集合式II型電容器滿足40年使用壽命的分析和介紹

許偉 日新電機（無錫）有限公司

前言：集合式II型電容器是日本日新電機tank式電容器技術引入國內后推廣的產品，自1931年日新電機生產出世界首臺油絕緣式電容器至今已經有了九十多年的歷史，在中國、日本乃至世界都得到了廣泛的采用，已經成為最適合“資源節約型、環境友好型、智能化”變電站建設的電容器形式。本文基于集合式II型電容器的結構和技術原理，結合該類型電容器在國內外的使用情況，分析了集合式II型電容器可以滿足40年使用壽命要求。

一、影響電容器使用壽命的因素分析

電容器壽命終結的具體表現為電容器內部絕緣介質絕緣失效。導致內部絕緣介質絕緣失效的原因主要有：①溫升過高引起的熱老化；②局部放電引起的電老化；③油箱及外部構件的機械老化。

因此可見，通過控制和延緩上述三點的老化過程，就可以起到延長電容器使用壽命的目的。通常來講，要通過電容器的綜合設計來實現。

二、通過設計和選型保證電容器滿足40年使用壽命

為保證電容器組滿足40年的使用壽命，針對上述三個主要影響電容器壽命的因素，可采取如下的應對措施：

（一）設計理念

產品的設計理念是決定電容器性能的前提條件。集合式II型電容器的設計理念是“以故障率無限趨近于零”，通過大幅度的降低電容器的故障率，確保產品的可靠性和設計壽命能夠達到40年以上。

（二）降低電容器溫升

針對電容器內部溫升導致的熱老化，需要通過降低電容器的溫升進行實現。集合式II型電容器的設計充分的考慮電容器的溫升。例如BAMX73.7/√3-21277-1W型集合式II型電容器的溫升試驗結果為10k左右，相比標準15k減少5k。

為了獲取較低的溫升，延緩熱老化對電容器壽命的影響，主要通過以下幾方面進行設計。

1.控制介損性能避免損耗過大引起溫升。

絕緣介質的介損對電容器溫升有比較顯著的影響，故有必要通過對原材料性能的控制降低電容器溫升。首先，針對集合式II型電容器所用的原材料需要對原材料性能指標、檢驗監測方法等進行更嚴格的要求，其中包括對原材料的介損性能需要進一步的提高和嚴格控制。其次原材料的入廠檢驗應適當的增加抽檢范圍和頻率，確保不同批次原材料性能在較高水平上盡量接近。提高絕緣介質材料性能可以延緩因為溫度因素的老化速度，從而延長電容器壽命。

2.采用無內熔絲結構降低電容器的損耗。

作為元件保護的電阻型熔絲是導致電容器的損耗增加的一個重要零部件，因此采用無熔絲結構，能夠明顯的降低電容器的損耗。例如BAMX73.7/√3-21277-1W型集合式II型電容器型的損耗角正切（tanδ）測量結果僅為0.006%，損耗角正切（tanδ）相當于標準值0.03%的五分之一。從試驗結果可以看出，集合式II型電容器損耗可以做到非常的低。

3.控制導體結構避免接觸不良引起溫升

集合式II型電容器內部導體主要包括導線和導線與元件的連接結構，為了降低損耗和溫升，均采取了特殊的結構設計。首先電容器內部的導體采用銅編織線，降低集膚效應的影響。其次導線保留一定的通流裕度。以某型號集合式II型電容器采用電流密度達到約4A/mm2高純度無氧電解銅編織線做為引線，避免因為通流能力不足引起的發熱。

其次，電容器元件與導線的連接采用機械壓接式，壓接端子為進口的專用端子。這樣做具有兩項主要優點：①壓接效果可視化，不會發生連接處接觸不良現象；②壓接端子經過特殊鈍化處理，不會發生毛刺放電。

4.優化內部溫度梯度分布避免局部溫升過高

集合式II型電容器元件鋁箔采用突出折邊結構、芯體集合采用型鋼固定方式、芯體臥放布置在油箱內。元件內部的油隙及元件與元件之間的油隙一直處在設計范圍內，避免芯體內部局部溫升過高。

（三）降低局部放電量

局部放電一般不會引起絕緣的貫穿性擊穿，但長期的局部放電可以使絕緣的劣化損傷程度逐步加大，最終使整個絕緣介質擊穿，嚴重影響電容器的壽命，為降低局部放電量，延緩電老化對電容器壽命的影響，可通過以下幾方面進行設計。

1.采用合理的電場強度降低局放量

適當降低電容器的電場強度能根本上降低局放的發生和局放對電容器壽命的影響，延長電容器的使用壽命。集合式II型電容器場強設計值始終小于45kV/mm，使得電容器承受過電壓、諧波等不良運行條件能力更強，極大的提高了電容器的局部放電水平，同時使得電容器的溫升更低。

2.采用鋁箔折邊方式及合適絕緣結構降低局放量

a）鋁箔采用激光切割工藝，元件卷繞時鋁箔一邊折邊、一邊凸箔，一邊折邊后，邊緣消除了毛刺，曲率半徑增大，大大改善了邊緣電場畸變，提高了元件的局部放電水平，增強了耐受過電壓的能力。

b）元件采用無內熔絲結構，芯體集合采用型鋼固定方式，避免了由于元件間內熔絲的存在及壓緊系數的變化導致的場強分布不均。另外芯體采用臥放布置，避免由于元件的自重導致底部元件受壓過大，造成的場強分布不均。

c）設計上仔細考核引線、芯體、油箱間的絕緣距離，選取合適的絕緣厚度及構造，既可以保證足夠的電氣強度同時滿足芯體的散熱。引線連接全部采用機械壓接，杜絕焊渣飛濺到器身的可能性，且所有引線連接處均用局部補強絕緣，以改善電場分布。

3.添加進口環氧添加劑降低局放量

通過添加樹脂系添加劑，抑制了因絕緣油中不純物而導致局部放電的現象，從而延長了電容器的壽命。

（四）延緩外購件的老化

1.采用全密封油箱結構

電容器采用全封閉結構，油箱外殼由厚度5～20mm的鋼板制成，為了保證油箱機械強度達到標準要求，同時滿足抽真空注油工藝，外部焊有加強筋，加強箱體。保證電容器油箱能承受住0.1MPa負壓及0.06 MPa正壓的機械強度，而無損傷及永久性變形，并在正常起吊、運輸、運行狀態下無明顯變形現象。

油箱鋼板連接部位采用雙面焊接，油處理前在抽真空工藝確認真空度，注油后加壓確認，并在熱烘工藝進行試漏試驗來保壽命期內不會發生滲漏油。避免由于電容器滲漏油，引起外部水分進去箱體內部，破壞電容器絕緣，影響電容器壽命。

2.采用進口油量補償裝置

電容器外殼頂部裝有油量調節器并與油箱內部連通。調節器內部由數個不銹鋼薄板制成的波紋彈性盤，當由于熱脹冷縮油箱內壓力發生變化時，波紋彈性盤可隨浸漬劑壓力的變化而改變其形狀和所占的空間體積，用以補償溫度引起的浸漬劑體積變化，使密封的電容器內部常處于充滿浸漬劑的微正壓狀態。保證電容器箱體內一直處于出廠時的環境，不會對內部的絕緣特性產生影響。

三、運行業績

集合式II電容器在國內外已經有很多40年以上運行業績，以下列舉部分國內外產品的供貨業績：

圖1為在沈陽某變電站無故障運行了40年的集合式II型電容器，電壓等級：12.7kV，容量：209kvar，運行時間為1940年～1980年。

圖2為運行在天津某變的集合式II電容器，電壓等級：11/√3kV，容量：3334kvar，運行時間為1980年～至今。

圖1

圖2

四、總結

能夠設計和運行壽命超過40年的電力電容器裝置，不僅需要立足于幾十年產品設計、制造的經驗基礎，還要憑借先進科學的工裝設備和生產工藝，更要依托對產品技術的深刻研究和全面掌握。目前，國家提倡建立節約型社會，電網公司也提出將電容器組設計壽命延長至40年。因此我們仍要持續的努力，不斷地提高電容器的性能、延長電容器的使用壽命。