[影响电容器质量的主要因素及改进措施]电容器在电路中的作用

　　摘 要:通过对比各个年代电容器的结构特点,提出各个阶段的引起电容器质量的主要矛盾,分析引起电容器发热、击穿、局部放电的主要原因,给出降低损耗、减少击穿和保证电容器的良好局部放电性能的具体措施和使用注意事项。
　　关键词:电力电容器质量 因素 措施 发热 击穿 局部放电 使用
　　中图分类号:TM53 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)07(b)-0125-01
　　20世纪60年代末,聚丙烯薄膜开始部分取代纸介质以来,到今天的全膜电容器广泛应用,是因为聚丙烯膜的损耗tanδ值不到纸的1/10,耐压比纸介质高一倍以上,且聚丙烯膜厚度均匀,电弱点较少等优点,使得高压电容器的发热、击穿成为次要问题。随着介质的介电强度不断提高,局部放电问题上升为影响电容器质量的主要问题。下面就生产和使用的角度审视上述因素,分别进行分析,并提出相应的改进措施。
　　1 电力电容器的发热
　　在交流电场作用下,电导电流和介质极化引起介质损耗,使介质发热。发热量和其介质损耗tanδ相关,它决定电容器消耗的有功功率(P=Q×tanδ)和运行温升,也是评价电容器的性能优劣的重要指标。从量值看,全膜介质损耗要比复合介质小很多,相同容量的电容器,运行温度和温升都显著降低。损耗、电容和温度试验数据表明,全膜电容器的损耗与温度,电容与温度的关系都是随着温度升高而降低,(电容温度系数约为-5×10-4F/K)。运行中的全膜电容器,随温度上升时,电容量和损耗的降低,使得电容器无功容量和有功损耗略有减小,以致电容器的温度得到补偿。实践证明,随着运行容量的扩大,发热问题还是不容忽视的。运行中的电容器,当介质中产生的热量大于散发的热量时,介质温度就会升高。当温度上升到一定值时会造成绝缘材料的性能下降。不同介质材料的耐热性不同,当工作温度超过规定值8℃时,寿命减少一半,(即热老化8℃规则),全膜电容器上限允许温度80℃。即使不到或接近上限温度,也会导致不同程度的介质老化,寿命缩短。
　　2 电容器击穿
　　电容器能耐受且无明显损伤的过电压幅值取决于过电压的持续时间、施加的次数和电容器的温度。生产厂为了防止使用中的电容器出现早期击穿,在生产过程中,首先逐个对元件进行耐压试验,剔除由介质电弱点可能造成的击穿。其次,进行组间耐压试验,检查操作过程造成的机械损伤。由于电容器介质的介电强度比其它电工产品高很多,在进行耐压试验过程中,检出含有缺陷的电容器的同时,还可能造成一定的绝缘损伤,甚至出现早期损坏。为此国家标准和IEC标准从1975年开始,极间耐压由1min改为10s,极对壳耐压试验仍为1min。新颁布国标和现行IEC标准,又将极对壳耐压试验的1min改为10s,耐压值不变。缩短时间的目的在于,即可达到淘汰弱点产品的目的,又可尽量保护正常产品不受耐压的损伤而留下隐患。ABB采用直流3.66Un,低于国标4.3倍要求,可能是耐压值过高会造成产品合格率降低或介质损伤。
　　3 电容器局部放电
　　当前电容器的最主要问题是局部放电,长期的局部放电能加速介质老化。当系统产生过电压时,要完全避免局部放电是不可能的。如果介质之中含有气泡,会产生放电现象。因为气体εr=1,它比其它介质小好几倍,由于电场与ε反比分配,气泡上的场强高于介质场强的好几倍,气体击穿放电。局部放电过程中,使油产生气体,要使局部放电熄灭,就要吸收这些气体,温度越低,油的粘度越大,吸气性能降低。局部放电水平与电场强度有关。由于元件铝箔边缘电场畸变,边缘电场强度最高,是均匀电场强度的2～6倍。因此,边缘是局部放电的“多发区”。由于局放水平决定着电容器的运行可靠性和装置保护水平。因此,人们一直在设法提高局放水平,力图设法降低局放影响。为了改善边缘电场分布,采取了减小极间介质厚度,铝箔折边和错边、激光切割铝箔等方法,使边缘电场强度由2～6改善到约2～2.5倍。在使用过程中,避免故障重合闸和断路器重燃过电压。
　　4 改善电容器质量的措施
　　4.1 降低损耗和减少击穿的措施
　　(1)原材料选用、检验。液体介质材料要求具有较高的芳香度、良好的吸气性、介电常数和介电强度等。固体介质材料要求厚度均匀,耐电强度高,电弱点少,空隙率适当的聚丙烯膜。加强每一批入厂材料的检验,不符合质量要求的材料严格不能使用。
　　(2)净化间按照工艺要求,元件卷绕间的净化要求0.3～0.5μm的灰尘数量不超过1000颗/升,压装引线间净化要求不超过3000颗/升。实际测量卷绕间动态约350颗/升。要保证超净化的效果,除了好的净化设施外,重要的加强管理,如人员、材料的风淋,衣着的整洁,过滤器定期清理和室内的定期清洁。
　　4.2 为了保证电容器的局部放电性能的良好,采取如下措施
　　(1)选用吸气性好、耐电强度高、低温粘度小的不饱和芳香烃油。在低温环境运行使用时,使用油添加剂环氧ERL-4221,改善低温局放熄灭性能。
　　(2)保持适当的压紧系数和有均匀的油隙,以保证吸气性能。为了提高卷绕质量,调整好恒张力控制系统,避免膜间的张力松紧不一,元件产生蜂窝。选则适当的加、减速度,防止元件外紧内松产生的S形皱纹。
　　(3)铝箔采用边缘和首尾折边,铝箔突出工艺,改善电极结构,降低边缘场强。
　　(4)提高油处理效果,采用循环水加热油,防止油处理过程中的局部过热造成油质劣化。采用油膜真空脱气工艺,脱除油中水分和气体,在线微水、气检测。使处理后的油微水含量仅0.5ppm(远小于国产设备10ppm水平),耐压大于65kV/2.5mm。
　　(5)充分干燥、浸渍。
　　4.3 使用
　　(1)控制电容器运行温度是保证电容器安全运行和使用年限的重要条件。并联电容器一般都靠空气自然冷却,周围空气温度对电容器的运行温度很有影响。搞好电容器室通风,目的在于排除室内余热,降低室内空气温度。空心串联电抗器发热量要比电容器大的多,有些供电局把电抗器与电容器室隔离的方法,减少电容器室的环境温度。户外运行的电容器,尽量使电容器的小面朝向太阳直射时间长的方向,有条件时,可以考虑搭遮阳板。
　　(2)建议采用Ⅲ型接线避雷器保护方式,这种保护方式,当断路器发生单、双相重燃时,对电容器主绝缘和对地绝缘都有保护效果,该方式国外已广泛使用,国内部分项目使用效果很好。而且目前的避雷器通流容量也可以满足要求。但从广电的实际使用情况来看,避雷器采用Ⅰ型接线,这种接线方式仅对单相重燃过电压时,主要对电容器对地绝缘有一定的保护效果。在实际使用中,对地绝缘击穿很少,希望保护的重点是电容器的主绝缘。
　　(3)采用VQC无功自动投切时,防止震荡投切运行和故障投切。
　　参考文献
　　[1] 陈积斌.电力电容器论文集[C],2006, 5,8.
　　[2] 周存和.并联电容器及其成套装置[M].中国电力出版社,2008,6.