膜電力電容器及其發(fā)展

1、膜電力電容器及其發(fā)展(1)    摘要： 從介質(zhì)材料、結(jié)構(gòu)、工藝等方面介紹了全膜電力電容器的發(fā)展及桂容廠全膜電容器生產(chǎn)技術(shù)特點，并結(jié)合實際工作經(jīng)驗提出了全膜電容器的技術(shù)重點研究方向。 關(guān)鍵詞：電力電容器 全膜 發(fā)展 1概述20世紀(jì)60年代后期，隨著聚丙烯電工薄膜的出現(xiàn)，電力電容器很快地從全紙介質(zhì)經(jīng)過紙膜復(fù)合介質(zhì)向全膜介質(zhì)發(fā)展，產(chǎn)生了全膜電力電容器。歐美發(fā)達(dá)國家在20世紀(jì)80年代初就已經(jīng)實現(xiàn)了全膜化，而當(dāng)時我國才開始進(jìn)行全膜電容器研究。20世紀(jì)80年代中后期，我國的主要電容器生產(chǎn)企業(yè)（桂林電力電容器廠、西安電力電容器廠、上海電機廠電容器分廠）分別從美國通用

2、電氣公司（GE）、愛迪生公司和西屋公司引進(jìn)了全膜電容器制造技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備，經(jīng)過消化吸收和改進(jìn)，我國在20世紀(jì)90年代中期也實現(xiàn)了全膜化。    全膜電容器具有以下優(yōu)點：擊穿場強高（平均值達(dá)240MVm），局部放電電壓高，絕緣裕度大；介質(zhì)損耗低（平均水平為003），消耗有功少，發(fā)熱少，節(jié)能，而且運行溫升低，產(chǎn)品壽命長；比特性好（平均為02kgkvar），重量輕，體積小；運行安全可靠。由于薄膜一旦擊穿，擊穿點可靠短路，避免發(fā)生由于紙介質(zhì)擊穿碳化造成擊穿點接觸不良而反復(fù)放電造成電容器爆裂的嚴(yán)重故障。由于全膜電容器的顯著特點，因此，一出現(xiàn)就得到了的推廣應(yīng)用，產(chǎn)品

3、也得到了不斷的發(fā)展。目前，先進(jìn)國家的全膜電容器的設(shè)計場強已達(dá)到了80MVm，比特性已達(dá)到了01kgkvar。我國的制造企業(yè)也正在努力研究、提高全膜電容器的技術(shù)水平。本文就主要影響全膜電容器技術(shù)水平的三個主要因素，介質(zhì)材料、結(jié)構(gòu)、工藝進(jìn)行簡要分析。2介質(zhì)材料全膜電容器的固體介質(zhì)材料是聚丙烯薄膜，液體介質(zhì)材料是芳香烴類的混合油，目前大多數(shù)企業(yè)使用芐基甲苯、苯基乙苯基乙烷，也有少數(shù)企業(yè)用二芳基乙烷。21聚丙烯薄膜聚丙烯薄膜最早由GE公司在20世紀(jì)70年代初應(yīng)用在電容器上，而且GE公司首創(chuàng)了電力電容器用聚丙烯薄膜生產(chǎn)技術(shù)（管膜法）。此后，西歐出現(xiàn)了平膜法生產(chǎn)技術(shù)。目前，我國引進(jìn)了10多條管膜法和平膜法

4、生產(chǎn)線，可以生產(chǎn)粗化膜（單面粗化和雙面粗化）和光膜（主要用于自愈式電容器），薄膜厚度最小可達(dá)4m，全膜電容器所用的膜厚通常在10m以上。經(jīng)過20多年的發(fā)展，國產(chǎn)的聚丙烯薄膜性能與先進(jìn)國家的已經(jīng)處于同一水平上，無論是電性能、機械性能還是工藝性能都基本接近，有的性能甚至超過先進(jìn)國家的水平。以國內(nèi)電容器生產(chǎn)企業(yè)常用的15m厚的粗化膜為例，國產(chǎn)膜與進(jìn)口膜性能比較列于表1。     隨著全膜電容器技術(shù)水平的提高，厚度薄的聚丙烯薄膜的應(yīng)用越來越大，例如12m及以下的薄膜將占主導(dǎo)地位。厚度減少后，薄膜制造廠的質(zhì)量控制難度將會增大，當(dāng)然薄膜的性能穩(wěn)定性也會受影響。從國家

5、標(biāo)準(zhǔn)GBT128021996電容器用聚丙烯薄膜的規(guī)定中可見，12m膜的（元件法）直流介電強度中值比15m的低20MVm（6），10m膜的的比15m膜的低30MVm（10）。更主要的是薄膜越薄，電弱點越多，接GBT128021996的規(guī)定，12m以上的薄膜電弱點05個m2，而10m的06個m2。如果按2m2kvar計算，則一臺200kvar電容器可能會有多達(dá)200個的電弱點，即200個絕緣缺陷。對于高場強電容器，由于運行的場強提高了，選用更薄的薄膜，電容器的損壞幾率也會提高。因此，聚丙烯薄膜的性能必須得到提高以后才能應(yīng)用到更高電場強度（60MVm以上）的全膜電容器。實際上，某些廠家薄膜的性能指標(biāo)

6、，比如介電強度和電弱點遠(yuǎn)高于國標(biāo)要求值，只是在質(zhì)量穩(wěn)定性上需加強控制，即可滿足高場強電容器的要求。從試驗的統(tǒng)計得出，降低粗糙度可有效提高薄膜的電氣強度，減少電弱點。隨著電容器生產(chǎn)工藝的提高和液體介質(zhì)的發(fā)展，浸漬問題已經(jīng)得到解決。因此，為了提高薄膜的介電強度和減少電弱點，應(yīng)該使用單面粗化膜或粗糙度更小的薄膜生產(chǎn)高場強全膜電容器。即薄膜制造企業(yè)今后應(yīng)重點控制介電強度和電弱點這兩個指標(biāo)。22液體介質(zhì)液體介質(zhì)應(yīng)滲透到電容器固體介質(zhì)內(nèi)的所有空隙，消除產(chǎn)品內(nèi)的殘存氣體，提高產(chǎn)品局放性能。因此，對液體介質(zhì)的基本要求有三個方面：介電強度高，一般要求達(dá)到60kV25mm以上；析氣性好，能夠溶解和吸收更多氣體；粘

7、度低，能夠充分浸漬和滲透聚丙烯薄膜。目前普遍使用的芐基甲苯、苯基乙苯基乙烷和二芳基乙烷都能滿足以上要求，只是二芳基乙烷的粘度較高，低溫性能稍差。如果用于生產(chǎn)高場強電容器時，液體介質(zhì)中還必須加入添加劑，以提高液體介質(zhì)的抗老化性能。    3結(jié)構(gòu)全膜電容器主要有兩種基本結(jié)構(gòu)，一種是隱箔式結(jié)構(gòu)（也叫引線片式結(jié)構(gòu)，如圖1a），另一種是凸箔式結(jié)構(gòu)（如圖1b）。    為了改善電極的邊緣電場畸變，非凸出的鋁箔電極邊緣通常進(jìn)行折邊處理，尤其在凸箔式結(jié)構(gòu)中普遍采用。由于隱箔式結(jié)構(gòu)需要引線片引出電極，存在接觸電阻和尖角，而且不適宜進(jìn)

8、行折邊處理，因此，隨著場強的提高，已逐漸淘汰，現(xiàn)基本采用凸箔式帶折邊的結(jié)構(gòu)。固體介質(zhì)通常由兩層或三層粗化的聚丙烯薄膜組成。介質(zhì)的厚度對電極邊緣的電場畸變有影響，因此在選擇時要注意。電極邊緣的電場強度Ee可按下式計算：式中：m固體介質(zhì)相對介電常數(shù)；    y液體介質(zhì)相對介電常數(shù)；    d電極間距離；    鋁箔電極厚度；    E均勻處的電場強度從（1）式中可見，鋁箔折邊，相當(dāng)于使增加一倍，因此，使邊緣電場下降到折邊前的（30%左右）。

9、相反，如果選用較厚的聚丙烯薄膜或選用三層聚丙烯薄膜時，會使電極間的距離d增大，從而使邊緣電場畸變加劇，不利于產(chǎn)品運行。實際應(yīng)用中，有的企業(yè)為了減少產(chǎn)品的串聯(lián)數(shù)，提高了元件電壓，在基本保持電場強度（E）不變的情況下，選擇了較厚的薄膜或選擇三層膜結(jié)構(gòu)。理論和試驗數(shù)據(jù)表明，這種結(jié)構(gòu)的局部放電性能最差，實際的運行損壞情況也證明了這一點。另外，有的企業(yè)為了降低薄膜弱點重合的概率，選擇三層膜結(jié)構(gòu)；從理論上分析，三層膜結(jié)構(gòu)確實可以減少弱點重合的概率，但三層膜結(jié)構(gòu)勢必要使用厚度更薄的薄膜，薄膜的性能（介電強度、電弱點）將會影響其效果，甚至適得其反。三層膜結(jié)構(gòu)即使可以減少弱點重合概率，實際應(yīng)用中還有一個因素必須

10、考慮。在產(chǎn)品進(jìn)行出廠耐壓試驗時，極間施加215U 本篇論文是由3COME文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請不要用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請聯(lián)系我們。n的試驗電壓，如果三層膜中的一層存在電弱點時，所有電壓加在另外兩層膜上，以等厚的三層膜設(shè)計場強為55MVm分析，其試驗?zāi)褪軋鰪娪?18MVm只上升到177MVm，而薄膜浸油后的擊穿場強通常在200MVm以上，即此臺電容器有可能通過出廠試驗而將隱患帶到電網(wǎng)中。兩膜結(jié)構(gòu)時，若其中一層存在電弱點時，其試驗?zāi)褪軋鰪妼⑸仙?36MVm，即出廠試驗時就可將有弱點的產(chǎn)品挑

11、出，而保證出廠產(chǎn)品的質(zhì)量。實際應(yīng)用中，三層膜結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品出廠合格率確實高于兩膜結(jié)構(gòu)，但其早期損壞率也高于兩膜結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品。無論是兩層膜結(jié)構(gòu)還是三層膜結(jié)構(gòu)，最好選擇厚度相同的薄膜。4工藝電力電容器制造包括四個方面的工藝：機加工工藝；元件卷制工藝；真空浸漬工藝和油處理工藝。其中后三者為電力電容器的專業(yè)工藝。機加工工藝只影響產(chǎn)品外觀質(zhì)量，油處理工藝影響液體介質(zhì)的性能和質(zhì)量。下面重點分析元件卷制工藝和真空浸漬工藝。41元件卷制工藝元件卷制是在凈化間內(nèi)，利用卷制機，將固體介質(zhì)材料（聚丙烯薄膜）和電極材料（鋁箔）卷制成為元件的過程。在元件卷制工藝中，潔凈度單位空間中懸浮的塵埃的顆粒是影響產(chǎn)品質(zhì)量的最主要因素，

12、尤其對全膜電容器而言，由于薄膜具有靜電吸附的作用，很容易吸附環(huán)境中的塵埃。如果吸附的是導(dǎo)電性顆粒，會使極間電場畸變或產(chǎn)生浮動電位從而使介質(zhì)擊穿；如果吸附的是非導(dǎo)電性顆粒，顆粒在電場作用下會首先擊穿從而使介質(zhì)也擊穿。42真空浸漬工藝真空浸漬是利用加熱抽真空的方法將電容器內(nèi)的水份和氣體排除后，注入合格的液體介質(zhì)的過程。真空浸漬工藝要解決兩個關(guān)鍵問題，一是如何盡可能地排除水份和氣體；二是如何使液體介質(zhì)能夠充分滲透產(chǎn)品內(nèi)的所有空隙。根據(jù)真空理論，真空度越高，氣體的排除越徹底。但是，即使把真空度提高到133×101 Pa，空隙的氣體分子密度仍高達(dá)32×1016個m3，如果進(jìn)一步提高到

13、133×104Pa，氣體密度仍達(dá)到32×1013個m3。再加上真空罐內(nèi)表面和產(chǎn)品表面的吸附氣體，想通過抽真空的辦法徹底排除氣體和水份是不可能的，也是不經(jīng)濟(jì)的，實際生產(chǎn)中，真空度最高只到133×101Pa。通過兩種途徑解決這個問題，一是利用液體介質(zhì)的溶氣能力將殘存的氣體溶解；二是在注入液體介質(zhì)的同時，繼續(xù)抽真空。隨著全膜電容器的電場強度的提高，必須采用邊注油邊抽真空的方法。前面已經(jīng)分析過，薄膜之間具有靜電吸附作用，要使液體介質(zhì)充分滲透到薄膜之間確實很困難，但是壓力浸漬工藝的應(yīng)用有效地解決了浸漬問題。目前，實際應(yīng)用中的壓力浸漬工藝有兩種方式；一種是油位差壓力浸漬；另一種是利用外力的壓力浸漬。油位差壓力浸漬如圖2所示。其高度差通常只有3m左右，因此壓力只有03MPa左右，而且頂上的儲油罐必須破空。油位差壓力浸漬工藝時間較長。利用外力的壓力浸漬如圖3所示。其壓力可任意調(diào)節(jié)，可利用強壓力進(jìn)行浸漬，而且不需破空，油路處于密封狀態(tài)。由于利用了強壓力，因此浸漬徹底，而且工藝時間較短。