影响低压并联电力电容器使用寿命的几种因素

厂、　第３期　黪　憾　并璇逝两瑰豁器　使　蒋衙询驰种固豢　卜１　７叶　Ｉ１　；　宁波新窖电气有限公司（宁波３１　５０１０）　贾德星、邵智金　为了改善和提高电力系统的供电质量，　充分发挥输变电设备的经济效能，减少电力　损失，确保电网安全经济运行，在电力系统中　普遍采用并联电容器来进行无功补偿，但在　实际使用中经常出现电容器鼓肚膨胀、接线　端子烧毁等现象，给企业增加不小的费用。本　文就薄膜金属化低压并联电容器在设计、生　产、使用中影响其使用寿命的几种因素以及　就如何提高低压并联电容器使用寿命的若干　问题加以粗浅分析，以供参考。　ｌ低压并联电容器的失效机理　电容器在各种应力作用下随着时间的推　移其材料会发生物理和化学变化，最后导致　电参数变劣丽失效。各种应力的影响可概括　为电应力（电压、电流）和环境应力（湿度、温　度、震动、冲击等）两种。低压并联电容器一般　都采用薄膜金属化工艺，尽管这种电容器具　有自愈功能，但是在上述二种应力的长期作　用下，电容器寿命后期会园损耗增大而发热，　也会发生自愈失败而击穿，结果都是电容器　发生膨胀、失效。如果制造和使用上存在问　题，这种失效将会提前到来。　２影响低压并联电容器使用寿命的因素　２．１　使用单位都希望能够减少占地面积，所　以配电柜设计要求内部元器件安装、布置紧　凑，而电容器制造厂为了在竞争中能获取利　润，也力求节约材料来降低造价。这势必要求　收稿日期：２００Ｏ一０４—１２　低压并联电容器向小型化、低成本方向发展，　但是单位容量的金属化低压并联电容器体积　与薄膜的厚度成正比，要减小电容器的体积，　只能减少薄膜的厚度，而电容器的可靠性也　会随薄膜厚度的减薄而降低，这就对电容器　生产厂家提出更高的工艺和生产要求　２．２　目前配电系统中的电力电容器自动控　制装置大多采用接触器和真空开关等机械装　置进行投切，该控制方法有投切响应速度慢　和容易发生失灵等缺点，投人时会产生瞬时　涌流，涌流的幅度过大会引起电容器发热和　端部接触不良。最后导致电容器损坏；有的用　户在电容器安装时接线端子未旋紧，使端子　发热、烧坏。　２．３近几年随着电力工业的迅猛发展，城乡　供电充足，特别在用电低谷，电压偏高现象较　为普遍，而低压并联电力电容器的最高使用　电压，有关标准作了如下规定：最高容许过电　压为额定电压的ｌ１Ｏ　（８ｈ／２４ｈ）；１１５　（Ｏ．５ｈ／２４ｈ）、１２０　（２×５ｒａｉｎ￣月）、ｌ３０　（２　×１ｒａｉｎ／月）　经常性的电压偏高将导致出现　电晕、介质击穿、绝缘电阻下降等现象，最后　导致电容器的失效。　２．４　电容器中所选用的材料会不同程度的　吸收潮气，金属吸湿后腐蚀加快，水份将使电　容器的绝缘电阻降低、损耗增大，促使早期失　效。应选用具有密封结构的电容器。　维普资讯 http://www.cqvip.com

２０００年第３期　影响低压并联电力电容器使用寿命的几种因素　·４３·　２．５低压电力电容器安装地点的通风条件　联连接的示意图及等效电路。谐波源产生的　高次谐波电流Ｉ。分别流向电源侧的高次谐　波电流Ｉ　和流向电容器侧的高次谐波电流　Ｉ　Ｉ　可由下式求出。　般都不是很理想，不利于电容器的散热，在　气温较高时，电容器内部的温度更高。温度引　起的过热是电容器可靠性下降的重要原因　高温加速老化，使介质强度、电晕电压、绝缘　电阻降低，寿命缩短。另外，温度上升使一切　化学的、电化学的反应急剧加速。导致材料性　能恶化引起早期失效。　Ｉ　一［ｎＸｓ／（ｎＸｓ＋ｎＸＬ—ｘｃ／ｎ）］Ｉ　式中：Ｘｓ一电源侧阻抗；　Ｘ　～串联电抗器的阻抗；　Ｘｃ一电力电容器的阻抗；　２．６’随着工业的发展和人们生活水平的提　ｎ一高次谐波次数　上式中如果ｎＸｓ４－ｎＸＬ—Ｘｃ／ｎ－－Ｏ时，谐　波电流将被放大，在电容器中将会流过很大　高，高频和变频的谐波源设备的使用范围越　来越广，电力电子所产生的高次谐波将导致　电容器过热、绝缘破坏，影响低压并联电容器　的使用寿命。图１为电力电容器同谐波源并　ｌ　ｎ　Ｉ　ｘｓ　的谐波电流，从而使电容器损坏，直至被烧　毁　图ｌ　电力电容嚣同谐波源并联连接的示意图及其等效电路　２．７　低压并联电容器本身设计和制造方面　的原因，如工作场强设计过高、金属镀层过厚　或过薄、内部结构不合理、喷金粒子过粗、原　辅材料质量差，另外，生产过程中受气候、湿　涌流，根据输电系统的无功功率控制要求自　动实时地投切相应数量的电容器组，使并联　到电网上的容抗分级变化，从而实现对无功　补偿量的自动控制｛同时配电柜用户在平时　使用时加强维护，定期对接线端子等进行紧　固。　度、尘埃等影响，使电容器本身质量存在缺　陷，在使用时发生早期失效。　２．８　另外在特殊环境中使用的电容器，其使用　寿命还将受特殊环境的影响。如低气压、辐射、振　动与冲击等都将影响电容器的使用寿命　３．３在电容器生产中的对策　３．３．１降低电容器内部的水份　采用真空浸渍工艺，并对使用前的浸渍　剂进行脱水处理，原油的水份一般为　ｌＯ００ｐｐｍ，原油经脱水处理后，其水份含量应　在５０ｐｐｍ以下　另外可以对选用的材料进行　烘干处理，各选用材料在烘干前的水份含量　较高，如：包芯纸、纸胶板为３０００ｐｐｍ左右，　３提高低压并联电容器使用寿命的对策　３．１为减少高次谐波的影响，在配电柜的设　计时，要合理选择串联电容器的阻抗值，避免　发生谐波放大现象　３．２尽量保证低压并联电容器使用时有一　个较好的通风环境，降低电容器使用环境的　温度；在配电柜的生产中，尽可能采用ＴＳＣ　技术，即采用晶闸管来代替机械开关，以减少　电容器芯子为９００ｐｐｍ左右，盏组合件为　ｌＯ００ｐｐｍ左右，所以原、辅材料必须经烘干　脱水处理后才能使用。　维普资讯 http://www.cqvip.com

·４４·　电力电容器　２０００年第３期　３．３．２恰当选择金属化电极的厚度　生产环境的清洁度将严重影响所生产的　金属化薄膜电容器都具有自愈功能，通　电容器的质量水平，特别是金属化薄膜的分　常的电容器损坏是由于电容器的白愈能量过　切和卷绕工序。若在生产过程中电容器内部　大，一层薄膜自愈的同时使邻近一层的薄膜　引入杂质，将影响电容器使用时的场强分布，　的也受伤害，引起连锁自愈，从而使电容器失　造成电容器的早期失效。所以要保证电容器　效损坏。电容器白愈时所需能量与蒸发的金　生产有一个清洁的环境，对关键工序实现净　属层的厚度有关，金属层的厚度很薄，一般在　化处理。　２００～３００Ａ，一般通过测量薄膜表面金属层　４结束语　的方块电阻（简称方阻）的方式来衡量金属层　４．１　影响低压并联电力电容器使命寿命的　的厚度。方阻越小，金属层越厚，方阻越大，则　因素是多方面的，在配电柜的设计和安装中　金属层越薄。通过试验可以知道，方阻越大，　要充分考虑到用电设备、电网、使用环境等对　金属膜的耐压越高，但是如果金属层太薄，对　电力电容器使用寿命的影响。　加工工艺和储存的要求将更高，而且成品电　４．２　在电力电容器的设计和生产中，要逐步　容器的损耗角正切值也会增大。所以电容器　完善工艺，切实降低电容器内部的水份含量，寻　所选用的薄膜厚度与蒸发层的金属层厚度　找更加合理的薄膜厚度与方阻的关系。保证电　（即方阻）有一个对应关系，应根据产品规格　容器的内在质量，提高电容器的使用寿命。　和工艺水平合理选择　参考文献　３．３．３提高生产环境的清洁度　吴忠智，吴加林．变频器应用手册，１９９８（１）　（上接第３４页）　功地达到了预期的封口咬合强度。这种结构　构和铁盖颈部拉伸防爆结构。但经过我们分　安全性虽有所提高却不能避免电容器挤出型　析研究后认为：改进后的结构其安全可靠性　失效的发生，安全性能依然不能使人满意。　仍没有得到彻底的改善。　６对ＣＢＢ６５型电容器机械防爆结构的展望　５．Ｉ双防爆槽结构　通过上面的叙述，可以得出下列结论：颈　此结构是在原颈部拉伸装置的防爆槽上　部拉伸防爆结构的电容器设计存在先天性的　部再增加一道防爆槽。设计者的指导思想是　缺陷，封口咬合强度不足，而且由挤出型失效　当电容器铝壳内气压升高时，两道防爆槽都　导致的防爆失败不可避免，安全性能并不完　能动作，有效卸压。但由于卸压空间有限，封　善。而盖板顶部防爆结构的电容器解决了这　口的咬合强度不足的缺陷并未克服，挤出型　两个问题，安全性能良好。　失效模式也还存在，如前所述的两个使防爆　当然，盖板顶部防爆装置电容器结构较　失败的原因仍未得到根本解决，电容器的安　为复杂，制造工序较多，成本也较高，这给它　全性能也不会有太大的改善　的推广带来了一定的难度。但由于它拥有良　５．２铁盖颈部拉伸防爆结构　好的安全性能，将会得到越来越多的应用。　为解决封口的咬合强度不足的缺陷，设　以上为本人在实践中的一些认识，供商　计者采用马口铁作为盖板与铝外壳咬合，成　榷。