自愈式电力电容器的制造工艺研究Word文件下载.docx

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2.2自愈式电力电容器的特点5

2.3电力系统中电容器的作用6

2.4电力电容器的作用及运行原理6

2.4.1电力电容器的作用6

2.4.2电容器补偿装置的允许运行方式7

2.4.3电容器补偿装置运行的基本要求：

7

2.4.4电力电容器的运行方式：

8

2.5自愈式低压并联电力电容器的分析9

2.5.1自愈式低压并联电力电容器新旧工艺对比9

2.5.2目前自愈式电力电容器制造工艺缺陷9

2.6本章小结10

3工艺原理及控制11

3.1工艺简介11

3.2电容器芯子卷制的原理及控制11

3.3端面喷金的原理及控制16

3.4芯子赋能原理17

3.5芯子端面引线焊接控制18

3.6热处理的原理及选择19

3.7真空浸油处理20

3.8真空封装的原理及控制21

3.9电容器的组装设计22

3.10电容器成品测试23

3.11产品安全要求23

3.12本章总结24

4总结与展望25

4.1实践总结25

4.2行业展望25

致谢26

参考文献27

1绪论

1.1自愈式电力电容器的发展现状

随着电子信息产业的发展以及家电的普及，我国的电容器行业得到了空前发展，从数量上、质量上、服务上、满足了电子整机及家用电器发展的需要，并带动了相关的材料行业、设备行业、仪表行业的发展，现已成为全球电容器生产大国。

从销售额来看，电容器的生产主要集中在日本、中国内地和我国台湾地区，我国已成为全球电容器产品仅次于日本的生产大国。

从数量来看，自改革开放以来，日本、韩国及我国台湾地区将电容器制造业转向中国内地，世界电子信息整机制造业在中国内地设厂，跨国公司在中国内地采购，我国已成为世界上电容器生产大国和消费大国。

国内市场整机生产所需的电容器有较大增长，我国越来越成为全球电容器消费的重要市场。

电容器行业在2006年～2010年期间存在较大的发展空间。

电力电容器是一种重要的基础工业产品，他是电力系统并联无功补偿、串联补偿、谐波滤波装置的核心器件，主要由电容器组成的电容式电压互感器在高压电力系统的电能计量、电压测量、继电保护和自动控制等方面发挥着重要作用，储能和脉冲电容器还在国防装备和科研试验中有着重要用途。

改革开放30年来，我国的电力电容器制造业有了突飞猛进的发展，通过大量的科学研究实践活动和学习、消化吸收国外的先进技术，已经从根本上摆脱了大量进口国外产品的局面，逐步发展成为世界上的电容器生产国。

随着改革开放的深入发展，国际著名的电力电容器生产企业ABB公司、美国的库柏公司和日本的日新电机公司纷纷来我国建立合资公司，这一方面增大了国内市场竞争的压力，同时也带来了先进的电力电容器制造技术，客观上促进了国产品牌电容器技术的发展。

国产电容器发展的核心是介质材料的进步，固体介质经历了由电容器纸—聚丙烯薄膜和纸复合—全薄膜的发展过程，液体浸渍剂经历了矿物油—硅油/烷基苯—二芳基乙烷—卞基甲苯的发展过程，现在国产品牌电容器所用介质材料与国际先进水平的电容器所用材料是同类的。

目前，国产电容器生产所用设备在国际上也属一流的，关键设备都是全自动的，生产环境的净化条件甚至比国外要求更高；

目前国产电容器的技术性能与国外先进水平基本相当，但在经济指标上，除个别产品与国外先进水平比较接近外，大多数与国外先进水平有较大差距。

电容器业必须适应新环境，新的电子信息整机、家用电器、通信设备等的不断出现，为电容器行业带来机遇，电容器企业应顺应市场变化，搞好市场运作，不断推出适应不同整机要求的产品，才能做强。

1.2电容的制造工艺发展

大约1978年，制造电力电容器仍然使用包含PCB的介质注入技术。

后来人们发现，PCB是有毒的，这种有毒的气体在燃烧时会释放出来。

这些电容器不再被允许使用并且必须处理，它们必须被送到处理特殊废料的焚化装置里或者深埋到安全的地方。

包含PCB的电容器有大约30W/kvar的功率损耗值。

电容器本身由镀金属纸板做成。

由于这种电容被禁止使用，一种新的电容技术被开发出来。

为了满足节能趋势的要求，发展低功耗电容器成为努力的目标。

新的电容器是用干燥工艺或是用充入少量油（植物油）的技术来生产的。

现在用镀金属塑料薄膜（即金属化聚丙烯膜）代替镀金属纸板。

因此新电容充分显示出了其环保的特性，并且功耗仅为0.3W/kvar。

这表明改进后使功耗降至原来的1/100。

目前低压电容器大多数都是金属化聚丙烯膜的，不同的产品的主要区别有以下几点：

1）连接方式

ABB、NOKIAN（诺基亚）的低压电容器的结构与高压电容器相仿，采用的是内部多只电容器并联，然后放到一个钢制外壳中。

施耐德的低压电容器为塑料外壳，每只容量较小，但是设计结构可以组合，外部并联。

KBR、EPCOS、INPower、FRKAO等德国品牌，单只容量大，放置到铝罐中，单只电容器的同相中没有串联或并联。

2）绝缘方式

ABB、NOKIAN（诺基亚）的低压电容器的箱体内填充的绝缘材料是蛭石。

意大利DUCATI督凯提、部分国产电容器的内部填充的绝缘材料为矿物质油。

EPCOS、Frako等为惰性气体。

KBR的电容器为环氧树脂浇筑加惰性气体。

3）场强的设计

用一句大白话，就是在设计电容器时，用的膜越厚，电容器越安全，但是弊端就是体积大，成本高。

容器的质量主要在使用上要注意通风和散热，注意电压要匹配，电容柜内元件要选择耐高温的元件。

1.3我国电力电容器制造行业的发展

改革开放初期，我国电容器行业生产厂仅有30多家，所谓“定点企业”有18家，电力电容器综合产量为7.71×

106kvar。

到2008年，生产企业达到100多家（其中年产量1×

106kvar以上规模的较大企业34家，中外合资企业4家，各类领头企业6家），电力电容器综合产量达3.1397×

108kvar，综合产量为改革开放初期的40.7倍。

表1-1列出了各类电力电容器产品在各个发展阶段的年产量统计数据。

表1-1各类电力电容器产品年产量增长情况

类型

年份

2008

1980

1990

2000

2005

壳式高压并联及滤波电容器/万kvar

193

430

865

4240

10802

集合式及箱式电容器/万kvar

-

3

369

1419

1141

高压自愈式电容器/万kvar

5

130

27

低压箔式电容器/万kvar

192

99

低压自愈式电容器/万kvar

76

4075

7542

电容式电压互感器/台

133

798

5247

13771

22139

电容器全品种综合容量/万kvar

771

1039

6191

13346

31397

从表1-1可以看出：

2008年与1980年相比，壳式高压并联及滤波电容器产量增长到56倍；

集合式及箱式电容器容量从零发展到1141万kvar；

在低压并联电容器领域，先进的自愈式电容器完全取代了传统的箔式电容器。

尤其是电容式电压互感器（CVT），则从发展初期的年产133台，逐步发展到成长期和成熟期，目前年产量已达到22139台，增长到166倍，应用范围覆盖到35kV～1000kV电压等级，在110～220kV范围，市场占有率为80%以上，在330～1000kV的超高压和特高压领域市场占有率为100%，在我国电力系统的电能计量、电压测量、继电保护和自动控制等方面发挥着重要的作用。

近年来，我国电力电容器制造业的工艺装备水平有了大幅度提升，广泛采用了国际上最先进的全自动卷制机、全自动真空浸渍设备以及国际一流的电容器心子生产线，有的还采用了机器人焊接箱壳、机器人喷漆等先进设备和工艺，使电容器的质量水平有了明显提高。

过去多年困扰着制造企业和用户的老大难问题——电容器的渗漏油问题得到了基本解决。

国内企业的工艺装备总体上说已达到了国际一流水平，这一方面是市场竞争的促进作用，同时也有中外合资企业的带动作用。

电容器制造装备的进步也带动了国内相关机械制造业的发展，我国电力电容器行业走过了大量从国外进口设备到广泛采用具有同样技术水平的国产设备的路子。

过去，制造厂仅提供电容器单元散件，由用户组装成套；

现在，电容器制造企业提供的是整体解决方案、完整成套产品和全过程的技术服务。

1.4本章小结

在了解了自愈式电力电容器在国际国内的大概情况后明显发现感觉到我们的不足，况且能源是国民经济的基础，国内外经济与社会发展的历史充分说明，能源与国民经济的发展存在着极为密切的关系。

我们只有在充分利用了我们目前所拥有的资源，然后再去创造出更多的财富，这样我们才能走的更高更远，而电力电容器在电力行业的作用是无可替代的，用电力电容器来提高电能质量这是一条不可逾越的路。

2自愈式电力电容器简介

2.1自愈式电力电容器定义

自愈式电容器采用单层聚丙烯膜做为介质，表面蒸镀了一层薄金属作为导电电极。

当施加过高的电压时，聚丙烯膜电弱点被击穿，击穿点阻抗明显降低，流过的电流密度急剧增大，使金属化镀层产生高热，击穿点周围的金属导体迅速蒸发逸散，形成金属镀层空白区，击穿点自动恢复绝缘。

因此，这种可以自动恢复的电容，即称为所谓自愈式电容器。

2.2自愈式电力电容器的特点

多年来，低压侧的无功补偿，大量采用油浸纸介电容器。

这种电容器体积大、损耗高、成本高，而且爆炸、鼓肚、漏油现象严重，已远远不能适应电网发展的要求。

近年来发展起来的自愈式低压并联电力电容器，是以电工级的聚丙烯膜为介质，单面蒸镀一层金属膜为极板，采用无感卷绕法形成元件，在其两端面喷涂金属，将极板引出作为电极。

元件是电容器的主体，也是电容器的关键。

根据容量的要求，将一定数量的元件用导线组合起来，经过绝缘处理，加装防爆装置后，置于一个壳体中，再经过一定的工艺加工就成为单台的电容器。

电容器应当有放电器件，当电容器从电源脱开后，它能在规定的时间内把电容器上剩余电压降低到零，以保证维护人员的人身安全和防止重复投切时电压叠加造成电容器过电压。

自愈式低压并联电力电容器尽管有自愈功能，比较安全可靠，但仍存在自愈失败的情况，造成元件绝缘水平降低，甚至短接，产生鼓肚、爆裂等个别情况。

为解决这一现象，不同厂家采用了不同的防爆措施。

1）压差防爆装置

当电容器的某一元件绝缘程度下降时，必然产生超常热量，内压增大，使电容器外壳变形，膨胀，机械位移把防爆片（线）拉断。

由于电源通过防爆片与电容器元件相接，防爆片断开等于电源脱开，防爆效果决定于防爆片的设计、安装位置和电容器的密封性等。

防爆预防措施是必要的，最重要的是提高电容器元件的可靠性。

一般厂家都非常重视材料的选择和工艺条件的控制。

缺乏优良的原材料和严格的工艺控制，是生产不出优良的成品电容器的。

2）安全膜

把金属化薄膜蒸镀成网状结构，即把电容器元件的容量划分成相当数量的小电容的并联。

每个小电容蒸镀成具有电流保险的结构，在电容器元件的某一个小电容电弱处自愈失败时，该小电容电流保险熔断，推出运行，而整个元件容量下降甚微。

3）温度电流型保险

电容器由多个电容器元件组合而成，如果每个元件设置温度电流保险器件，当某一个元件由于自愈失败时绝缘下降，甚至短接时，会产生过热电流，促成温度电流保险动作，该元件即刻退出运行，而整台电容器仍可继续正常运行，只是电容量有少量下降而已。

2.3电力系统中电容器的作用

电力电容器是一种无功补偿装置。

电力系统的负荷和供电设备如电动机、变压器、互感器等，除了消耗有功电力以外，还要“吸收”无功电力。

如果这些无功电力都由发电机供给，必将影响它的有功出力，不但不经济，而且会造成电压质量低劣，影响用户使用。

电容器在交流电压作用下能“发”无功电力（电容电流），如果把电容器并接在负荷（如电动机）或供电设备（如变压器）上运行，那么，负荷或供电设备要“吸收”的无功电力，正好由电容器“发出”的无功电力供给，这就是并联补偿。

并联补偿减少了线路能量损耗，可改善电压质量，提高功率因数，提高系统供电能力。

如果把电容器串联在线路上，补偿线路电抗，改变线路参数，这就是串联补偿。

串联补偿可以减少线路电压损失，提高线路末端电压水平，减少电网的功率损失和电能损失，提高输电能力。

电力电容器包括移相电容器、电热电容器、均压电容器、藕合电容器、脉冲电容器等。

移相电容器主要用于补偿无功功率，以提高系统的功率因数；

电热电容器主要用于提高中频电力系统的功率因数；

均压电容器一般并联在断路器的断口上作均压用；

藕合电容器主要用于电力送电线路的通信、测量、控制、保护；

脉冲电容器主要用于脉冲电路及直流高压整流滤波。

随着国民经济的发展，负荷日益增多，供电容量扩大，无功补偿工作必须相应跟上去。

用电容器作为无功补偿时，投资少，损耗小，便于分散安装，使用较广。

当然，由于系统稳定的要求，必须配备一定比例的调相机。

2.4电力电容器的作用及运行原理

2.4.1电力电容器的作用

1）串联电容器的作用串联电容器串接在线路中，其作用如下：

a）提高线路末端电压。

串接在线路中的电容器，利用其容抗XC补偿线路的感抗XL，使线路的电压降落减少，从而提高线路末端（受电端）的电压，一般可将线路末端电压最大可提高10%～20%。

b）降低受电端电压波动。

当线路受电端接有变化很大的冲击负荷（如电弧炉、电焊机、电气轨道等）时，串联电容器能消除电压的剧烈波动。

这是因为串联电容器在线路中对电压降落的补偿作用是随通过电容器的负荷而变化的，具有随负荷的变化而瞬时调节的性能，能自动维持负荷端（受电端）的电压值。

　　c）提高线路输电能力。

由于线路串入了电容器的补偿电抗XC，线路的电压降落和功率损耗减少，相应地提高了线路的输送容量。

d）改善了系统潮流分布。

在闭合网络中的某些线路上串接一些电容器，部分地改变了线路电抗，使电流按指定的线路流动，以达到功率经济分布的目的。

e）提高系统的稳定性。

线路串入电容器后，提高了线路的输电能力，这本身就提高了系统的静稳定。

当线路故障被部分切除时（如双回路被切除一回、但回路单相接地切除一相），系统等效电抗急剧增加，此时，将串联电容器进行强行补偿，即短时强行改变电容器串、并联数量，临时增加容抗XC，使系统总的等效电抗减少，提高了输送的极限功率，从而提高系统的动稳定。

（2-1）

2）并联电容器的作用

并联电容器并联在系统的母线上，类似于系统母线上的一个容性负荷，它吸收系统的容性无功功率，这就相当于并联电容器向系统发出感性无功。

因此，并联电容器能向系统提供感性无功功率，系统运行的功率因数，提高受电端母线的电压水平，同时，它减少了线路上感性无功的输送，减少了电压和功率损耗，因而提高了线路的输电能力。

2.4.2电容器补偿装置的允许运行方式

电容器的正常运行状态是指在额定条件下，在额定参数允许的范围内，电容器能连续运行，且无任何异常现象。

1）三相电容器各相的容量应相等；

2）电容器应在额定电压和额定电流下运行，其变化应在允许范围内；

3）电容器室内应保持通风良好，运行温度不超过允许值；

4）电容器不可带残留电荷合闸，如在运行中发生掉闸，拉闸或合闸一次未成，必须经过充分放电后，方可合闸；

对有放电电压互感器的电容器，可在断开5min后进行闸。

运行中投切电容器组的间隔时间为15min。

1）允许运行电压并联电容器装置应在额定电压下运行，一般不宜超过额定电压的1.05倍，最高运行电压不用超过额定电压的1.1倍。

母线超过1.1倍额定电压时，电容器应停用。

表2-1使用中的允许电压水平

电压因素×

Un

（方均根值）

最大持续时间

说明

工频

1.00

连续

电容器运行任何期间内的最高平均值。

1.10

每24h中8h

系统电压调整和波动

1.15

每24h中30min

1.20

5min

轻负荷下电压升高

1.30

1min

工频加谐波

使电流不超过1.43IN

2）允许运行电流正常运行时，电容器应在额定电流下运行，最大运行电流不得超过额定电流的1.3倍，三相电流差不超过5%。

3）允许运行温度正常运行时，其周围额定环境温度为+40℃～-25℃，电容器的外壳温度应不超过55℃。

电力电容器分为串联电容器和并联电容器，它们都改善电力系统的电压质量和提高输电线路的输电能力，是电力系统的重要设备。

当线路故障被部分切除时（如双回路被切除一回、但回路单相接地切除一相），系统等效电抗急剧增加，此时，将串联电容器进行强行补偿，即短时强行改变电容器串、并联数量，临时增加容抗XC，使系统总的等效电抗减少，提高了输送的极限功：

（2-2）

按照以上去操作就可以提高系统的动稳定。

电容器补偿装置的允许运行方式电容器的正常运行状态是指在额定条件下，在额定参数允许的范围内，电容器能连续运行，且无任何异常现象。

2.5自愈式低压并联电力电容器的分析

2.5.1自愈式低压并联电力电容器新旧工艺对比

由于目前低压电网中有大量变频器、逆变器、脉冲负载投入使用以及无功补偿方式的多样化，使得现有制造水平情况下的产品已不能满足市场发展的需求，必须开发一种新式结构的低压电容器，其应具有更高的可靠性、更长的使用寿命。

国外的低压电容器已属于成熟阶段，ABB公司、NOKIAN公司在自愈式低压电容器方面有着先进的制造工艺与运行经验，且产品质量比较稳定。

1）老式电容器性能不良原因分析

通过多年的制造与运行经验，现对影响老式BSMJ系列电容器性能的不良因素进行分析，总结出以下几点：

a）散热性能不理想。

由于外绝缘要求，心子由电缆纸包裹，从而导致较低的热传递系数，而散热性能差是电容器加速老化的一个重要因素。

b）内部保护方式不理想。

一般采用整台压力保护，即在电容器壳体两个大面内部焊接拉力保险片，这就要求壳体有很好的密封性，且壳体材质不能太硬，否则拉力保险片不能动作。

保险片动作时壳体会变形，还需要求壳体在变形时不能开裂，否则会造成半固体或液体浸渍剂渗漏，对环境造成污染。

并且在电容器容量较大时，会因为其中某个元件的损坏而导致整台电容器损坏，使事故扩大化。

2）新式电容器结构及其特点

BKMJ系列自愈式低压电容器的开发设计，并非建立在老式结构的基础之上，而是重新进行开发设计，以全新的结构方式来改善电容器的性能，克服以往制造中的不良因素。

随着电力负荷的增加，必然要求电网系统利用率的提高。

因为无功电流占用部分有效电力传输容量，增加电力传输的损耗，所以尽可能地缩短无功的产生和无功用户之间的距离就十分重要，这样可以增加输送有功电力的能力，减少能量损耗，提高输送电力的质量。

电厂发出的电功率里面包括两种，一种是无功功率另外一种便是无功功率。

连接到电网中的大多数电器不仅需要有功功率，还需要一定的无功功率，电机和变压器中的磁场靠无功电流维持，输电线中的电感也消耗无功，电抗器、荧光灯等所有感性电路全部需要一定的无功功率。

为减少电力输送中的损耗，提高电力输送的容量和质量，必须进行无功功率的补偿。

2.5.2目前自愈式电力电容器制造工艺缺陷

我国采用了同样国际一流的先进设备和相近的制