電力電容器故障機(jī)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(tǒng)中，電為電容器是電為系統(tǒng)的重要元件，主要用于無功補(bǔ)償、諧波濾波、改善電能質(zhì)量等。電為電容器的正常規(guī)范運(yùn)行，直接影響電力系統(tǒng)的安全、可靠和穩(wěn)定性。在實(shí)際應(yīng)用過程中，電力電容器在使用一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)容量異常衰減現(xiàn)象，對(duì)無功功率補(bǔ)償裝置有嚴(yán)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(duì)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(yùn)行可靠性較高，使用壽命較長(zhǎng)。但由于不同運(yùn)行環(huán)境下受到操作過電壓、諧波、運(yùn)行溫度過高等因素的影響，加速電容器老化，最終導(dǎo)致絕緣擊穿。可見電容器的運(yùn)行溫度與運(yùn)行電壓、頻率和周圍的環(huán)境溫度有關(guān)。在正常電壓下，如果頻率穩(wěn)定，電容器的內(nèi)部溫升是保持穩(wěn)定的。這時(shí)，電容器內(nèi)部的溫度變化主要受周圍環(huán)境溫度的影響。由于季節(jié)變化和早晚溫差，氣溫成為影響電容器運(yùn)行溫度變化的主要因素。

電容器長(zhǎng)期處于高電場(chǎng)強(qiáng)度和高溫下運(yùn)行將會(huì)加劇電化學(xué)的腐蝕速度，導(dǎo)致局部放電故障，引起絕緣介質(zhì)老化和介質(zhì)損耗tanδ的增大，使電容器內(nèi)部溫升超過允許的溫升而發(fā)熱，縮短電力電容器的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致熱擊穿而損壞。

電容器壽命與溫度大體表現(xiàn)為“8°規(guī)則”，當(dāng)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(yùn)行溫度過高導(dǎo)致電容量壽命下降，運(yùn)行中應(yīng)盡可能采用強(qiáng)迫通風(fēng)，改善散熱條件，使熱損耗產(chǎn)生的熱量，以對(duì)流和輻射散發(fā)出來。規(guī)程規(guī)定，空氣溫度在+40℃時(shí)，電容器外殼溫度不得超過+55℃。周圍環(huán)境溫度超過+30℃時(shí)應(yīng)開啟通風(fēng)裝置，超過+40℃電容器應(yīng)停止運(yùn)行。

2 電力電容器的結(jié)構(gòu)與溫升的關(guān)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(nèi)部填充絕緣介質(zhì)之外，還起到將電容器在運(yùn)行過程中產(chǎn)生出來的熱量向周圍散發(fā)出去的作用。當(dāng)電容器體內(nèi)的容積一定時(shí)，對(duì)于外殼的不同尺寸，有效散熱面積通常是不同的。當(dāng)電容器的單位體積的發(fā)熱功率一定時(shí)，電容器的單位體積的有效散熱面積越大，電容器在達(dá)到熱穩(wěn)定時(shí)的箱殼溫升就越低。

P=Q·tanδ=αS(t-to)

式中:P-電容器的介質(zhì)損耗

Q-電容器的容量

tanδ-介質(zhì)損耗角正切

α-電容器箱殼的散熱系數(shù)

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(chǎn)中的損耗具體措施

3.1 改善生產(chǎn)環(huán)境，延長(zhǎng)使用壽命 生產(chǎn)環(huán)境的要求，溫度控制在15～25℃，環(huán)境濕度在小于60%的條件下生產(chǎn)，可減少電力電容器的損耗，以保證生產(chǎn)材料的質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 加強(qiáng)外包封膜緊密程度，消除層間空氣 電力電容器卷制結(jié)束后，需包裹外包封膜，防止卷繞張力撤銷時(shí)，金屬化膜發(fā)生回縮，同時(shí)對(duì)元件機(jī)械損傷起到絕緣保護(hù)作用。為消除薄膜間的層間空氣，可在卷繞方式改進(jìn)，在外包封對(duì)接位置燙封，然后實(shí)施包裹，改進(jìn)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(guān)鍵，對(duì)于電力電容器來說，聚合溫度過高時(shí)，介質(zhì)薄膜變形嚴(yán)重，金屬層與介質(zhì)膜結(jié)合力也會(huì)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(nèi)部逐漸傳播的，溫度升溫過快會(huì)導(dǎo)致兩端的噴金層熱量積累，導(dǎo)致內(nèi)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(dá)到最佳自愈性能，延長(zhǎng)使用壽命。

4 影響電力電容器自愈的內(nèi)因

4.1 介質(zhì)薄膜質(zhì)量的好壞 金屬化薄膜在生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)出的薄膜可能有缺陷，在電力電容器自愈過程中，如果出現(xiàn)自愈點(diǎn)過多，則會(huì)導(dǎo)致電容器出現(xiàn)損壞。

4.2 電力電容器芯子的卷制形態(tài)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(nèi)部單元散熱兼顧降低電感量和電阻等因素。進(jìn)行電容器設(shè)計(jì)時(shí)，在客服允許的外形尺寸范圍內(nèi)，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(jìn)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(dǎo)致焊接后接觸不良現(xiàn)象，從而形成虛焊，接觸電阻變大。芯子端面噴金過程中嚴(yán)格控制，如果槍距過遠(yuǎn)，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(shí)際上就是內(nèi)部瑕疵點(diǎn)被擊穿的過程，瑕疵點(diǎn)有效消除與施加電壓的關(guān)系密切。賦能工藝就是利用金屬化薄膜的自愈特性，調(diào)高電容器的試驗(yàn)電壓，采用直流二次賦能和交流多級(jí)電壓，使電力電容器得到充分自愈還不產(chǎn)生過度自愈。

6 結(jié)語

本文提出電力電容器的電力電容器故障機(jī)理研究方案，延長(zhǎng)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(jìn)生產(chǎn)工藝，確保金屬化薄膜電力電容器的正常工作。