電容器使用壽命的因素分析

電容器壽命終結(jié)的具體表現(xiàn)為電容器內(nèi)部絕緣介質(zhì)絕緣失效。導(dǎo)致內(nèi)部絕緣介質(zhì)絕緣失效的原因主要有：①溫升過(guò)高引起的熱老化；②局部放電引起的電老化；③油箱及外部構(gòu)件的機(jī)械老化。

因此可見，通過(guò)控制和延緩上述三點(diǎn)的老化過(guò)程，就可以起到延長(zhǎng)電容器使用壽命的目的。通常來(lái)講，要通過(guò)電容器的綜合設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

二、通過(guò)設(shè)計(jì)和選型保證電容器滿足40年使用壽命

為保證電容器組滿足40年的使用壽命，針對(duì)上述三個(gè)主要影響電容器壽命的因素，可采取如下的應(yīng)對(duì)措施：

（一）設(shè)計(jì)理念

產(chǎn)品的設(shè)計(jì)理念是決定電容器性能的前提條件。集合式II型電容器的設(shè)計(jì)理念是“以故障率無(wú)限趨近于零”，通過(guò)大幅度的降低電容器的故障率，確保產(chǎn)品的可靠性和設(shè)計(jì)壽命能夠達(dá)到40年以上。

（二）降低電容器溫升

針對(duì)電容器內(nèi)部溫升導(dǎo)致的熱老化，需要通過(guò)降低電容器的溫升進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。集合式II型電容器的設(shè)計(jì)充分的考慮電容器的溫升。例如BAMX73.7/√3-21277-1W型集合式II型電容器的溫升試驗(yàn)結(jié)果為10k左右，相比標(biāo)準(zhǔn)15k減少5k。

為了獲取較低的溫升，延緩熱老化對(duì)電容器壽命的影響，主要通過(guò)以下幾方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.控制介損性能避免損耗過(guò)大引起溫升。

絕緣介質(zhì)的介損對(duì)電容器溫升有比較顯著的影響，故有必要通過(guò)對(duì)原材料性能的控制降低電容器溫升。首先，針對(duì)集合式II型電容器所用的原材料需要對(duì)原材料性能指標(biāo)、檢驗(yàn)監(jiān)測(cè)方法等進(jìn)行更嚴(yán)格的要求，其中包括對(duì)原材料的介損性能需要進(jìn)一步的提高和嚴(yán)格控制。其次原材料的入廠檢驗(yàn)應(yīng)適當(dāng)?shù)脑黾映闄z范圍和頻率，確保不同批次原材料性能在較高水平上盡量接近。提高絕緣介質(zhì)材料性能可以延緩因?yàn)闇囟纫蛩氐睦匣俣?，從而延長(zhǎng)電容器壽命。

2.采用無(wú)內(nèi)熔絲結(jié)構(gòu)降低電容器的損耗。

作為元件保護(hù)的電阻型熔絲是導(dǎo)致電容器的損耗增加的一個(gè)重要零部件，因此采用無(wú)熔絲結(jié)構(gòu)，能夠明顯的降低電容器的損耗。例如BAMX73.7/√3-21277-1W型集合式II型電容器型的損耗角正切（tanδ）測(cè)量結(jié)果僅為0.006%，損耗角正切（tanδ）相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)值0.03%的五分之一。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，集合式II型電容器損耗可以做到非常的低。

3.控制導(dǎo)體結(jié)構(gòu)避免接觸不良引起溫升

集合式II型電容器內(nèi)部導(dǎo)體主要包括導(dǎo)線和導(dǎo)線與元件的連接結(jié)構(gòu)，為了降低損耗和溫升，均采取了特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。首先電容器內(nèi)部的導(dǎo)體采用銅編織線，降低集膚效應(yīng)的影響。其次導(dǎo)線保留一定的通流裕度。以某型號(hào)集合式II型電容器采用電流密度達(dá)到約4A/mm2高純度無(wú)氧電解銅編織線做為引線，避免因?yàn)橥髂芰Σ蛔阋鸬陌l(fā)熱。

其次，電容器元件與導(dǎo)線的連接采用機(jī)械壓接式，壓接端子為進(jìn)口的專用端子。這樣做具有兩項(xiàng)主要優(yōu)點(diǎn)：①壓接效果可視化，不會(huì)發(fā)生連接處接觸不良現(xiàn)象；②壓接端子經(jīng)過(guò)特殊鈍化處理，不會(huì)發(fā)生毛刺放電。

4.優(yōu)化內(nèi)部溫度梯度分布避免局部溫升過(guò)高

集合式II型電容器元件鋁箔采用突出折邊結(jié)構(gòu)、芯體集合采用型鋼固定方式、芯體臥放布置在油箱內(nèi)。元件內(nèi)部的油隙及元件與元件之間的油隙一直處在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，避免芯體內(nèi)部局部溫升過(guò)高。

（三）降低局部放電量

局部放電一般不會(huì)引起絕緣的貫穿性擊穿，但長(zhǎng)期的局部放電可以使絕緣的劣化損傷程度逐步加大，最終使整個(gè)絕緣介質(zhì)擊穿，嚴(yán)重影響電容器的壽命，為降低局部放電量，延緩電老化對(duì)電容器壽命的影響，可通過(guò)以下幾方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.采用合理的電場(chǎng)強(qiáng)度降低局放量

適當(dāng)降低電容器的電場(chǎng)強(qiáng)度能根本上降低局放的發(fā)生和局放對(duì)電容器壽命的影響，延長(zhǎng)電容器的使用壽命。集合式II型電容器場(chǎng)強(qiáng)設(shè)計(jì)值始終小于45kV/mm，使得電容器承受過(guò)電壓、諧波等不良運(yùn)行條件能力更強(qiáng)，極大的提高了電容器的局部放電水平，同時(shí)使得電容器的溫升更低。

2.采用鋁箔折邊方式及合適絕緣結(jié)構(gòu)降低局放量

a）鋁箔采用激光切割工藝，元件卷繞時(shí)鋁箔一邊折邊、一邊凸箔，一邊折邊后，邊緣消除了毛刺，曲率半徑增大，大大改善了邊緣電場(chǎng)畸變，提高了元件的局部放電水平，增強(qiáng)了耐受過(guò)電壓的能力。

b）元件采用無(wú)內(nèi)熔絲結(jié)構(gòu)，芯體集合采用型鋼固定方式，避免了由于元件間內(nèi)熔絲的存在及壓緊系數(shù)的變化導(dǎo)致的場(chǎng)強(qiáng)分布不均。另外芯體采用臥放布置，避免由于元件的自重導(dǎo)致底部元件受壓過(guò)大，造成的場(chǎng)強(qiáng)分布不均。

c）設(shè)計(jì)上仔細(xì)考核引線、芯體、油箱間的絕緣距離，選取合適的絕緣厚度及構(gòu)造，既可以保證足夠的電氣強(qiáng)度同時(shí)滿足芯體的散熱。引線連接全部采用機(jī)械壓接，杜絕焊渣飛濺到器身的可能性，且所有引線連接處均用局部補(bǔ)強(qiáng)絕緣，以改善電場(chǎng)分布。

3.添加進(jìn)口環(huán)氧添加劑降低局放量

通過(guò)添加樹脂系添加劑，抑制了因絕緣油中不純物而導(dǎo)致局部放電的現(xiàn)象，從而延長(zhǎng)了電容器的壽命。

（四）延緩?fù)赓?gòu)件的老化

1.采用全密封油箱結(jié)構(gòu)

電容器采用全封閉結(jié)構(gòu)，油箱外殼由厚度5～20mm的鋼板制成，為了保證油箱機(jī)械強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)滿足抽真空注油工藝，外部焊有加強(qiáng)筋，加強(qiáng)箱體。保證電容器油箱能承受住0.1MPa負(fù)壓及0.06 MPa正壓的機(jī)械強(qiáng)度，而無(wú)損傷及永久性變形，并在正常起吊、運(yùn)輸、運(yùn)行狀態(tài)下無(wú)明顯變形現(xiàn)象。

油箱鋼板連接部位采用雙面焊接，油處理前在抽真空工藝確認(rèn)真空度，注油后加壓確認(rèn)，并在熱烘工藝進(jìn)行試漏試驗(yàn)來(lái)保壽命期內(nèi)不會(huì)發(fā)生滲漏油。避免由于電容器滲漏油，引起外部水分進(jìn)去箱體內(nèi)部，破壞電容器絕緣，影響電容器壽命。

2.采用進(jìn)口油量補(bǔ)償裝置

電容器外殼頂部裝有油量調(diào)節(jié)器并與油箱內(nèi)部連通。調(diào)節(jié)器內(nèi)部由數(shù)個(gè)不銹鋼薄板制成的波紋彈性盤，當(dāng)由于熱脹冷縮油箱內(nèi)壓力發(fā)生變化時(shí)，波紋彈性盤可隨浸漬劑壓力的變化而改變其形狀和所占的空間體積，用以補(bǔ)償溫度引起的浸漬劑體積變化，使密封的電容器內(nèi)部常處于充滿浸漬劑的微正壓狀態(tài)。保證電容器箱體內(nèi)一直處于出廠時(shí)的環(huán)境，不會(huì)對(duì)內(nèi)部的絕緣特性產(chǎn)生影響。

三、運(yùn)行業(yè)績(jī)

集合式II電容器在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有很多40年以上運(yùn)行業(yè)績(jī)，以下列舉部分國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品的供貨業(yè)績(jī)：

圖1為在沈陽(yáng)某變電站無(wú)故障運(yùn)行了40年的集合式II型電容器，電壓等級(jí)：12.7kV，容量：209kvar，運(yùn)行時(shí)間為1940年～1980年。

圖2為運(yùn)行在天津某變的集合式II電容器，電壓等級(jí)：11/√3kV，容量：3334kvar，運(yùn)行時(shí)間為1980年～至今。

圖1

圖2

四、總結(jié)

能夠設(shè)計(jì)和運(yùn)行壽命超過(guò)40年的電力電容器裝置，不僅需要立足于幾十年產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)，還要憑借先進(jìn)科學(xué)的工裝設(shè)備和生產(chǎn)工藝，更要依托對(duì)產(chǎn)品技術(shù)的深刻研究和全面掌握。目前，國(guó)家提倡建立節(jié)約型社會(huì)，電網(wǎng)公司也提出將電容器組設(shè)計(jì)壽命延長(zhǎng)至40年。因此我們?nèi)砸掷m(xù)的努力，不斷地提高電容器的性能、延長(zhǎng)電容器的使用壽命。