超級(jí)電容器簡介 超級(jí)電容器是近幾年才發(fā)展起來的一種專門用于儲(chǔ)能的特種電容器，有著法拉級(jí)的超大電容量，比傳統(tǒng)的電解電容器的積能密度高上百倍，漏電流小近千倍，它的放電比功率較蓄電池高近十倍，不需要任何維護(hù)和保養(yǎng)，壽命長達(dá)十年以上，是一種理想的大功率物理二次電源，已成功的用作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電源；電動(dòng)車的起步、加速、爬坡電源；高壓開關(guān)的分合閘操作電源及用于電傳動(dòng)裝甲車和大型充磁設(shè)備中。 目前我國（北京金正平公司）已成功開發(fā)、生產(chǎn)出此類電容器。其系列技術(shù)指標(biāo)為：電容量：0.2F-600F，工作電壓：14V-400V，最大電流400A-2000A。 我國六十～八十年代建設(shè)的35KV變電站及10KV開關(guān)站，絕大多數(shù)高壓開關(guān)（斷路器）操動(dòng)機(jī)構(gòu)是CDX型電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)。在這些站的配電室中專門配有相應(yīng)的直流系統(tǒng)，作為分、合閘操作、控制、保護(hù)用的直流電源。這些直流電源設(shè)備，主要是電容儲(chǔ)能式硅整流分合閘裝置和部分由蓄電池組構(gòu)成的直流屏。 由于電容儲(chǔ)能式硅整流分、合閘裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、維護(hù)量小的特點(diǎn)，因此在當(dāng)時(shí)的這些末端站得到了廣泛的應(yīng)用，但是這些裝置在實(shí)際使用中暴露出一個(gè)致命的令用戶不可容忍的缺陷：事故分閘的可靠性差，其原因是使用的儲(chǔ)能電解電容器組的容量有限（只有幾千個(gè)微法），漏電流較大。有限的儲(chǔ)能及停電后較大的漏電，使其無法在任何情況下保證事故分閘所需要的能量，由此造成的嚴(yán)重事故時(shí)有發(fā)生。不得已有些用戶將其換成小容量的蓄電池組，其目的就是為了能保障分閘的能量，然而先拋開蓄電池組價(jià)格昂貴、壽命有限不說，單就從必須按規(guī)定對(duì)其進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)才能正常工作這一點(diǎn)來說，就是讓人頭疼的問題，因?yàn)檫@里的蓄電池組不承擔(dān)合閘任務(wù)，長時(shí)間處于備用狀態(tài)，有些問題（如單個(gè)電池不良，記憶效應(yīng)）不象蓄電池組直流屏那樣從合閘操作中發(fā)現(xiàn)，這就要求工作人員主動(dòng)定期的對(duì)蓄電池進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，由于工作量大，實(shí)際上這些工作在現(xiàn)場(chǎng)很難做到百分之百落實(shí)，甚至有些工作人員編造工作記錄蒙哄過關(guān)，因此蓄電池組的內(nèi)部狀態(tài)是否時(shí)刻正常已很難保證，比如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)蓄電池組中有問題的蓄電池進(jìn)行更換，以及不定期消除鎘鎳電池的記憶效應(yīng)。一旦供電線路出現(xiàn)事故需迅速分閘時(shí)，就有可能提供不了足夠的能量，有可能造成更大的事故。這些現(xiàn)象在有些站特別是大行業(yè)的用戶站，已不止一次發(fā)生過。 由蓄電池組成的直流屏，能存儲(chǔ)很大的電能而實(shí)現(xiàn)停電后的長時(shí)間的直流供給，在一些重要站（如110KV及以上級(jí)別的變電站）這是必要的功能，然而象有些不重要的末端站及用戶站，實(shí)際上并不需要停電后長時(shí)間的直流供給?？紤]到要保證事故分閘的可靠性而使用了這樣的設(shè)備，然而帶來的卻是很高的運(yùn)營成本。經(jīng)常的維護(hù)保養(yǎng)以及不長的使用壽命。另外故障率也因其電池的多節(jié)串聯(lián)而增加（任何一節(jié)電池有問題，都將影響整個(gè)蓄電池組的照常工作。 對(duì)上述設(shè)備不盡如人意的問題，人們迫切希望有較好的辦法來解決，超級(jí)電容器的出現(xiàn)及其具備的優(yōu)良性能為解決這一問題帶來了希望。 超級(jí)電容器的應(yīng)用方案之一 本方案適用于在用電容儲(chǔ)能（或已更換蓄電池組）式硅整流分合閘裝置。在原電路上改造的電路原理1.為改造要去掉的電解電容器組或蓄電池組。2需加入的超級(jí)電容器及電路，每只超級(jí)電容器參數(shù)為0.85F/280V，（85萬微法）兩只超級(jí)電容器采用同時(shí)工作，互為熱備的工作方式。R1R2為充電限流電阻，根據(jù)所需充電速度的大小可選擇500W或1000W鹵鎢燈（或100W～200W白熾燈）其冷態(tài)電阻較熱態(tài)電阻小5～6倍，比較適合電容器電壓建立后宜減小限流電阻的要求。這一方案的優(yōu)勢(shì)為： 1. 在保留了原設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，成本低，維護(hù)量小的特點(diǎn)的同時(shí)，保證了分閘能量供應(yīng)的絕對(duì)可靠，這是因?yàn)槌?jí)電容器的儲(chǔ)能較原電解電容器組大了幾百倍，在停電后可保證數(shù)百次的分閘，安全余量非常大。 2. 極小的漏電使其荷電保持能力非常強(qiáng)，停電數(shù)天后應(yīng)有上百次的分閘能力。 3. 一旦其中一只電容出現(xiàn)問題不會(huì)影響另一只的獨(dú)立工作，其檢查功能，在不影響另一只正常投入工作的情況下可在例行的檢查中發(fā)現(xiàn)故障超級(jí)電容而更換掉。 超級(jí)電容應(yīng)用方案之二 本方案主要適用于生產(chǎn)廠改型的電容儲(chǔ)能式分合閘裝置。本方案是將原電容儲(chǔ)能式分合閘裝置的大功率合閘整流電源部分換成小功率電源，只供超級(jí)電容器充電和一些經(jīng)常負(fù)荷，去掉原裝置中的電壓補(bǔ)償電解電容器組，由超級(jí)電容器負(fù)責(zé)高壓開關(guān)的合閘及事故失電分閘。在這里合閘一次電壓只降低3V左右，而這一電壓降將很快被充電補(bǔ)充，適合連續(xù)合閘，這一方案的成本將低于原電容儲(chǔ)能式硅整流分合閘裝置，有著同方案一同樣的優(yōu)勢(shì)，還可以在停電后有數(shù)分鐘的經(jīng)常負(fù)荷供電能力，較原裝置是一個(gè)進(jìn)步。C1、C2、R1、R2的選擇同方案一。L、R的作用是只允許經(jīng)常負(fù)荷電流通過，抑制合閘沖擊電流的通過。 超級(jí)電容器應(yīng)用方案之三 本方案適用于在不重要的末端站（不需要停電后長時(shí)間的直流電供給）使用了由蓄電池組組成的直流屏的改造，1.改造要去掉的部分。2..改造要加入的部分。本方案的功能同方案二，由于舍去了蓄電池組，從而大幅度降低了使用成本，減小了維修保護(hù)量，電源壽命延長，同時(shí)由于電容充電很快，因此不像蓄電池組那樣，停電分閘后，怕虧電。R1R2的選擇同方案一。 超級(jí)電容器應(yīng)用方案四 本方案是設(shè)計(jì)一種新型的直流屏。我們知道蓄電池組容量的選擇必須同時(shí)滿足兩個(gè)條件：第一是滿足沖擊負(fù)荷最大放電電流合閘要求。第二是滿足經(jīng)常負(fù)荷電流下的時(shí)間要求：當(dāng)根據(jù)沖擊負(fù)荷最大電流選擇的電池容量（安時(shí)數(shù)）大于經(jīng)常負(fù)荷的容量要求時(shí)，就可以將超級(jí)電容器與蓄電池組組成復(fù)合電源，由超級(jí)電容器承擔(dān)沖擊負(fù)荷，由蓄電池承擔(dān)經(jīng)常負(fù)荷，蓄電池組的容量就按經(jīng)常負(fù)荷的要求選小些，這樣既降低了成本、減小了維護(hù)量，同時(shí)又使蓄電池組免受大電流的沖擊而延長使用壽命。這種復(fù)合電源的原理的L、R的作用同方案二，R1的選擇同方案一。 另外，也可將具有（超）高倍率放電能力的鎘鎳蓄電池?fù)Q成同等容量的免維護(hù)鉛酸蓄電池，與超級(jí)電容器組成復(fù)合電源，這樣既保留了蓄電池體積小的特點(diǎn)，又大幅度降低了蓄電池的成本，獲得了與使用鎘鎳蓄電池同樣的效能。