摘　要：本文通過對市場的分析，提出了對充氣集合式高壓并聯(lián)電容器的研究，并對開發(fā)的產(chǎn)品的特點進行了介紹。 關(guān)鍵詞：充氣集合式　高壓并聯(lián)電容器　研究　開發(fā) 1　前言 隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，電力需要量不斷增長，安全環(huán)保問題日益倍受關(guān)注，迫切需要難燃防爆、不污染環(huán)境的輸配電設(shè)備。我國城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)和改造的明確指導思想是向少油化、無油化發(fā)展。無油化產(chǎn)品日益受到電力部門的歡迎，需求量不斷增長。隨著電力技術(shù)的不斷進步，新技術(shù)發(fā)展日新月異，新產(chǎn)品開發(fā)層出不窮。目前無油化干式絕緣的組合電器、互感器、變壓器、電抗器、斷路器已越來越廣泛的使用，但缺乏價廉質(zhì)美的干式無油的高電壓電容器，現(xiàn)在高壓并聯(lián)補償成套裝置中，其它配套設(shè)備都可容易的實現(xiàn)無油化，唯有高壓并聯(lián)電容器由于其工作介質(zhì)的特殊性，實現(xiàn)產(chǎn)品無油化，困難很大。目前干式無油化的高壓電容器只有少量產(chǎn)品在運行，其技術(shù)并未十分成熟，產(chǎn)品性能并不十分穩(wěn)定，而且造價較高，難以大量推廣使用。因此少油化難燃防爆的充氣集合式并聯(lián)電容器應運而生。傳統(tǒng)的充油集合式高壓并聯(lián)電容器由于其接線簡單，安裝使用維護方便，占地面積少，很受用戶歡迎，但由于其裝有大量的絕緣油，不符合電力系統(tǒng)無油化的趨勢。新型的充氣集合式高壓并聯(lián)電容器是在已大量生產(chǎn)并有十幾年制造及運行經(jīng)驗的充油式集合式電容器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，以不燃的絕緣氣體代替大量的絕緣油，使原有產(chǎn)品的優(yōu)點得以保留發(fā)揮，又符合安全環(huán)保少油化的觀念。充氣集合式高壓并聯(lián)電容器產(chǎn)品的研制成功和推廣使用，滿足了市場的要求，受到用戶的十分青睞。 請登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng) 瀏覽更多信息 2　充氣集合式高壓并聯(lián)電容器的研究　 　 傳統(tǒng)充油式的集合式并聯(lián)電容器，由于在大箱殼和單元電容器之間充有幾百千克至幾千千克的大量可燃性絕緣油（變壓器油或烷基苯油），產(chǎn)品存在著易滲漏油，故障條件下易燃易爆，污染環(huán)境，重量大等缺陷。以不燃性絕緣氣體代替上述的絕緣油，可以克服其缺點。但絕緣氣體與絕緣油相比，在一般條件下其絕緣性能和散熱性能都比絕緣油差，而且氣體更不易密封。因此，如何選擇合適的絕緣氣體，盡量降低產(chǎn)品的發(fā)熱量，解決散熱、絕緣、密封等問題，是開發(fā)該產(chǎn)品的主要研究內(nèi)容，其中散熱問題是研究的重點和難點。 2．1　散熱 SF6氣體是熱的不良導體，其散熱性能比絕緣油差得多。如果只是簡單地將充油的集合式電容器的油更換為氣體，勢必造成電容器單元溫升過高，性能劣化造成熱擊穿損壞。因此，解決充氣集合式電容器的熱穩(wěn)定、熱擊穿問題，盡量降低單元電容器的溫升以保持其良好的運行狀態(tài)是本項目研究的重點，也是難點所在。對于全膜電容器，其內(nèi)部最熱點的溫度應不大于80℃，而且為減輕其他方面的降低溫升的難度，單元最熱點與單元外殼間的溫升應控制在6℃以下。 為了確保電容器單元內(nèi)部的運行溫度不超過允許值，必須嚴格控制單元的損耗。工廠標準為tanδ不大于3×10－4。實踐證明，企業(yè)現(xiàn)有的技術(shù)水平能夠達到。一般情況下單元的介損正切值tanδ不超過2×10－4。 另外，在箱體外殼上增加一定數(shù)量的加強筋，盡量增大大外殼的散熱面積，以減少大外殼對環(huán)境空氣的溫升。 如何盡量降低電容器單元的外殼至大箱體之間的溫升是我們研究的重點內(nèi)容。為此我們作了大量的研究工作。首先精心安排電容器單元在大箱體的結(jié)構(gòu)布置，使結(jié)線簡單絕緣可靠，又使熱流順暢，不出現(xiàn)局部過熱，以便電容器單元的熱能在不增加附加的強制散熱措施的條件下，通過傳導、對流輻射的方式有效的傳輸至大箱殼。為了確保電容器單元不會因為散熱不佳而性能劣化，我們經(jīng)過研究，采取更為有效的強制散熱措施，將航空航天領(lǐng)域上采用的熱管散熱技術(shù)應用到本產(chǎn)品中，在電容器單元外殼與大箱體外殼間裝設(shè)熱管散熱裝置，這是我們本項目研究所取得的有效實用的成果。熱管的工作原理（見圖1）如下，熱管的吸熱段吸收熱能傳給熱管內(nèi)的工質(zhì)，工質(zhì)由于在一定的環(huán)境條件下的特殊性，吸收熱量由液相變?yōu)闅庀?，氣相的工質(zhì)在熱管內(nèi)在壓差動力的作用下，通過傳輸段到達冷卻散熱段，由于冷卻段的溫度較低，工質(zhì)由氣相變?yōu)橐合喾懦鰺崮?。熱管傳熱的熱阻小，傳輸功率大，能實現(xiàn)遠距離變方向供熱，而且啟動快，傳輸速度良好，散熱效果顯著。通常的熱管體內(nèi)是較高的負壓，我們?yōu)榱吮ＷC熱管的使用壽命，采用常壓下的熱管，即工質(zhì)在常壓（0．1MPa）狀態(tài)下，當溫度達到其汽化溫度時，即可汽化，并能正?；啬l(fā)熱量。 為了檢驗熱管的散熱效果，我們對試品在裝有熱管和不裝熱管的情況下進行了很多對比研究試驗，以便確定熱管的最佳結(jié)構(gòu)。表1是試品的熱穩(wěn)定性試驗數(shù)據(jù)。試驗方法按標準JB7112－2000，試驗電壓為1．2倍額定電壓。 研制充氣集合式電容器的關(guān)鍵是解決溫升問題，我們認為采用熱管散熱是很有效的解決辦法。我們從熱管的原理、各種影響散熱傳熱的因素、加工制造工藝以及熱管散熱器的安裝使用等各個方面，都進行了廣泛深入艱難的探索研究試驗，克服各種困難，終于取得了突破，研制出適合本產(chǎn)品，性能優(yōu)良，安裝方便的內(nèi)裝熱管散熱裝置，使困擾已久的溫升問題迎刃而解。產(chǎn)品的型式試驗證明，溫升符合要求，而且還有一定的裕度，保證電容器單元不會因散熱不佳而導致熱損壞，確保其安全運行，從而達到防爆防燃要求。只有溫升問題合理的解決了，充氣集合式電容器才能發(fā)揮其應有的優(yōu)點。內(nèi)裝熱管散熱裝置的成功使用，使產(chǎn)品的安全運行有了可靠的保證。 2．2　絕緣 絕緣氣體在充氣集合式高壓并聯(lián)電容器中，承擔著大箱殼內(nèi)電容器單元的外絕緣以及電容器單元與箱殼間的絕緣和散熱作用。六氟化硫（SF6）氣體是一種理化性能十分穩(wěn)定，絕緣和滅弧性能優(yōu)良的氣體，發(fā)現(xiàn)于1900年。二十世紀三十年代后開始工業(yè)化生產(chǎn)。由于它具有優(yōu)良的理化特性和絕緣滅弧性能，二十世紀四十年代開始應用于電力設(shè)備。目前SF6氣體及其混合氣體已廣泛使用于斷路器、互感器、GIS等電力設(shè)備中。毫無疑問SF6氣體或其混合氣體是充氣集合式電容器自然而然的理想選擇。問題是氣體的壓力范圍以及SF6氣體與各混合氣體的比例如何選擇還須認真研究確定。 10kV及35 kV電壓等級的集合式電容器的絕緣水平分別為75／42（kV）和95／200（kV）。由于充氣集合式并聯(lián)電容器的絕緣氣體只承擔大箱殼內(nèi)各高壓帶電體的外絕緣，而且結(jié)構(gòu)布置上容易加大絕緣距離而增加成本較少，為使產(chǎn)品運行可靠，我們經(jīng)過充分研究試驗，選擇合適的絕緣結(jié)構(gòu)和絕緣距離，使產(chǎn)品在0表壓的空氣狀態(tài)下，產(chǎn)品能通過所有電氣性能的型式試驗。綜合考慮密封的方便性、箱殼機械強度等因素，我們經(jīng)過試驗研究，選擇0．001～0．06MPa（本文均指表壓）的氣體壓力范圍，較滿意地滿足各方面的要求，而沒有像SF6斷路器及GIS那樣，使用較高氣壓?？紤]到集合式電容器的制造習慣，高氣壓對充氣集合式電容器帶來的好處并不大，卻使產(chǎn)品制造和運行維護復雜化，為使運行方便，本產(chǎn)品不考慮配備復雜的自動補氣系統(tǒng)。 為使產(chǎn)品在運行時箱體內(nèi)部不受外界潮氣的浸入，箱體內(nèi)應維持正壓力。由于我廠有多年SF6標準電容器及近年來充氣式CVT等產(chǎn)品的氣體密封制造經(jīng)驗，對充氣集合式電容器在0．065 MPa壓力下，年氣體泄漏率0．5％是可以實現(xiàn)的，因此額定氣壓（20℃）的確定原則是按年漏氣率0．5％計算出20年后，在環(huán)境溫度的下限，產(chǎn)品未投入運行時箱殼內(nèi)的表壓應不小于0．001MPa，以此可計算出額定氣壓為0．032MPa，同樣根據(jù)產(chǎn)品的環(huán)境溫度上限值以及產(chǎn)品運行時的溫度，可算出箱體內(nèi)的正常壓力上限值為0．06MPa。 實際上，由于有工藝條件保證，產(chǎn)品出廠試驗時的氣體年泄漏率都在0．03％以下。因此正常運行條件下，產(chǎn)品在30年壽命期間是不需要補氣的。SF6氣體雖然有優(yōu)良的電氣性能，但其價格還稍貴，且對電場的不均勻度比較敏感。而集合式電容器考慮到制造上的方便性，雖然采取了部分措施，但電場的均勻度還不是十分理想。而采用SF6和廉價N2的混合，只要比例合適，即可以節(jié)約成本，又可以降低純SF6氣體在電氣性能方面對電場不均勻度的敏感性，保證較好的電氣強度，而不必要花大力氣改善電場的不均勻度。 　　目前，國內(nèi)外都逐漸用SF6混合氣體代替純SF6氣體。普遍使用的N2／SF6比例為50％／50％或60％／40％。我們經(jīng)過研究實驗，采用合適的SF6與N2的體積比，收到良好的效果。 　　前已述及，為了密封方便和增加可靠性，以“0”表壓空氣狀態(tài)作為引線絕緣強度的設(shè)計依據(jù)。充氣集合式電容器箱殼內(nèi)各導體（除單元本身的內(nèi)部絕緣外）的絕緣，由于采用合理的絕緣布置結(jié)構(gòu)和采用絕緣護套等特別措施，我們能夠做到“0”表壓的空氣狀態(tài)下，產(chǎn)品能滿足型式試驗的要求，因而充以SF6氣體或混合氣體，就可提供更大的絕緣裕度，而且由于密封性能良好箱體內(nèi)不會出現(xiàn)負壓。以SF6氣體代替絕緣油，從這方面電氣絕緣強度來說，充氣集合式產(chǎn)品的絕緣裕度比油絕緣更大。而且結(jié)構(gòu)布置上各相單獨布置，各相引線不交叉，相間距離較大，不會由于相間距離不足而導致相間擊穿。對于電容器單元內(nèi)部的電氣強度，我們選擇較低的合理的介質(zhì)工作強度，而且每只小元件均裝有可靠的內(nèi)部熔絲保護。這些措施使產(chǎn)品成為高可靠性、長使用壽命的電氣設(shè)備。 2．3　密封 說起氣體，許多人就擔心氣體密封比油密封更難，幾十年了，油的密封問題沒有徹底解決，氣體就更不用說了。對這種常見的故障，我們必須高度重視，著力研究解決。氣體CT、PT、GIS等產(chǎn)品已有幾十年的使用歷史。我廠生產(chǎn)的SF6氣體的標準電容器已經(jīng)使用三十多年了，近年來充氣式CVT、GIS用CVT的研究也取得了突破性的進展，工廠有豐富成熟的技術(shù)和制造經(jīng)驗。相對其他高氣壓的電氣產(chǎn)品來說，充氣集合式電容器的氣壓較低（0～0．065MPa），又無操作機構(gòu)的動密封。本產(chǎn)品的密封面較少，只有套管必須采用橡膠墊進行機械聯(lián)接式密封外，其他均可采用焊接密封。雖然如此，但我們還是對此進行重點研究。首先是采用特殊形狀的能耐SF6氣體和紫外線輻射的密封性能優(yōu)良的密封材料，采用特殊的密封結(jié)構(gòu)，嚴格控制壓縮比，箱壁焊接采用雙面焊，應用先進的焊接技術(shù)確保焊接牢固密封。此外，工藝過程采用先進有效的多種試漏工序，檢漏的儀表儀器先進可靠。實踐證明，所采用的方法手段是可行的，產(chǎn)品出廠試驗時SF6氣體檢漏儀的讀數(shù)接近于0。 2．4　特別保護措施 我們對充氣集合式電容器進行了專門的保護研究。在產(chǎn)品上安裝了特別訂購的可靠性高動作靈敏的電接點壓力表。在箱體內(nèi)的氣體壓力達到上限壓力和下限壓力時，接點閉合動作于跳閘，使電容器既能保證正常運行又在故障時快速撤出運行，以免事故擴大。 3　產(chǎn)品性能 3．1　產(chǎn)品的主要性能指標 3.1.1 電容偏差 電容器的實測電容與其額定值間的偏差不超過0％～＋5％。任意兩相電容之比不大于1．01； 3．1．2　損耗角正切值tanδ 電容器在額定電壓、額定頻率下，20℃時的損耗角正切值tanδ不大于3×10－4。 3．1．3　電介質(zhì)電氣強度 電容器兩個端子間的電介質(zhì)能承受下列試驗電壓之一，歷時10s。 a）工頻交流電壓：2．15Un b）直流電壓：4．30Un 3．1．4　絕緣水平 電容器的相間及對殼絕緣水平均為42／75kV。 3．1．5　溫升 電容器在允許的溫度范圍內(nèi)，在1．20Un的工頻交流電壓下，單元內(nèi)部最熱點的溫度不超過75℃。 3．1．6　氣壓 電容器的額定氣壓20℃時為0．032MPa，允許的氣壓范圍為0～0．06MPa。 3．1．7　零表壓性能 電容器的所有電氣試驗均在內(nèi)部氣壓為0的表壓下完成。 3．1．8　年泄漏率 年漏氣率≤0．5％，二十年不需補氣。 來源:http://www.tede.cn 3．1．9　其它性能指標 其它性能指標符合GB／T11024．1～GB／T11024．4、JB7112、DL／T628的要求。 3．2　產(chǎn)品的試驗 從這段時間我廠生產(chǎn)制造的充氣集合式高壓并聯(lián)電容器的產(chǎn)品出廠試驗和型式試驗情況來看，各項機械及電氣性能均良好，滿足有關(guān)標準的要求，運行正常。 表2是我廠充氣集合式并聯(lián)電容器主要項目的試驗結(jié)果。主要項目的試驗結(jié)果。 4　產(chǎn)品特點 　　 桂林電力電容器總廠研究開發(fā)成功的充氣集合式高壓并聯(lián)電容器是在原傳統(tǒng)充油集合式電容器的基礎(chǔ)上經(jīng)多方試驗研究發(fā)展而來，它具有傳統(tǒng)集合式電容器的優(yōu)點，并克服了充油集合式電容器的缺點。產(chǎn)品具有以下特點： 4．1　難燃、防爆、環(huán)保 用不燃氣體SF6或SF6和N2的混合氣體替代箱體內(nèi)的絕緣油，從根本上杜絕滲漏油。更重要的是杜絕了爆炸著火的可能性，確保變電站的安全，而且由于有充滿不燃阻燃氣體的氣室做貯油室，即使單元爆開亦無漏油著火之危險。SF6氣體與變壓器油相比，屬于綠色環(huán)保材料，不污染環(huán)境。 4．2　損耗小、溫升低 內(nèi)部單元發(fā)熱量小。同時采用ZL01 212594．6號專利技術(shù)，將用于航空航天領(lǐng)域的熱管散熱技術(shù)用于電容器，內(nèi)裝散熱器，可將單元產(chǎn)生的熱量有效地導至產(chǎn)品箱殼上，從而改善單元散熱條件，降低產(chǎn)品內(nèi)部溫升。 4．3　重量輕 由于以氣代油，產(chǎn)品的重量大幅度下降、安裝更加方便。 4．4　壽命長、適用范圍廣 在設(shè)計上增加絕緣裕度，在工藝上采用GE技術(shù)，使產(chǎn)品局放水平高，壽命長。電容器的應用范圍廣，可在戶內(nèi)、戶外或環(huán)境惡劣場合使用，壽命保證20年。 4．5　密封性好 確保20年不需補氣。 4．6　性能優(yōu)異、成熟的制造和運行經(jīng)驗、可靠性高 電容器性能達到或優(yōu)于GB／T11024、JB7112和DL／T628的要求。集合式產(chǎn)品性能經(jīng)十多年運行考驗，并有數(shù)十年使用氣體絕緣的經(jīng)驗，產(chǎn)品性能可靠。 4．7　產(chǎn)品成本低 與自愈式高壓電容器相比，成本低得多，價格上很有優(yōu)勢。 4．8　運行維護簡單 產(chǎn)品絕緣裕度大，密封性好。電接點壓力表在下限和上限壓力下自動報警或跳閘。而充油集合式電容器需要油樣測試，定期更換吸濕器內(nèi)的干燥劑和清理油跡，而充氣電容器卻無此必要。 4．9　外表美觀 與傳統(tǒng)的充油集合式電容器相比，缺少油枕、吸濕器、油標、放油閥、油樣閥門、壓力釋放閥等附件，外觀顯得簡潔清秀，且由于不充油，外表無油跡污染，更顯潔凈光亮。加上我廠設(shè)計造型考究，外殼表面采用噴沙噴鋅的新防腐工藝，防腐性能更加優(yōu)良，外表更加美觀。