低壓自愈式並聯電容器的研究探討

簡婷

韦德1946网址  上海嘉定  201801

摘要：低壓無功補償(chang) 控製是配電網降損節能的主要措施，是配電網的一個(ge) 重要組成部分，對提高功率因數、保證供電質量、降低能耗、增強供電安全性起到重要作用，市場容量相當大，同時民用供配電也占有很大的比重。BSMJ型低壓自愈式並聯電容器作為(wei) 無功補償(chang) 的重要元器件，具有不可替代的作用，本文著重於(yu) BSMJ型電容器的結構設計、工藝特點、性能、質量、技術特性及產(chan) 品研發、製造、使用等方麵將作出初步的探討。

關(guan) 鍵詞：BSMJ型；自愈；無功補償(chang) 控製；並聯電容器

0 引言

      低壓配電係統的無功補償(chang) 中，BSMJ型電容器被廣泛應用，但普遍存在著早期失效率高，使用壽命短等質量問題。我國電力電容器製造行業(ye) 單就生產(chan) 設備、原材料和技術來說，並不比國際上先進水平遜色，該類產(chan) 品的需求量在逐年增加，其國產(chan) 化進程不斷加快。

      本文主要針對某公司BSMJ型電容器在應用過程中存在的質量問題進行了分析，並對產(chan) 品的設計進行優(you) 化與(yu) 探討；在生產(chan) 工藝中，通過加強工藝過程控製、調整工藝參數等改進措施的實施，電容器的壽命性能得到了提高，產(chan) 品符合技術要求且通過各項型式試驗。

1 BSMJ型電容器的設計過程

1.1存在的問題

1.1.1早期失效率高

      （1）采用的薄膜質量差、設計場強又高，金屬層方阻控製不好，電容器會(hui) 因擊穿-自愈-再擊穿，鼓肚失效。

      （2）部放電嚴(yan) 重：生產(chan) 工藝不良，電容器內(nei) 水份含量高，部放電嚴(yan) 重，會(hui) 造成薄膜介質早期老化擊穿。

      （3）端頭接觸層不良導致性能惡化，tanδ增大：電容器在長期交流負載下和瞬時電流的衝(chong) 擊之後，接觸電阻增加，導致整個(ge) 電容器損耗增加，以至開路。端頭接觸性能好壞與(yu) 很多因素有關(guan) ，如電極金屬材料、溫度、噴金層的材料，工藝、原件的卷繞情況、熱處理工藝及浸漬劑的性能等有關(guan) 。

1.1.2使用壽命不如預期的長

      （1）電容器各相電容值不平衡，產(chan) 品在運行過程中因補償(chang) 不當容量損耗受損，影響產(chan) 品使用壽命。

      （2）電容器的設計不符合所要求的工作環境，使電容器的電容值衰減、介質損耗角正切值增大、絕緣性能下降等參數的惡化，對電容器的使用壽命有極為(wei) 顯著的影響。

      （3）浸漬劑因使用不當或處理效果不好，導致水分含量多，水分在電流的作用下對薄膜的金屬層進行氧化和腐蝕，引起產(chan) 品的容量值下降，損耗上升，產(chan) 品的壽命縮短。

      針對以上存在的問題，我們(men) 在結構的設計上對金屬化薄膜的選取、心子結構和引出方式、浸漬劑的使用以及采用過壓力防爆保護裝置方麵的分析與(yu) 探討，得到了較為(wei) 滿意的效果。

1.2金屬化薄膜的選取

      （1）采用聚丙烯薄膜為(wei) 電介質，金屬化鋅鋁合金鍍層為(wei) 電極。

      金屬化膜電容器采用聚丙烯薄膜為(wei) 介質，自愈性能*，耐電強度高，儲(chu) 能因數大。鋁金屬化膜製成電容器之後，在交流電壓下電容器裏的金屬化層發生氧化，引起嚴(yan) 重的電容損失，限製了電容器的使用壽命；鋅金屬化膜雖然對電化學腐蝕不敏感，但對於(yu) 大氣腐蝕卻很敏感，因而極易分解而損壞。金屬化鋅鋁合金膜，克服了純鋅膜和純鋁膜的缺點。鋅鋁合金在聚丙烯薄膜上先鍍一層鋁，緊接著再蒸鍍一層鋅。由於(yu) 兩(liang) 種金屬原子會(hui) 相互擴散，下層的鋁原子會(hui) 穿過上層的鋅向鍍層表麵擴散，到達鋅層表麵的鋁增強了上層鋅層抗大氣腐蝕的能力。另外鋅鋁合金膜中的主要成分是鋅，因此在長期交流負載下電容量的下降與(yu) 純鋅膜相同，克服了鋁膜在長期運行中電容下降的缺點。

      （2）為(wei) 提高電容器的抗湧流、抗電能力，采用了邊緣加厚技術，增加噴金層與(yu) 金屬化極板的結合強度，減小噴金層與(yu) 金屬層的接觸電阻，電容器自身能耗降低。

      （3）為(wei) 了改善薄膜的耐溫性，必須對聚丙烯性能進行溫度改性。例如：增加α晶型晶體(ti) 含量，減小β晶型含量；提高等規度和結晶度、增加了添加劑，提高了膜的耐溫性等。

1.3設計心子結構和引出方式

      為(wei) 適應大電流衝(chong) 擊和提高電容器心子的機械強度，確定了較為(wei) 合理的方阻，改進了心子的結構和引出方式，從(cong) 而提高了產(chan) 品的性能，質量和效率。某公司根據生產(chan) 實際情況，選用現有的外殼、絕緣子、引出頭和焊接等工藝手段，改進適合該電容器的外部密封結構，節省了投資，加快了試製進度，而且由於(yu) 每一類型中不同容量的產(chan) 品其安裝尺寸和接地柱位置都是*相同的，因此極大地方便了用戶的設計、安裝和維修。

1.4浸漬劑的使用

      電容器元件內(nei) 添加浸漬劑主要是為(wei) 了填充元件端麵的空隙，改善產(chan) 品部放電現象，浸漬劑進入電容器心子兩(liang) 端後，有效阻止空氣、水分侵入電容器心子。各生產(chan) 廠家選用的浸漬劑種類不一樣，某公司使用的是進口聚異丁烯等組份合成，有效地提高了電容器的部放電起始場強、降低了金屬化電極的腐蝕現象，使電容量損失明顯減小，因此增加了產(chan) 品的可靠性和使用壽命。電容器的外殼與(yu) 元件之間，以阻燃物質充填，在電容器內(nei) 部發生故障時，起滅弧、防火和隔熱作用。

1.5采用過壓力防爆保護裝置

      盡管產(chan) 品的結構設計中，選用了較好的介質材料和浸漬料，並且著重提高介質的起始遊離電場強度和擊穿電場強高，以及選擇適當的工作電場強度，采取必要的、嚴(yan) 格的工藝措施，以及提高電容器心子本身的固有可靠性，但是，工藝上和使用上的偶然因素必定存在，即使這些因素可以排除，而交流金屬化電容器在壽命終結時，往往以“鼓脹"、漏油、爆炸以致燃燒而告終，因此，對於(yu) 這種中功率的電力電容器就不能不考慮他的防爆安全措施。

      過壓力防爆保護裝置見圖1。過壓力防爆保護裝置是這種電容器防爆安全方法之一，作用是當電容器在某種因素下，內(nei) 部壓力過高時斷開這種電容器的通路以達到防爆的目的。

圖1電容器過壓力防爆保護裝置

      這種過壓力防爆保護裝置的作用原理是：當電容器內(nei) 部壓力升高時，外殼壁膨脹變形產(chan) 生位移，當位移量達到一定的程度瞬間拉斷銅保險片，接線端子電源被切斷，起到了安全防爆的保護作用，見圖2。如果電流切斷是控製在電容器密封性破壞之前，電容器就不會(hui) 爆炸和燃燒，更不會(hui) 引起二次性的災害了。

圖2電容器過壓力防爆保護示意圖

      這種過壓力防爆保護裝置通常用於(yu) 自愈式的金屬化交流電容器中。能否正確起作用，關(guan) 鍵取決(jue) 於(yu) 外殼在電容器壽命期間的密封性，他不是限流熔斷器，不能取代電容器外部電路的保護措施。

2 BSMJ型電容器的工藝特點

      為(wei) 了使BSMJ型電容器符合產(chan) 品標準和滿足使用的要求，提高產(chan) 品性能，設計時在工藝上主要有以下特點和措施：

      （1）元件在卷繞過程中，錯邊量、張力大小應符合工藝規定的參數，能夠使噴金質量提高，便於(yu) 焊接引線，降低接觸電阻，減少損耗。

      （2）噴金工藝通過空氣壓力、噴槍距離、移動速度、電流等參數的調整，使噴金層與(yu) 金屬化膜接觸牢靠，減少損耗值和熱擊穿、電擊穿發生的概率，提高產(chan) 品的使用壽命。

      （3）焊接時必須控製好焊接的時間、焊點的大小、焊接表麵的平整度等焊接的狀態，焊接質量不好，會(hui) 造成接觸電阻變大，增加電容器損耗，使電容器運行時發熱量增多，電容器可能提前失效，達不到壽命要求。

      （4）調整熱處理工藝的時間與(yu) 溫度，熱處理時要確保烘箱內(nei) 部溫度分布循環均勻。能夠較好地消除心子薄膜間隙，提高心子的緊密度和電容的穩定性，改善產(chan) 品的電氣性能。

      （5）電容器心子和心組采取了特殊絕緣措施，增加了心子和心組間的絕緣強度。

      （6）根據采用的介質和浸漬料，確定了較為(wei) 合理的真空幹燥和浸漬裝配工藝，確保電容器在交流下的高絕緣性能，保證了電容器的電容量等級要求。

      （7）電容器的主要參數都有較高的內(nei) 控標準，確保電容器的性能符合和優(you) 於(yu) 有關(guan) 標準。

      （8）製造過程中加強產(chan) 品節點、工藝衛生等質量控製與(yu) 信息反饋，關(guan) 鍵工序由專(zhuan) 人操作和檢驗。

3 BSMJ型電容器的技術特性

3.1基本參數

      額定頻率Fn：50Hz；額定電壓Un：0.25～0.525kV；額定電流In：20～100A；額定無功功率Qn：1～60kvar；相數：單相/三相；接法：三相接法為(wei) “△"形或“Y"形。

3.2使用條件

      隻有滿足BSMJ型電容器的使用條件，才能保證電容器的使用壽命。使用條件為(wei) ：海拔高度不超過2000m，環境溫度範圍是-25℃～+55℃。

      如果電容器的使用環境超過以上要求，電容器的壽命就會(hui) 受影響。

      BSMJ型電容器在使用中負荷不能超過以下極限值：允許過電壓為(wei) 110%Un，允許過電流為(wei) 130%In。

3.3電容器的結構外形尺寸和規格

      （1）電容器的規格、額定電壓、額定無功功率、額定頻率和外形尺寸見表1。

表1 BSMJ型電容器的外形尺寸和規格

      （2）BSMJ型電容器的外形尺寸圖號見圖4。

3.4技術要求

      為(wei) 了驗證BSMJ型電容器的結構設計和生產(chan) 工藝是否正確合理，確定產(chan) 品的使用壽命和可靠性[18]，產(chan) 品應符合以下技術要求。技術要求依據於(yu) GB/T12747—2017國家標準。

圖3 BSMJ型電容器的外形尺寸圖號

      （1）電容量允許偏差：±5%；相間大與(yu) 小值之比≤1.08。

      （2）損耗角正切值：tanδ≤3×10-3。

      （3）電壓試驗：端子間交流電壓：2.15Un.AC（r.m.s）；端子與(yu) 外殼間交流電壓：3kV.AC（r.m.s）。

      （4）密封性試驗：（70±2）℃，2h後不出現滲漏現象。

      （5）熱穩定性試驗：在（50±2）℃下，施加電壓使電容器無功功率Q=1.44Qn48h，在後6h內(nei) 溫度增加不超過1℃，試驗後ΔC/C≤±2%；tanδ≤2×10-4。

      （6）放電試驗：電容器充上2Un.DC，10min內(nei) 短路放電5次，試驗後ΔC/C≤±2%；tanδ≤3×10-3。

      （7）破壞性試驗。

      a在（50±2）℃下，保持8h，施加1.3Un.AC（r.m.s），並測量電流。

      b給端子間施加10Un.DC，使其發生擊穿而短路（回路中直流短路電流應保持為(wei) 300mA），並保持5s。

      c在發生短路的試品端子間施加1.3Un.AC（r.m.s），保持3min，再次測量電流。

      d如果在1.3Un下流經的電流為(wei) 零或低於(yu) 初始值的66%，則中斷試驗；否則重複以上步驟直至交流試驗電流低於(yu) 初始值的66%。

      e端子與(yu) 外殼間施加1500VAC，曆時10s。試驗後，要求電容器逸出的液體(ti) 材料不得成滴下落且外殼可以變形和損傷(shang) ，但不能爆裂。

      （8）自愈性試驗：試品能承受電壓2.15Un.AC（r.m.s）或3.04Un.DC10s，如果擊穿少於(yu) 5次，則升高電壓直至發生5次自愈擊穿，或電壓達到3.5Un.AC（r.m.s）或4.95Un.DC為(wei) 止；當電壓達到上述電壓限值並曆時10s後，自愈擊穿少於(yu) 5次，則可終止試驗，試驗後ΔC/C＜0.5%；tanδ≤1.1tanδ0+1×10-4。

      （9）老化試驗。

      a在（45±2）℃下，施加1.25Un.AC（rms），750h。

      b電容器充上2Un.DC，通過電感L=1000.μH/C.μF±20%，放電1000次，每次持續時間≥30s。

      c重複a的試驗1次。

      試驗中溫度均保持在（45±2）℃。試驗後，要求電容器無性擊穿、開路或閃絡，試驗後ΔC/C≤±3%、tanδ≤4×10-3、端子與(yu) 外殼間3kV.AC（rms），密封性合格。

4 安科瑞AZC/AZCL智能集成式電容器介紹

4.1產(chan) 品概述

      AZC/AZCL係列智能電容器是應用於(yu) 0.4kV、50Hz低壓配電中用於(yu) 節省能源、降低線損、提高功率因數和電能質量的新一代無功補償(chang) 設備。它由智能測控單元，晶閘管複合開關(guan) 電路，線路保護單元，兩(liang) 台共補或一台分補低壓電力電容器構成。可替代常規由熔絲(si) 、複合開關(guan) 或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在櫃內(nei) 和櫃麵由導線連接而組成的自動無功補償(chang) 裝置。具有體(ti) 積更小，功耗更低，維護方便，使用壽命長，可靠性高的特點，適應現代電網對無功補償(chang) 的更高要求。

      AZC/AZCL係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、頻率、電容器路數及投切狀態、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(nei) 部晶閘管複合開關(guan) 電路，自動尋找投入（切除）點，實現過零投切，具有過壓保護、缺相保護、過諧保護、過溫保護等保護功能。

4.2產(chan) 品選型

      AZC係列智能電容器選型：

      AZC係列智能電容器選型：

      AZCL係列智能電容器選型：

4.3產(chan) 品實物展示

ANBSMJ電容器 AZC係列智能電容模塊 AZCL係列智能電容模塊

安科瑞無功補償(chang) 裝置智能電容方案

5 結語

      BSMJ型自愈式低壓並聯電容器用於(yu) 50Hz交流電力係統改善功率因素的，與(yu) 一般箔式並聯電容器比較，具有自愈特性，體(ti) 積小、重量輕、安裝方便、耐過電壓能力強，並且溫度特性和頻率特性好，壽命長等特點。采用了具有先進性和安全性的過壓力防爆保護裝置；內(nei) 裝自放電電阻，保證安全操作和減小衝(chong) 擊電流。生產(chan) 工藝合理，符合有關(guan) 規定要求；結構設計較為(wei) 先進，符合使用要求，並從(cong) 型式試驗方麵進行了驗證，產(chan) 品性能*達到了預期的設計要求。BSMJ型電容器廣泛應用於(yu) 電網輸變電的關(guan) 鍵設備，對於(yu) 電子電容製造業(ye) 來說，開拓了新的領域和市場，促使金屬化電容器的生產(chan) 技術水平提高到一個(ge) 新的階段，由於(yu) 他是投資類的民用產(chan) 品和為(wei) 社會(hui) 提供的無功節能產(chan) 品，因而有較廣闊較穩定的市場，有明顯的經濟效益和社會(hui) 效益。

【參考文獻】

[1]袁靜，陳偉(wei) ，江菊香，張麗(li) 梅.BSMJ型低壓自愈式並聯電容器的技術研究與(yu) 探討.電力電容器與(yu) 無功補償(chang) .2020-08-25

[2]王成章.淺談低壓配電係統的無功補償(chang) [J].電工文摘，2010（4）：1-3.

[3]安科瑞企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) .2020.6版.

作者簡介：簡婷，女，本科，韦德1946网址，主要研究方向為(wei) 智能電力電容產(chan) 品的研發與(yu) 應用。