電力電容器故障機理研究

陳 偉

安徽航睿電子科技有限公司 安徽 銅陵 244000

0 引言

在電力系統中，電為電容器是電為系統的重要元件，主要用于無功補償、諧波濾波、改善電能質量等。電為電容器的正常規范運行，直接影響電力系統的安全、可靠和穩定性。在實際應用過程中，電力電容器在使用一段時間后會出現容量異常衰減現象，對無功功率補償裝置有嚴重的影響。因此，分析電力電容器異常衰減的影響因素，并采取有效的措施具有重要的意義。

1 溫度對電力電容器的影響分析

電力電容器是一類靜止型全密封的電子元器件，運行可靠性較高，使用壽命較長。但由于不同運行環境下受到操作過電壓、諧波、運行溫度過高等因素的影響，加速電容器老化，最終導致絕緣擊穿。可見電容器的運行溫度與運行電壓、頻率和周圍的環境溫度有關。在正常電壓下，如果頻率穩定，電容器的內部溫升是保持穩定的。這時，電容器內部的溫度變化主要受周圍環境溫度的影響。由于季節變化和早晚溫差，氣溫成為影響電容器運行溫度變化的主要因素。

電容器長期處于高電場強度和高溫下運行將會加劇電化學的腐蝕速度，導致局部放電故障，引起絕緣介質老化和介質損耗tanδ的增大，使電容器內部溫升超過允許的溫升而發熱，縮短電力電容器的使用壽命，嚴重時導致熱擊穿而損壞。

電容器壽命與溫度大體表現為“8°規則”，當溫度升高10℃，電容器的電容量下降速度將加快一倍。為了防止電容器因運行溫度過高導致電容量壽命下降，運行中應盡可能采用強迫通風，改善散熱條件，使熱損耗產生的熱量，以對流和輻射散發出來。規程規定，空氣溫度在+40℃時，電容器外殼溫度不得超過+55℃。周圍環境溫度超過+30℃時應開啟通風裝置，超過+40℃電容器應停止運行。

2 電力電容器的結構與溫升的關系

電力電容器由外殼、芯組、接線端子和填充的浸漬劑組成。外殼的材料主要有無磁不銹鋼、塑料、鋁(鋁合金)。電力電容器的外殼除了向電容器內部填充絕緣介質之外，還起到將電容器在運行過程中產生出來的熱量向周圍散發出去的作用。當電容器體內的容積一定時，對于外殼的不同尺寸，有效散熱面積通常是不同的。當電容器的單位體積的發熱功率一定時，電容器的單位體積的有效散熱面積越大，電容器在達到熱穩定時的箱殼溫升就越低。

P=Q·tanδ=αS(t-to)

式中:P-電容器的介質損耗

Q-電容器的容量

tanδ-介質損耗角正切

α-電容器箱殼的散熱系數

S-電容器的有效箱殼散熱面積

t-電容器箱殼表面溫度

t0——電容器周圍冷卻空氣溫度

3 降低電力電容器在生產中的損耗具體措施

3.1 改善生產環境，延長使用壽命 生產環境的要求，溫度控制在15～25℃，環境濕度在小于60%的條件下生產，可減少電力電容器的損耗，以保證生產材料的質量達到標準。

3.2 加強外包封膜緊密程度，消除層間空氣 電力電容器卷制結束后，需包裹外包封膜，防止卷繞張力撤銷時，金屬化膜發生回縮，同時對元件機械損傷起到絕緣保護作用。為消除薄膜間的層間空氣，可在卷繞方式改進，在外包封對接位置燙封，然后實施包裹，改進后可以使元件卷繞更加緊密，有效排出層間空氣。

3.3 控制金屬化薄膜聚合工藝，消除層間空氣 在聚合熱處理的過程中，選擇合適的溫度十分關鍵，對于電力電容器來說，聚合溫度過高時，介質薄膜變形嚴重，金屬層與介質膜結合力也會下降明顯。原因是聚合熱處理過程中，熱量是從芯子兩端的噴金層向內部逐漸傳播的，溫度升溫過快會導致兩端的噴金層熱量積累，導致內部空氣無法完全排出。因此，選擇合適的聚合溫度，使電容器達到最佳自愈性能，延長使用壽命。

4 影響電力電容器自愈的內因

4.1 介質薄膜質量的好壞 金屬化薄膜在生產過程中，生產出的薄膜可能有缺陷，在電力電容器自愈過程中，如果出現自愈點過多，則會導致電容器出現損壞。

4.2 電力電容器芯子的卷制形態和壓緊程度 電力電容器的芯子卷繞不僅要考慮到電容器的自愈能力，還要有利于內部單元散熱兼顧降低電感量和電阻等因素。進行電容器設計時，在客服允許的外形尺寸范圍內，盡可能縮小極板寬度，增大接觸端面，即有利于散熱，又能有效降低接觸電阻。

5 電力電容器工藝改進措施

5.1 降低電容器接觸電阻 金屬化薄膜芯子在卷繞過程中，避免端面不齊，導致焊接后接觸不良現象，從而形成虛焊，接觸電阻變大。芯子端面噴金過程中嚴格控制，如果槍距過遠，噴嘴壓力太小，噴金焊料溫度過低，極易造成金屬顆粒粗糙，造成引出線與芯子接觸不良，接觸電阻增大。

5.2 賦能加壓方式 金屬化薄膜自愈的過程，實際上就是內部瑕疵點被擊穿的過程，瑕疵點有效消除與施加電壓的關系密切。賦能工藝就是利用金屬化薄膜的自愈特性，調高電容器的試驗電壓，采用直流二次賦能和交流多級電壓，使電力電容器得到充分自愈還不產生過度自愈。

6 結語

本文提出電力電容器的電力電容器故障機理研究方案，延長電力電容器的使用壽命，延緩電力電容器容量衰減，從多方面綜合分析，改進生產工藝，確保金屬化薄膜電力電容器的正常工作。