影響電容器質量的主要因素及改進措施

何文

摘 要:通過對比各個年代電容器的結構特點,提出各個階段的引起電容器質量的主要矛盾,分析引起電容器發熱、擊穿、局部放電的主要原因,給出降低損耗、減少擊穿和保證電容器的良好局部放電性能的具體措施和使用注意事項。

關鍵詞:電力電容器質量因素措施發熱擊穿局部放電使用

中圖分類號:TM53 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)07(b)-0125-01

20世紀60年代末,聚丙烯薄膜開始部分取代紙介質以來,到今天的全膜電容器廣泛應用,是因為聚丙烯膜的損耗tanδ值不到紙的1/10,耐壓比紙介質高一倍以上,且聚丙烯膜厚度均勻,電弱點較少等優點,使得高壓電容器的發熱、擊穿成為次要問題。隨著介質的介電強度不斷提高,局部放電問題上升為影響電容器質量的主要問題。下面就生產和使用的角度審視上述因素,分別進行分析,并提出相應的改進措施。

1電力電容器的發熱

在交流電場作用下,電導電流和介質極化引起介質損耗,使介質發熱。發熱量和其介質損耗tanδ相關,它決定電容器消耗的有功功率(P=Q×tanδ)和運行溫升,也是評價電容器的性能優劣的重要指標。從量值看,全膜介質損耗要比復合介質小很多,相同容量的電容器,運行溫度和溫升都顯著降低。損耗、電容和溫度試驗數據表明,全膜電容器的損耗與溫度,電容與溫度的關系都是隨著溫度升高而降低,(電容溫度系數約為-5×10-4F/K)。運行中的全膜電容器,隨溫度上升時,電容量和損耗的降低,使得電容器無功容量和有功損耗略有減小,以致電容器的溫度得到補償。實踐證明,隨著運行容量的擴大,發熱問題還是不容忽視的。運行中的電容器,當介質中產生的熱量大于散發的熱量時,介質溫度就會升高。當溫度上升到一定值時會造成絕緣材料的性能下降。不同介質材料的耐熱性不同,當工作溫度超過規定值8℃時,壽命減少一半,(即熱老化8℃規則),全膜電容器上限允許溫度80℃。即使不到或接近上限溫度,也會導致不同程度的介質老化,壽命縮短。

2電容器擊穿

電容器能耐受且無明顯損傷的過電壓幅值取決于過電壓的持續時間、施加的次數和電容器的溫度。生產廠為了防止使用中的電容器出現早期擊穿,在生產過程中,首先逐個對元件進行耐壓試驗,剔除由介質電弱點可能造成的擊穿。其次,進行組間耐壓試驗,檢查操作過程造成的機械損傷。由于電容器介質的介電強度比其它電工產品高很多,在進行耐壓試驗過程中,檢出含有缺陷的電容器的同時,還可能造成一定的絕緣損傷,甚至出現早期損壞。為此國家標準和IEC標準從1975年開始,極間耐壓由1min改為10s,極對殼耐壓試驗仍為1min。新頒布國標和現行IEC標準,又將極對殼耐壓試驗的1min改為10s,耐壓值不變?？s短時間的目的在于,即可達到淘汰弱點產品的目的,又可盡量保護正常產品不受耐壓的損傷而留下隱患。ABB采用直流3.66Un,低于國標4.3倍要求,可能是耐壓值過高會造成產品合格率降低或介質損傷。

3電容器局部放電

當前電容器的最主要問題是局部放電,長期的局部放電能加速介質老化。當系統產生過電壓時,要完全避免局部放電是不可能的。如果介質之中含有氣泡,會產生放電現象。因為氣體εr=1,它比其它介質小好幾倍,由于電場與ε反比分配,氣泡上的場強高于介質場強的好幾倍,氣體擊穿放電。局部放電過程中,使油產生氣體,要使局部放電熄滅,就要吸收這些氣體,溫度越低,油的粘度越大,吸氣性能降低。局部放電水平與電場強度有關。由于元件鋁箔邊緣電場畸變,邊緣電場強度最高,是均勻電場強度的2～6倍。因此,邊緣是局部放電的“多發區”。由于局放水平決定著電容器的運行可靠性和裝置保護水平。因此,人們一直在設法提高局放水平,力圖設法降低局放影響。為了改善邊緣電場分布,采取了減小極間介質厚度,鋁箔折邊和錯邊、激光切割鋁箔等方法,使邊緣電場強度由2～6改善到約2～2.5倍。在使用過程中,避免故障重合閘和斷路器重燃過電壓。

4改善電容器質量的措施

4.1 降低損耗和減少擊穿的措施

(1)原材料選用、檢驗。液體介質材料要求具有較高的芳香度、良好的吸氣性、介電常數和介電強度等。固體介質材料要求厚度均勻,耐電強度高,電弱點少,空隙率適當的聚丙烯膜。加強每一批入廠材料的檢驗,不符合質量要求的材料嚴格不能使用。

(2)凈化間按照工藝要求,元件卷繞間的凈化要求0.3～0.5μm的灰塵數量不超過1000顆/升,壓裝引線間凈化要求不超過3000顆/升。實際測量卷繞間動態約350顆/升。要保證超凈化的效果,除了好的凈化設施外,重要的加強管理,如人員、材料的風淋,衣著的整潔,過濾器定期清理和室內的定期清潔。

4.2 為了保證電容器的局部放電性能的良好,采取如下措施

(1)選用吸氣性好、耐電強度高、低溫粘度小的不飽和芳香烴油。在低溫環境運行使用時,使用油添加劑環氧ERL-4221,改善低溫局放熄滅性能。

(2)保持適當的壓緊系數和有均勻的油隙,以保證吸氣性能。為了提高卷繞質量,調整好恒張力控制系統,避免膜間的張力松緊不一,元件產生蜂窩。選則適當的加、減速度,防止元件外緊內松產生的S形皺紋。

(3)鋁箔采用邊緣和首尾折邊,鋁箔突出工藝,改善電極結構,降低邊緣場強。

(4)提高油處理效果,采用循環水加熱油,防止油處理過程中的局部過熱造成油質劣化。采用油膜真空脫氣工藝,脫除油中水分和氣體,在線微水、氣檢測。使處理后的油微水含量僅0.5ppm(遠小于國產設備10ppm水平),耐壓大于65kV/2.5mm。

(5)充分干燥、浸漬。

4.3 使用

(1)控制電容器運行溫度是保證電容器安全運行和使用年限的重要條件。并聯電容器一般都靠空氣自然冷卻,周圍空氣溫度對電容器的運行溫度很有影響。搞好電容器室通風,目的在于排除室內余熱,降低室內空氣溫度?？招拇撾娍蛊靼l熱量要比電容器大的多,有些供電局把電抗器與電容器室隔離的方法,減少電容器室的環境溫度。戶外運行的電容器,盡量使電容器的小面朝向太陽直射時間長的方向,有條件時,可以考慮搭遮陽板。

(2)建議采用Ⅲ型接線避雷器保護方式,這種保護方式,當斷路器發生單、雙相重燃時,對電容器主絕緣和對地絕緣都有保護效果,該方式國外已廣泛使用,國內部分項目使用效果很好。而且目前的避雷器通流容量也可以滿足要求。但從廣電的實際使用情況來看,避雷器采用Ⅰ型接線,這種接線方式僅對單相重燃過電壓時,主要對電容器對地絕緣有一定的保護效果。在實際使用中,對地絕緣擊穿很少,希望保護的重點是電容器的主絕緣。

(3)采用VQC無功自動投切時,防止震蕩投切運行和故障投切。

參考文獻

[1] 陳積斌.電力電容器論文集[C],2006, 5,8.

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