安科瑞 鮑靜君

　　摘要：介紹了我國電力電容器產(chǎn)品制造技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。在與國外電力電容器產(chǎn)品水平對比的基礎(chǔ)上,討論了我國電力電容器產(chǎn)品的差距和某些對策,并對我國電力電容器技術(shù)發(fā)展趨勢提出了一些看法。

　　關(guān)鍵詞：電力電容器;制造技術(shù);技術(shù)發(fā)展

　　0 引言

　　電力電容器是一種重要的基礎(chǔ)工業(yè)產(chǎn)品,他是電力系統(tǒng)并聯(lián)無功補(bǔ)償、串聯(lián)補(bǔ)償、諧波濾波裝置的核心器件,主要由電容器組成的電容式電壓互感器在高壓電力系統(tǒng)的電能計量、電壓測量、繼電保護(hù)和自動控制等方面發(fā)揮著重要作用,儲能和脈沖電容器還在國防裝備和科研試驗(yàn)中有著重要用途。改革開放30年來,我國的電力電容器制造業(yè)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,通過大量的科學(xué)研究實(shí)踐活動和學(xué)習(xí)、消化吸收國外的技術(shù),已經(jīng)從根本上擺脫了大量進(jìn)口國外產(chǎn)品的局面,逐步發(fā)展成為世界上的電容器生產(chǎn)大國。隨著改革開放的深入發(fā)展,電力電容器生產(chǎn)企業(yè)ABB公司、美國的庫柏公司和日本的日新電機(jī)公司紛紛來我國建立合資公司,這一方面國內(nèi)市場競爭的壓力,同時也帶來了電力電容器制造技術(shù),客觀上了國產(chǎn)品牌電容器技術(shù)的發(fā)展。

　　國產(chǎn)電容器發(fā)展的核心是介質(zhì)材料的進(jìn)步,固體介質(zhì)經(jīng)歷了由電容器紙—聚丙烯薄膜和紙復(fù)合—全薄膜的發(fā)展過程,液體浸漬劑經(jīng)歷了礦物油—硅油/烷基苯—二芳基乙烷—卞基甲苯的發(fā)展過程,現(xiàn)在國產(chǎn)品牌電容器所用介質(zhì)材料與水平的電容器所用材料是同類的。目前,國產(chǎn)電容器生產(chǎn)所用設(shè)備在上也屬好的,關(guān)鍵設(shè)備都是全自動的,生產(chǎn)環(huán)境的凈化條件甚至比國外要求更高;目前國產(chǎn)電容器的技術(shù)性能與國外水平基本相當(dāng),但在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上,除個別產(chǎn)品與國外水平比較接近外,大多數(shù)與國外水平有較大差距。本文擬討論如何用設(shè)備生產(chǎn)出技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)產(chǎn)品。

　　1 改革開放30年來我國電力電容器制造行業(yè)的發(fā)展

　　改革開放初期,我國電容器行業(yè)生產(chǎn)廠僅有30多家,所謂“定點(diǎn)企業(yè)”有18家,電力電容器綜合產(chǎn)量為771萬kvar。到2008年,生產(chǎn)企業(yè)達(dá)到100多家(其中年產(chǎn)量100萬kvar以上規(guī)模的較大企業(yè)34家,中外合資企業(yè)4家,各類領(lǐng)頭企業(yè)6家),電力電容器綜合產(chǎn)量達(dá)31397萬kvar,綜合產(chǎn)量為改革開放初期的40.7倍。表1列出了各類電力電容器產(chǎn)品在各個發(fā)展階段的年產(chǎn)量統(tǒng)計數(shù)據(jù)[2]。

　　表1各類電力電容器產(chǎn)品年產(chǎn)量增長情況

　　從表1可以看出:2008年與1980年相比,殼式高壓并聯(lián)及濾波電容器產(chǎn)量增長到56倍;集合式及箱式電容器從零發(fā)展到1141萬kvar;在低壓并聯(lián)電容器領(lǐng)域,自愈式電容器*取代了傳統(tǒng)的箔式電容器。尤其是電容式電壓互感器(CVT),則從發(fā)展初期的年產(chǎn)133臺,逐步發(fā)展到成長期和成熟期,目前年產(chǎn)量已達(dá)到22139臺,增長到166倍,應(yīng)用范圍覆蓋到35kV～1000kV電壓等級,在110～220kV范圍,*為80%以上,在330～1000kV特高壓領(lǐng)域*高,在我國電力系統(tǒng)的電能計量、電壓測量、繼電保護(hù)和自動控制等方面發(fā)揮著重要的作用。

　　近年來,我國電力電容器制造業(yè)的工藝裝備水平有了大幅度提升,廣泛采用了上全自動卷制機(jī)、全自動真空浸漬設(shè)備以及的電容器心子生產(chǎn)線,有的還采用了機(jī)器人焊接箱殼、機(jī)器人噴漆等設(shè)備和工藝,使電容器的質(zhì)量水平有了明顯提高。過去多年困擾著制造企業(yè)和用戶的老大難問題———電容器的滲漏油問題得到了基本解決。國內(nèi)企業(yè)的工藝裝備總體上說已達(dá)到了水平,這一方面是市場競爭的作用,同時也有中外合資企業(yè)的帶動作用。電容器制造裝備的進(jìn)步也帶動了國內(nèi)相關(guān)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展,我國電力電容器行業(yè)走過了大量從國外進(jìn)口設(shè)備到廣泛采用具有同樣技術(shù)水平的國產(chǎn)設(shè)備的路子。

　　過去,制造廠僅提供電容器單元散件,由用戶組裝成套;現(xiàn)在,電容器制造企業(yè)提供的是整體解決方案、完整成套產(chǎn)品和全過程的技術(shù)服務(wù)。

　　2 各類電容器的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

　　2. 1 殼式高壓并聯(lián)及濾波電容器

　　2.1.1 目前國內(nèi)產(chǎn)品技術(shù)水平主要標(biāo)志

　　1)產(chǎn)品單臺容量由334 kvar跨越到 500 kvar以上 ,并研制出1000 kvar的樣機(jī) ;

　　2)產(chǎn)品的體積比特性: 0.13 L /kvar左 右 ,達(dá)到 0.1 L /kvar;

　　3)電容器單元的電容偏差普遍達(dá)到 - 3% ～ + 5% ,有的可達(dá)到更嚴(yán)格的要求 ;

　　4)電容器損耗 ≤0. 02% ;

　　5)局部放電量可達(dá)到 : ≤20 pC (測試電壓 1. 5 Un ) ;

　　6)介質(zhì)材料 :聚丙烯薄膜浸漬芐基甲苯 (M / DBT) ;

　　7)普遍用新型的隱藏式內(nèi)熔絲 ;

　　8)普遍采用不銹鋼外殼、滾壓式套管 ;

　　9)電容器的年故障率降低到 0. 2%以下 ;

　　10)成套裝置的電壓等級為6 ～110 kV, 1000 kV特高壓變電站用110kV并聯(lián)電容器裝 置已經(jīng)投入運(yùn)行。制造企業(yè)普遍實(shí)現(xiàn)了工廠組裝、整體發(fā)運(yùn)的供貨模式。

　　2.1.2與水平的差距

　　目前國產(chǎn)電容器在技術(shù)性能和外觀上與國外水平比較接近,主要差距是經(jīng)濟(jì)指標(biāo)落后,表現(xiàn)在比特性較差。除少量國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的電容器比特性與國外比較接近外,大量國內(nèi)品牌電容器的比特性指標(biāo)與國外有30%左右的差距見表2,也就是說電容器制造的材料成本高30%左右,這是一個很大的差距。

　　表 2 國內(nèi)外電容器體積比特性典型指標(biāo)的對比

2.1.3達(dá)到或接近水平的對策

　　采用了同樣設(shè)備和相近的制造工藝,為什么國內(nèi)許多企業(yè)生產(chǎn)的電容器比特性落后30%左右?可能有兩種不同的回答:一是電容器制造所用材料不同,人家用的是進(jìn)口薄膜,我們用的是國產(chǎn)薄膜;二是管理上有差距,我們在實(shí)際生產(chǎn)過程質(zhì)量控制上有薄弱環(huán)節(jié)。決定性的因素是什么,各有各的見解,目前在行業(yè)內(nèi)并沒有統(tǒng)一的看法。筆者對此也沒有什么真知灼見,只是試圖在這里談一些粗淺看法與大家共同探討。1)從產(chǎn)品設(shè)計上來分析*,設(shè)計上提高介質(zhì)額定工作場強(qiáng)就會提高電容器的比特性,但這受到產(chǎn)品運(yùn)行故障率的制約,需要制造企業(yè)內(nèi)部各個環(huán)節(jié)的共同努力,一般認(rèn)為,年故障率降到0.2%以下是可以接受的。用千分尺法測量的薄膜厚度來計算,國產(chǎn)電容器所用場強(qiáng)為(55～57)MV/m,比產(chǎn)品低10%左右,可能造成20%的比特性上的差距。另外10%的差距可能是由設(shè)計上的諸項(xiàng)微小區(qū)別造成的,比如:

　?、侔邃X箔厚度較大。產(chǎn)品采用厚度為4.5μm的進(jìn)口鋁箔,我們通常用的國產(chǎn)鋁箔厚度為6μm和5.5μm,也有用5μm的。粗略估算,對產(chǎn)品比特性的影響分別為4.5%、3%和1.5%。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)上考慮,建議廣泛采用5μm鋁箔,國內(nèi)已有幾家鋁箔廠可批量生產(chǎn)。

　?、陔娙萜餍淖优c外殼間空隙較大,對比特性影響1%～2%。

　?、垭娙萜髟瞬拷^緣留邊較大,對比特性影響3%左右。

　　④電容器心子壓緊系數(shù)較小、心子頂部到箱蓋距離較大等因素對比特性也有不利影響。⑤介質(zhì)場強(qiáng)應(yīng)根據(jù)電容器的使用條件和額定電壓選取方式的不同來合理確定。

　　2) 從制造工藝過程來分析

　　從直觀來說,制造工藝不會改變電容器的結(jié)構(gòu)和比特性。但他會直接影響產(chǎn)品質(zhì)量,反饋過來影響電容器設(shè)計場強(qiáng)的選擇和結(jié)構(gòu)小型化。雖然產(chǎn)品工藝大體與水平相近,但是否存在薄弱環(huán)節(jié),需要我們仔細(xì)查找。比如:

　　①雖然卷制間的凈化設(shè)備條件比國外好,溫濕度要求也很嚴(yán)格,但執(zhí)行上可能有漏洞。薄膜和鋁箔材料上可能帶有很多灰塵、車間管理不嚴(yán)可能使外界灰塵侵入、盛夏和嚴(yán)冬季節(jié)車間濕度能否保證在要求范圍內(nèi)都是需要考慮的。

　　②電容器干元件耐壓試驗(yàn)電壓值選擇是否合適,能否起到篩選出薄弱元件的作用。

　?、壅婵战n過程能否確保溫度均勻、注滿油。

　?、艹鰪S試驗(yàn)對產(chǎn)品質(zhì)量把關(guān)是否嚴(yán)肅、嚴(yán)格、嚴(yán)密,有無因生產(chǎn)任務(wù)緊而放松要求的情況發(fā)生,對個別返修品的出廠檢驗(yàn)程序上有無漏洞。

　　3) 提高國產(chǎn)原材料薄膜的質(zhì)量

　　應(yīng)在進(jìn)廠檢驗(yàn)、生產(chǎn)制造、出廠試驗(yàn)和產(chǎn)品運(yùn)行的全過程中評價介質(zhì)材料薄膜的性能,做好記錄,分階段提出總結(jié)分析報告,協(xié)助薄膜生產(chǎn)廠家不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量,例如:膜卷兩端直徑一頭大一頭小的問題就應(yīng)該抓緊解決。如果有必要,不妨可以進(jìn)口一定數(shù)量的薄膜,與國產(chǎn)膜加以對比,目的是國產(chǎn)薄膜質(zhì)量的提高。

　　4) 高度重視電容器產(chǎn)品運(yùn)行故障的統(tǒng)計和分析

　　制造企業(yè)對自己生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量,尤其是在現(xiàn)場運(yùn)行的質(zhì)量做到心中有數(shù)是十分重要的。建議選配責(zé)任心強(qiáng)的技術(shù)人員,擔(dān)任專職的產(chǎn)品運(yùn)行質(zhì)量信息報告員,負(fù)責(zé)各種產(chǎn)品運(yùn)行故障的統(tǒng)計和分析,提出月報、季報和年報,對所提供的數(shù)據(jù)負(fù)責(zé),對統(tǒng)計的遺漏或錯誤要承擔(dān)責(zé)任。對直流輸電項(xiàng)目、交流500kV變電站項(xiàng)目、新產(chǎn)品運(yùn)行考核項(xiàng)目等,對一般工程項(xiàng)目可進(jìn)行抽樣統(tǒng)計,必要時要到運(yùn)行現(xiàn)場實(shí)地查看。更為重要的是,每年組織力量對當(dāng)年的質(zhì)量統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,排除那些外部因素后,計算出介質(zhì)擊穿故障比例,這是產(chǎn)品發(fā)展關(guān)心的。年介質(zhì)擊穿率降到一定水平(例如0.2%)以下才能考慮適當(dāng)提高場強(qiáng)。

　　2. 2集合式及箱式電容器

　　2.2.1 技術(shù)現(xiàn)狀

　　1)集合式電容器電壓為6～66 kV,單臺容量1000～10 000 kvar; 箱式電容器電 壓為6～35 kV,單臺容量已達(dá)26000kvar。

　　2)具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地省、安裝和運(yùn)行維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)。對環(huán)境污穢、鳥害、蟲害的防護(hù)性能好 ,對冰雪、地震、臺風(fēng)等自然災(zāi)害的抵御能力強(qiáng)。

　　3)近幾年在制造工藝裝備水平和產(chǎn)品技術(shù)性能上與前述殼式電容器取得了同樣的進(jìn)步 ,從 2005年全行業(yè)實(shí)施質(zhì)量改進(jìn)措施以來 ,產(chǎn)品質(zhì)量 有了明顯提高。

　　2.2.2 技術(shù)改進(jìn)與發(fā)展

　　1)提高運(yùn)行靈活、縮短修理周期。目前修理周期一般為2周～4周 ,今后應(yīng)采取措施 ,爭取縮短到1周。

　　2)發(fā)展組合安裝式電容器裝置 ,進(jìn)一步縮小占地面積。

　　3)在保持低場強(qiáng)設(shè)計的基礎(chǔ)上 ,改進(jìn)結(jié)構(gòu)和工藝,進(jìn)一步提高運(yùn)行可靠性。

　　2. 3 高壓自愈式電容器

　　我國在 1998年自行開發(fā)了干式高壓自愈式電容器 ,投放市場后,逐步發(fā)現(xiàn)故障率較高 ,之后 在保護(hù)方面作了很多研究和改進(jìn)工作,惡性故障得到了控制 ,但還存在著電容損失較大的問題。目前 ,有的公司正在開發(fā)研制新型干式高 壓自愈式電容器。

　　2. 4低壓自愈式電容器

　　介質(zhì)材料為金屬化聚丙烯薄膜 ,普遍采用自動卷制機(jī)進(jìn)行元件卷制。有的浸漬電容器蠟 ,有的浸漬菜籽油 ,真空下經(jīng)硅油浸漬后再環(huán)氧封裝。常規(guī)單臺容量為30 kvar,到 60 kvar。

　　目前,國內(nèi)技術(shù)總體上與國外技術(shù)水平還有一定差距,各制造企業(yè)一方面正在努力提高電容器的產(chǎn)品質(zhì)量,同時也在與補(bǔ)償裝置和配套件制造單位合作酷的使用條件,確保產(chǎn)品運(yùn)行可靠。

　　2.5電容式電壓互感器

　　近年來,開發(fā)出了765kV和1000kV電容式電壓互感器,并在電網(wǎng)中成功運(yùn)行。為適應(yīng)電力市場高精度電能計量的需要,開發(fā)出了0.1級高精度產(chǎn)品,已經(jīng)投入市場。研制出SF6氣體絕緣CVT,電壓等級覆蓋110～500kV,投入電網(wǎng)運(yùn)行達(dá)3年以上。

　　由于電力系統(tǒng)廣泛采用微機(jī)保護(hù)和數(shù)字化儀表,使CVT的二次負(fù)荷大幅度下降。目前,正在改進(jìn)設(shè)計和制造工藝,使產(chǎn)品的絕緣裕度和測量精度進(jìn)一步提高。

　　3電力電容器技術(shù)的發(fā)展趨勢

　　1) 殼式并聯(lián)及濾波電容器以國外水平為目標(biāo),在提高運(yùn)行可靠性的基礎(chǔ)上提高產(chǎn)品比特性?？紤]到國內(nèi)實(shí)際情況,比特性有可能在近幾年達(dá)到0.12L/kvar左右。

　　2) 今后幾年直流輸電換流站直流場用各種電容器的國產(chǎn)化、無熔絲電容器、串聯(lián)電容器、風(fēng)電和電氣化鐵道用補(bǔ)償和濾波裝置可能是產(chǎn)品發(fā)展。

　　3) 緊跟國外技術(shù),開發(fā)出適合我國國情、環(huán)境相容性更好的高壓干式自愈式電容器。

　　4) 適應(yīng)我國建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)要求,大力發(fā)展各種形式的自動補(bǔ)償裝置:包括TCR、MCR、TSC型靜止無功補(bǔ)償器(SVC)、靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM),可控串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置,電容分壓型電子式電壓互感器等。

　　5) 大力開發(fā)高能密度的脈沖和儲能電容器,以適應(yīng)電動汽車發(fā)展和國防建設(shè)工程的迫切需要。

　　4安科瑞AZC/AZCL智能集成式電容器介紹

　　4.1產(chǎn)品概述

　　AZC/AZCL系列智能電容器是應(yīng)用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無功補(bǔ)償設(shè)備。它由智能測控單元，晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，線路保護(hù)單元，兩臺共補(bǔ)或一臺分補(bǔ)低壓電力電容器構(gòu)成?？商娲Ｒ?guī)由熔絲、復(fù)合開關(guān)或機(jī)械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內(nèi)和柜面由導(dǎo)線連接而組成的自動無功補(bǔ)償裝置。具有體積更小，功耗更低，維護(hù)方便，使用壽命長，可靠性高的特點(diǎn)，適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)對無功補(bǔ)償?shù)母咭蟆?/p>

　　AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數(shù)、頻率、電容器路數(shù)及投切狀態(tài)、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內(nèi)部晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，自動尋找投入（切除）點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)過零投切，具有過壓保護(hù)、缺相保護(hù)、過諧保護(hù)、過溫保護(hù)等保護(hù)功能。

　　4.2產(chǎn)品選型

　　AZC系列智能電容器選型：

4.3產(chǎn)品實(shí)物展示

AZC系列智能電容模塊       AZCL系列智能電容模塊

安科瑞無功補(bǔ)償裝置智能電容方案