1、哈爾濱理工大學學士學位論文電力電容器制造技術進展摘要電力電容器分為串聯電容器和并聯電容器，串聯電容器可以提高線路末端電壓、降低受端電壓波動、提高線路輸電能力、改善系統潮流分布、提高系統穩定性等作用。并聯電容器并聯在系統的母線上，類似于系統母線上的一個容性負荷，它吸收系統的容性無功功率，這就相當于并聯電容器向系統發出感性無功。因此，并聯電容器能向系統提供感性無功功率，系統運行的功率因數，提高受電端母線的電壓水平，同時，它減少了線路上感性無功的輸送，減少了電壓和功率損耗，因而提高了線路的輸電能力。它們都可以改善電力系統的電壓質量和提高輸電線路的輸電能力，是電力系統的重要設備。本文介紹了我國電力電容

2、器產品制造技術的發展現狀。分別對電力電容器的設計方法，絕緣材料，生產工藝，試驗方法，應用等方面的技術進展做出了綜合的分析，在與國外電力電容器產品先進水平對比的基礎上，討論了我國電力電容器產品的差距和某些對策，并對我國電力電容器技術發展趨勢提出了一些看法。關鍵詞電力電容器；制造技術；技術發展The development of manufacturing technologies about power capacitorAbstractPower capacitors are divided into series capacitor and shunt capacitor. Series c

3、apacitors can increase the line terminal voltage, decrease the fluctuation of voltage, improve the line transmission capacity，change the flow distribution system and raise the stability of the system. Shunt capacitor is similar to a capacitive load on the system's bus, which is parallel on the s

4、ystem bus. it absorbs the system capacitive reactive power, which is issued the equivalent of shunt capacitors to the system of inductive power. Therefore, the shunt capacitor can be provided to the system inductive reactive power and raise the electrical side bus voltage level. At the same time, it

5、 reduces the lines of inductive power delivery, also reduces voltage and power loss, thus increases the transmission capacity of the line. They can improve the voltage quality of the power system and increase the transmission capacity of transmission lines，and they are a major power system equipment

6、. This article describes our power capacitor current development of manufacturing technology. It is a comprehensive analysis about insulation materials, production processes, test methods and application of technical advances. It discusses the gap of power capacitor products and certain measures, an

7、d makes a few comments to the development trends of china power capacitor technology.Keywords：power capacitor；manufacturing technologies；technical development不要刪除行尾的分節符，此行不會被打印- II -目錄摘要IAbstractII第1章 緒論11.1 課題背景11.2 我國電力電容器的發展歷程11.2.1 電容器行業的發展和生產規模的增長21.2.2 企業改革和改制促使行業不斷發展壯大21.2.3 技術改造和新廠建設31.3 近3O

8、年來我國電力電容器制造行業的發展3第2章 各類電容器的技術發展現狀52.1 殼式高壓并聯及濾波電容器52.2 集合式及箱式電容器技術現狀52.3 高壓自愈式電容器52.4 低壓自愈式電容器62.5 電容式電壓互感器6第3章 電容器產品設計的進展73.1 電容器設計思路73.1.1 采用金屬化全膜結構73.1.2 采用金屬極板內熔絲保護73.1.3 采用特殊設計的邊緣加厚及波浪邊技術83.1.4 使用精煉菜籽油作為浸漬介質93.2 小單元設計制造技術的進步9第4章 絕緣材料方面的進展114.1 介質材料114.1.1 聚丙烯薄膜114.1.2 液體介質124.2 絕緣油發展問題12第5章 生產工

9、藝方面的進展145.1 生產工藝現狀145.2 元件卷制工藝方面的進展145.2.1 新型電容器芯子制造的流水作業線145.2.2 卷繞設備中張力控制工藝的進展165.2.3 電容器外殼壁自動折彎設備175.2.4 電容器外殼焊接技術175.3 電力電容器真空干燥浸漬工藝方面的進展175.3.1 一體式真空干燥及真空壓力浸漬工藝185.3.2 “變壓法”真空干燥浸漬工藝18第6章 試驗方法方面的進展216.1 產品出廠試驗216.1.1 極間耐受電壓前電容測量216.1.2 極間耐受試驗216.1.3 局部放電試驗226.1.4 放電電阻值測量226.1.5 極對殼耐受電壓試驗236.1.6

10、損耗角正切的測量236.2 電容器的壽命試驗236.3 電容器的涌流試驗236.4 電容器的溫升試驗23第7章 應用方面的進展方面257.1 電容器的主要用途257.2 電力電容器的補償原理257.3 電力電容器補償的特點257.4 電力電容器無功補償的方式267.5 無熔絲電容器的應用267.6 集合式電容器的應用277.7 影響和制約我國電力電容器制造技術的主要問題277.8 達到達到或接近國際先進水平的對策277.8.1 從從產品設計上來分析287.8.2 從制造工藝過程來分析287.8.3 提高國產原材料薄膜的質量287.8.4 高度重視電容器產品運行故障的統計和分析297.9 電力電

11、容器技術的發展趨勢29結論30致謝31參考文獻32附錄34千萬不要刪除行尾的分節符，此行不會被打印。在目錄上點右鍵“更新域”，然后“更新整個目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行- IV -第1章 緒論1.1 課題背景電力電容器是一種重要的基礎工業產品，他是電力系統并聯無功補償、串聯補償、濾波裝置的核心器件；主要由電容器組成的電容式電壓互感器在高壓電力系統的電能計量、電壓測量、繼電保護和自動控制等方面發揮著重要作用；儲能和脈沖電容器還在國防裝備和科研試驗中有著重要用途。改革開放30年來，我國的電力電容器制造業有了突飛猛進的發展，通過大量的科學研究實踐活動和學習、消化

12、吸收國外的先進技術，已經從根本上擺脫了大量進口國外產品的局面，逐步發展成為世界上的電容器生產大國。隨著改革開放的深入發展，國際著名的電力電容器生產企業ABB公司、美國的庫柏公司和日本的日新電機公司紛紛來我國建立合資公司，這一方面增大了國內市場競爭的壓力，同時也帶來了先進的電力電容器制造技術，客觀上促進了國產品牌電容器技術的發展。電容器發展的核心是介質材料的進步，固體介質經歷了由電容器紙聚丙烯薄膜和紙復合全薄膜的發展過程，液體浸漬劑經歷了礦物油硅油烷基苯二芳基乙烷卞基甲苯的發展過程，現在國產品牌電容器所用介質材料與國際先進水平的電容器所用材料是同類的。目前，國產電容器生產所用設備在國際上也屬一流

13、，關鍵設備都是全自動的，生產環境的凈化條件甚至比國外要求更高。目前，國產電容器的技術性能與國外先進水平基本相當，但在經濟指標上，除個別產品與國外先進水平比較接近外，大多數與國外先進水平有較大差距。本文分別對電力電容器的設計方法、絕緣材料、生產工藝、試驗方法、應用等方面的技術進展做出綜合的分析。對影響和制約我國電力電容器制造技術的主要問題做出初步的分析，提出解決問題的方法。1.2 我國電力電容器的發展歷程我國電力電容器制造業發展是從20世紀50年代開始的，發展至今已經有50多年的歷史。總體說來，我國電力電容器發展歷史可分為3個階段。第1階段，20世紀70年代以前，基本上以電容器紙為固體介質，以礦

14、物油或PCB為液體介質。第2階段，20世紀70-80年代初，聚丙烯膜與電容器紙復合介質電容器取代了全紙電容器，它以十二烷基苯、硅油、二芳基乙烷、異丙基聯苯等為液體介質。這些新介質的采用，使膜紙復合介質電容器的損耗僅為全紙電容器的1/3約為0.81.5W/kvar。產品發熱問題得到改善，單臺容量提高近20倍。同時，由于新液體介質具有良好的吸氣性能，使電容器運行及發生故障時外殼膨脹爆破的可能性大為減少，大大提高了電網安全運行的可靠性。第3階段，20世紀從80年代初開始，全膜電容器逐漸代替膜紙復合介質產品。它以聚丙烯膜為固體介質，以二芳基乙烷、芐基甲苯或SAS-70為液體介質，電容器的單臺容量達到3

15、34-1000kvar，電容器損耗降低到0.1-0.2W/kvar，可靠性得到了很大的提高。我國電力電容器當前生產的主要品種有高、低壓并聯電容器及成套裝置、濾波電容器及成套裝置、電熱電容器、耦合電容器及電容式電壓互感器、試驗室用電容器及成套裝置等。其中高、低壓并聯電容器及成套裝置包括自愈式電容器、高壓并聯電容器、集合式電容器及成套裝置。1.2.1 電容器行業的發展和生產規模的增長隨著整個國民經濟尤其是電力工業的迅速發展，我國電力電容器制造業發生了巨大的變化。20世紀50年代，在原蘇聯技術的基礎上實施國產化，生產單臺容量50kvar以下的油浸電容器，電容器的綜合年產量僅為700萬kvar。在改革

16、開放的初期剛剛形成的弱小的電力電容器行業總共不超過十幾個工廠，經過30年的發展，一躍成為世界上的電容器生產大國，全行業有100多家生產企業，采用世界上最先進的電容器生產技術和設備，產出了具有世界先進水平的電力電容器產品，年綜合產量高達1.8億kvar，產量是改革開放初期的25倍以上。當前，我國電力電容器制造業正處于發展的大好時期，電力電容器在國民經濟的各個領域獲得了廣泛的應用，國內市場占有率達95%以上，還有少量出口到亞洲和非洲市場。值得關注的是，全球金融危機漸漸過去，這給我過電力電容器制造行業的市場也帶來新的前景。1.2.2 企業改革和改制促使行業不斷發展壯大改革開放初期，我國電力電容器行業

17、是是清一色的公有制企業，實行的是典型的計劃經濟體制，有21個機械行業定點企業進行生產。20世紀80年代后期走向了市場經濟，企業成為市場的主題，市場競爭有力地促使了產品技術進步和企業的發展，新的生產企業如“雨后春筍”般出生，原有老企業開始了大規模的技術引進和技術改造工程。20世紀90年代末期，國際上的跨國公司看到了中國電力電容器市場的發展機遇，爭先在我國建立合資企業，至今已有ABB、日本日新、西門子等在中國建立了生產電力電容器和電容式電壓互感器的合資企業。國外知名企業進入中國市場，一方面加劇了國內市場的競爭，同時也帶來了先進的制造技術和管理理念，推動了我國電力電容器產品的技術進步。在這期間，過內

18、原有的國有企業也進行了大規模的改制，普遍實行了按企業法運作的公司制，而且絕大部分國有企業改制為民營企業，電力電容器制造企業的改制，極大的增添了企業的活力，促進了企業的發展。1.2.3 技術改造和新廠建設2001年以來，我國電力電容器行業吸取國外先進技術，加快了企業的技術改造，大量進口國外一流的關鍵生產裝備，淘汰原有陳舊落后的設備。幾年來全行業進口全自動電容器原件卷制機20多臺，使美國專業制造卷制機的希爾頓公司生產爆滿。近年來還從世界著名制造商德國里希公司進口了全自動電容器油處理及真空干燥浸漬系統，使電容器生產中的兩大關鍵工序所用的裝備提高到國際先進水平。更重要的是，進口設備的國產化已經取得突破

19、性的進展，無錫先導公司試制成功的全自動卷制機的性能可以與美國的卷制機媲美；國產全自動真空浸漬設備和其它先進的配套設備也已經制造出來。從此打破了電容器關鍵制造設備依賴進口的局面。為滿足我國電力建設對電力電容器需求量大、性能標準高的要求，近幾年各個主要生產企業普遍制訂了宏偉的發展規劃，花費高額投資在采用世界先進技術裝備的基礎上擴建新廠或生產線，使我國電力電容器制造業躍居世界一流水平，為使我國從電力電容器的生產大國提升至世界生產強國打下了堅實的基礎。1.3 近30年來我國電力電容器制造行業的發展改革開放初期，我國電容器行業生產廠僅有3O多家，所謂“定點企業”有18家，電力電容器綜合產量為771萬kv

20、ar。到2008年，生產企業達到100多家(其中年產量100萬kvar以上規模的較大企業34家，中外合資企業4家，各類領頭企業6家)，電力電容器綜合產量達31397萬kvar，綜合產量為改革開放初期的4O.7倍。表1-1列出了各類電力電容器產品在各個發展階段的年產量統計數據1。表1-1各類電力電容器產品產量增長情況類 型年 份19801990200020052008殼式高壓并聯及濾波電容器/萬kvar193430865424010802集合式及箱式電容器/萬kvar336914191141高壓自愈式電容器/萬kvar513027低壓箔式電容器/萬kvar192993低壓自愈式電容器/萬kvar

21、7636940757542電容式電壓互感器/萬kvar13378952471377122139電容器全品種綜量/萬kvar771103961911334631397從表1可以看出：2008年與1980年相比，殼式高壓并聯及濾波電容器產量增長到56倍；集合式及箱式電容器從零發展到1141萬kvar；在低壓并聯電容器領域，先進的自愈式電容器完全取代了傳統的箔式電容器。尤其是電容式電壓互感器(CVT)，則從發展初期的年產133臺，逐步發展到成長期和成熟期，目前年產量已達到22139臺，增長到166倍，應用范圍覆蓋到35kV1000kV電壓等級，在110220kV范圍，市場占有率為80以上，在3301

22、000kV的超高壓和特高壓領域市場占有率為100，在我國電力系統的電能計量、電壓測量、繼電保護和自動控制等方面發揮著重要的作用。近年來，我國電力電容器制造業的工藝裝備水平有了大幅度提升，廣泛采用了國際上最先進的全自動卷制機、全自動真空浸漬設備以及國際一流的電容器芯子生產線，有的還采用了機器人焊接箱殼、機器人噴漆等先進設備和工藝，使電容器的質量水平有了明顯提高。過去多年困擾著制造企業和用戶的老大難問題電容器的滲漏油問題得到了基本解決。國內企業的工藝裝備總體上說已達到了國際一流水平，這一方面是市場競爭的促進作用，同時也有中外合資企業的帶動作用。電容器制造裝備的進步也帶動了國內相關機械制造業的發展，

23、我國電力電容器行業走過了大量從國外進口設備到廣泛采用具有同樣技術水平的國產設備的路子。近年來，隨著電容器設計、制造水平的提高，高性能絕緣油和雙面粗化膜等介質的選用，鋁箔折邊、壓力注油、壓力浸漬等工藝的廣泛采用，使整個國內電力電容器行業已形成了以全膜電力電容器產品為主導、多種新產品并存的主要格局。目前國外可以生產的產品品種，國內企業基本都可生產，并且有一部分產品已達到國際先進水平，一部分優勢企業已開始問鼎國際市場并取得了不俗的戰績。過去，制造廠僅提供電容器單元散件，由用戶組裝成套；現在，電容器制造企業提供的是整體解決方案、完整成套產品和全過程的技術服務。第2章 各類電容器的技術發展現狀2.1 殼

24、式高壓并聯及濾波電容器1.主導產品單臺容量由334kvar跨越到500kvar以上，并研制出1000kvar的樣機。2.主導產品的體積比特性:0.13Lkvar左右，最好的達到0.1Lkvar。3.電容器單元的電容偏差普遍達到-3+5，有的可達到更嚴格的要求。4.電容器損耗0.02。5.局部放電量可達到：20Pc。6.介質材料：聚丙烯薄膜浸漬芐基甲苯(MDBT)。7.普遍采用新型的隱藏式內熔絲。8.普遍采用不銹鋼外殼、滾壓式套管。9.電容器的年故障率降低到0.2以下。10.成套裝置的電壓等級為6110kV，1000kV特高壓變電站用110kV并聯電容器裝置已經投入運行。制造企業普遍實現了工廠組

25、裝，整體發運的供貨模式5。2.2 集合式及箱式電容器技術現狀1.集合式電容器電壓為666kV，單臺容量100010000kvar；箱式電容器電壓為635kV，單臺容量已達26000kvar。2.具有結構緊湊、占地省、安裝和運行維護簡單等優點。對環境污穢、鳥害、蟲害的防護性能好，對冰雪、地震、臺風等自然災害的抵御能力強。3.近幾年在制造工藝裝備水平和產品技術性能上與前述殼式電容器取得了同樣的進步，從2005年全行業實施質量改進措施以來，產品質量有了明顯提高。2.3 高壓自愈式電容器我國在1998年自行開發了干式高壓自愈式電容器，投放市場后，逐步發現故障率較高，之后在保護方面作了很多有效的研究和改

26、進工作，惡性故障得到了控制，但還存在著電容損失較大的問題。目前，有的公司正在開發研制新型干式高壓自愈式電容器。2.4 低壓自愈式電容器介質材料為金屬化聚丙烯薄膜，普遍采用自動卷制機進行元件卷制。有的浸漬電容器蠟，有的浸漬菜籽油，比較先進的是真空下經硅油浸漬后再環氧封裝。常規單臺容量為30kvar，最大到60kvar。目前，國內技術總體上與國外先進技術水平還有一定差距，各制造企業一方面正在努力提高電容器的產品質量，同時也在與補償裝置和配套件制造單位合作，力求完善控制和保護功能，以適應廣大用戶投切頻繁、電網諧波含量高等日益嚴酷的使用條件，確保產品運行可靠。2.5 電容式電壓互感器近年來，開發出了7

27、65kV和1000kV電容式電壓互感器，并在電網中成功運行。為適應電力市場高精度電能計量的需要，開發出了0.1級高精度產品，已經投入市場。研制出SF6氣體絕緣CVT，電壓等級覆蓋110500kV，投人電網運行達3年以上。由于電力系統廣泛采用微機保護和數字化儀表，使CVT的二次負荷大幅度下降。目前，正在改進設計和制造工藝，使產品的絕緣裕度和測量精度進一步提高。第3章 電容器產品設計的進展3.1 電容器設計思路目前廣泛采用的設計結構是全膜介質(既可以是三層粗化膜介質，也可以是兩層雙面粗化膜介質)、鋁箔突出折邊。新結構介質耐電強度高，損耗小，鋁箔折邊改善邊緣場強，改善局部放電性能。鋁箔突出焊接引出，

28、不插引線片，排除了引線片對介質造成的機械損傷。同時，就產品內部來說，現在先進的國產大容量電容器已經采用新型內熔絲技術。3.1.1 采用金屬化全膜結構針對電容器的特點，電容器的固體介質采用安全型聚丙烯鋅鋁金屬化薄膜，即全膜結構。產品的介質損耗極小，以確保電容器工作時很低的溫升。薄膜的介電強度高，電容器的工作場強則大大提高。采用安全防爆型金屬化聚丙烯膜，又在普通金屬化膜的基礎上提高電容器的工作場強1020。電容器的工作場強可達到200VDCm，300VDCm。因此電容器的體積大大縮小，減輕了電容器的重量，容量體積比最大可達到0.48F。為了能夠更進一步的減少體積，電容器芯子還采用扁平式卷繞設計，更

29、大程度的減少了電容器芯子占據的空間。同時電容器具有優異的自愈功能，不影響電容器的正常工作。3.1.2 采用金屬極板內熔絲保護電容器設計摒棄了原有老式的機械防爆式結構設計，改用新型的安全防爆金屬化極板熔絲保護膜，即安全防爆金屬化膜。目前其它的國產機車用電力電容器均采用普通型油浸膜箔復合式電容器，元件全部并聯，一般用金屬熔斷絲保護。當一個元件擊穿時，熔絲熔斷，電容器的電容量將發生變化，若單個元件的電容量為50F，總容量為6000F時，容量變化將達到0.833。此種電容器失效率高、可靠性差，而且沒有自愈功能。采用安全防爆型金屬化膜以及合理的安全防爆型金屬化極板結構設計，金屬化極板上局部范圍的金屬化熔

30、斷絲熔斷，發生自愈擊穿的局部面積與其周圍的金屬化極板斷開，電容量變化極小。薄膜的一個局部范圍內發生自愈擊穿，電容量的損失率一般不會超過50PPM。電容器完成自愈后，照常工作，提高了運行可靠性，大大提高了電容器的壽命。安全防爆型金屬化膜金屬化極板結構設計如圖3-1所示。圖3-1 安全防爆型金屬化膜金屬化極板結構設計示意圖3.1.3 采用特殊設計的邊緣加厚及波浪邊技術電容器的抗涌流能力大小直接和電容器芯子和芯組端面金屬接觸牢度有關。端面接觸面積大，接觸電阻小，通過電流及涌流的能力就很強。所以電容器根據特定要求，采用了特殊設計邊緣加厚、波浪邊金屬化膜。如圖3-2、圖3-32。圖3-2 波浪分切金屬化

31、膜電容器心子展開圖圖3-3 波浪邊膜增大噴金接觸面積示意圖波浪邊金屬化膜有兩種結構形式：邊緣加厚區或留邊區波浪邊。兩者取其一，與直邊分切的薄膜配套進行卷繞。適當控制好錯邊量，可以顯著減小由于卷繞錯邊引起的金屬化膜的邊緣收縮效應。噴金層和金屬化膜鍍層接觸面積增大，大大提高電容器芯子端面的噴金附著力，降低了其接觸電阻，從而大大提高了電容器的通流及抗浪涌電流的能力。3.1.4 使用精煉菜籽油作為浸漬介質精煉菜籽油作為電容器浸漬介質已經有很長時間了，但目前國內都基本上未采用菜籽油作為電容器浸漬介質，而國外電容器仍廣泛采用精煉菜籽油作為浸漬介質。電容器采用菜籽油有著顯著的優點：薄膜擊穿強度可以提高25以

32、上。通過浸漬，油滲透進薄膜內部，填充了薄膜內部的空隙，提高了薄膜的擊穿強度。菜籽油粘度很低，流動性好，對薄膜的溶脹率不超過22.5，所以不會對金屬化鍍層造成影響。另外，菜籽油還具有良好的吸氣性，能很好地吸收由于放電產生的氣泡，電容器在較差的局部放電條件仍能正常工作。菜籽油取材方便，價格低廉，綠色環保，不會對環境造成污染。3.2 小單元設計制造技術的進步小單元是集合式電容器的核心部分，小單元的質量直接決定集合式產品的使用壽命。近幾年電力電容器技術發展迅速，介質、結構不斷發生變化。90年代生產的全膜電容器，普遍采用雙面粗化的優質聚丙烯薄膜，鋁箔采用折邊，引線片(作為電極)引出結構，這種產品主要集中

33、在19941999年，后來從返修產品解剖中發現，引線片結構存在很大缺陷，引線片本身的質量直接影響元件的質量，如引線片邊緣存在尖角、毛刺(肉眼很難發現)，則邊緣電場集中，是元件擊穿的主要原因，另外引線片結構接觸電阻大、損耗大。所以從2001年開始，國內電容器廠家借鑒國外技術，采用鋁箔極板一邊折邊，一邊突出結構，不僅改善了電極邊緣的電場分布，降低損耗(現在電容器損耗可以做到小于0.2Wkvar)，降低了電容器發熱功率，直接提高了電容器的質量3。小單元開始設計階段普遍采用全并結構，每個元件串聯一個內熔絲作保護。內熔絲開始使用階段缺乏研究經驗，采用的純銅熔絲在實際使用中不是很理想，經常在返修產品中發現

34、熔絲群爆現象，所以近年來經過大量試驗研究，終于取得了突破，從2003年以后采用了新型熔絲，熔絲的安秒特性很好，改進了熔絲在元件上的布置和絕緣結構，這種新型熔絲結構從根本上解決了熔絲群爆的問題。但現有的熔絲結構還有缺陷，熔絲在熔斷后，就會對絕緣油污染，影響電容器的質量。如果內熔絲在一個封閉的結構中就不會影響絕緣油了，所以內熔絲結構還有待進一步研究。在浸漬劑方面，國內電容器生產企業從2001年末開始使用了苯基乙苯基乙烷(PEPE)和芐基甲苯(MDBT)取代了苯基二甲苯基乙烷(PXE)，因前兩者在低溫下粘度低、吸氣性好、電氣性能優于PXE，提高了電容器的電氣性能和質量。第4章 絕緣材料方面的進展4.

35、1 介質材料全膜電容器的固體介質材料是聚丙烯薄膜，液體介質材料是芳香烴類的混合油，目前大多數企業使用芐基甲苯、苯基乙苯基乙烷，也有少數企業用二芳基乙烷。4.1.1 聚丙烯薄膜聚丙烯薄膜最早由GE公司在20世紀70年代初應用在電容器上，而且GE公司首創了電力電容器用聚丙烯薄膜生產技術（管膜法）。此后，西歐出現了平膜法生產技術。目前，我國引進了10多條管膜法和平膜法生產線，可以生產粗化膜（單面粗化和雙面粗化）和光膜（主要用于自愈式電容器），薄膜厚度最小可達4m，全膜電容器所用的膜厚通常在10m以上。經過20多年的發展，國產的聚丙烯薄膜性能與先進國家的已經處于同一水平上，無論是電性能、機械性能還是工

36、藝性能都基本接近，有的性能甚至超過先進國家的水平。以國內電容器生產企業常用的15m厚的粗化膜為例，國產膜與進口膜性能比較列于表19。表：15m國產膜與進口膜性能比較性能國 產進 口（元件法，DC，/m）365342tan2.7x10-42.4x10-4電弱點（個/）0.040.01()2.2x10161.0x1016隨著全膜電容器技術水平的提高，厚度薄的聚丙烯薄膜的應用越來越大，例如12m及以下的薄膜將占主導地位。厚度減少后，薄膜制造廠的質量控制難度將會增大，當然薄膜的性能穩定性也會受影響。從國家標準GBT128021996電容器用聚丙烯薄膜的規定中可見，12m膜的（元件法）直流介電強度中值比

37、15m的低20MVm（6），10m膜的的比15m膜的低30MVm（10）。更主要的是薄膜越薄，電弱點越多，接GBT128021996的規定，12m以上的薄膜電弱點0.5個m2，而10m的06個m2。如果按2m2kvar計算，則一臺200kvar電容器可能會有多達200個的電弱點，即200個絕緣缺陷。對于高場強電容器，由于運行的場強提高了，選用更薄的薄膜，電容器的損壞幾率也會提高。因此，聚丙烯薄膜的性能必須得到提高以后才能應用到更高電場強度（60MVm以上）的全膜電容器。實際上，某些廠家薄膜的性能指標，比如介電強度和電弱點遠高于國標要求值，只是在質量穩定性上需加強控制，即可滿足高場強電容器的要求

38、。從試驗的統計得出，降低粗糙度可有效提高薄膜的電氣強度，減少電弱點。隨著電容器生產工藝的提高和液體介質的發展，浸漬問題已經得到解決。因此，為了提高薄膜的介電強度和減少電弱點，應該使用單面粗化膜或粗糙度更小的薄膜生產高場強全膜電容器。即薄膜制造企業今后應重點控制介電強度和電弱點這兩個指標。4.1.2 液體介質液體介質應滲透到電容器固體介質內的所有空隙，消除產品內的殘存氣體，提高產品局放性能。因此，對液體介質的基本要求有三個方面：介電強度高，一般要求達到60kV2.5mm以上；吸氣性好，能夠溶解和吸收更多氣體；粘度低，能夠充分浸漬和滲透聚丙烯薄膜。目前普遍使用的芐基甲苯、苯基乙苯基乙烷和二芳基乙烷

39、都能滿足以上要求，只是二芳基乙烷的粘度較高，低溫性能稍差。如果用于生產高場強電容器時，液體介質中還必須加入添加劑，以提高液體介質的抗老化性能。西容所從83年起就對芐基甲苯進行了研究。先是對四川晨光化工廠的產品進行精制處理，性能測試。后對湖南大學合成的芐基甲苯進行較深入研究，制造了模型電容器，經過了1000多小時的加速壽命試驗，86年通過了小試階段應用鑒定。88年起又同湖南大學、武漢有機合成材料研究所協作，進行芐基甲苯的中試工作現中試油已成功，正在進行電容器應用方面的研究工作。這種油的優點是吸氣性好，比色散僅次于IPB，為200左右，粘度小，(雙芐基甲苯略大，與單芐基甲苯摻和比IPB、PXE都小

40、得多)，有利于浸漬全膜電容器。凝固點低(60以下)低溫局部放電優于其它介質。耐壓高，可這70千伏/2.5mm，是理化電氣性能優良的絕緣油。但遺憾的是它的氣味問題。現在法國為解決人們厭惡的氣味問題，研究了氣味掩蔽劑，但涉及專利，沒有公布。4.2 絕緣油發展問題電容器行業要求絕緣油性能好、毒性小、價格便宜、易精制處理。因此，在研究新絕緣油時必須綜合考慮這些問題。1.為了提高油的吸氣性和電場作用下的穩定性，絕緣油的分子中應含有兩個芳香環。只有一個芳香環的絕緣油吸氣性不夠好，含有更多芳香環會使油的粘度增大，凝固點增高，保證不了油的其它性能。2.酯類絕緣油閃點高、介電系數大。但一般不易精制處理，絕緣強度

41、不高，吸氣性能也不太好，不宜做高壓并聯電容器用油，且一般價格較貴。3.絕緣油分子中含氯能提高油的穩定性，提高油的閃點，有助于阻燃，但會對毒性、生態環境帶來麻煩。因此要權衡利弊。硝基化臺物在光、電、熱的情況下不穩定，也不能用外部條件來徹底解決內在問題。因此，硝化絕緣油也沒有研究的必要。4.兩種或兩種以上絕緣油進行摻和是改善和提高絕緣油性能的途徑之一。一種絕緣油很難滿足各方面的性能要求。兩種或以上絕緣油摻和可達取長補短互為補充完善的目的。但摻和應能很好相混合，并久不分層。5.從目前掌握的情況看，絕緣油還是要在芳香環上下功夫，要使絕緣油的分子中有兩個苯環(苯環最好不直接相聯)，在苯環的烷基化上做文章

42、，擇優選用。第5章 生產工藝方面的進展5.1 生產工藝現狀電力電容器制造包括四個方面的工藝：機加工工藝，元件卷制工藝，真空浸漬工藝和油處理工藝，其中后三者為電力電容器的專業工藝，機加工工藝只影響產品外觀質量，油處理工藝影響液體介質的性能和質量。近年來，我國電容器制造行業生產設備和制造工藝現代化進程明顯加快。相繼進口全自動高壓電容器元件卷制機13臺，全自動真空浸漬系統6套，其數量之大使國外的專業設備制造商應接不暇。設備國產化也在加速進行中。配套的專用設備，如新型的芯子壓裝、熔絲繞制、芯子包繞和自動裝箱設備已在國內研制成功并應用于生產。電容器箱殼制造用自動彎殼成形機、自動焊接設備和機器人噴漆設備也

43、都投人應用。具有國際先進水平的電容器生產成套設備，先進的生產工藝和潔凈的作業環境有利地保證了產品技術經濟指標和運行可靠性的提高。5.2 元件卷制工藝方面的進展元件卷制是在凈化間內利用卷制機將固體介質材料（聚丙烯薄膜）和電極材料（鋁箔）卷制成為元件的過程。在元件卷制工藝中，潔凈度是影響產品質量的最主要因素，尤其對全膜電容器而言，由于薄膜具有靜電吸附的作用，很容易吸附環境中的塵埃。如果吸附的是導電性顆粒，會使極間電場畸變或產生浮動電位從而使介質擊穿；如果吸附的是非導電性顆粒，顆粒在電場作用下會首先擊穿從而使介質也擊穿。元件卷制工藝是電力電容器生產過程中非常重要的一道工序，卷制工藝的成敗，直接影響電

44、容器產品的質量13。5.2.1 新型電容器芯子制造的流水作業線芯子制造的流水作業線由元件卷繞機、元件耐壓機、芯子臥式壓床、芯子錫焊翻轉工作臺、芯子自動包繞機和器身自動裝箱機等部分組成。各工序由滾珠平臺輔以傳送(帶)裝置來完成芯子及相關零部件的傳遞和運送，其動力源由電機和壓縮空氣提供。5.2.1.1 全自動元件卷繞機在這方面美國HILTON公司的全自動元件卷繞機功能目前在國際上仍處于領先水平。其主要功能如下：1.除人工上料外，可預先在屏幕上設置相關參數，其功能有自動和手動調節兩種轉換裝置；2.元件按極板長度控制卷繞，數字化顯示，即屏幕上可顯示元件繞卷參數及故障等功能；3.雙心軸輪換繞卷；4.材料

45、卷繞張力自動連續調控；5.具有元件極板邊緣折邊和首尾極板兩端自動折邊功能；6.元件耐壓機與元件卷繞機匹配使用，即元件卷繞后自動送入耐壓機進行耐壓測試，合格的元件能自動堆疊，不合格元件自動剔除。在元件耐壓的同時，屏幕上自動顯示元件電容，便于電容器的電容量控制。5.2.1.2 用于芯子壓裝的臥式壓床用于芯子壓裝的臥式壓床，以替代傳統的立式壓床，它能完成水平面至豎直方向，即0º-80º之間的翻轉。當它處于與水平成80º角的豎直方向時，可用于元件(預先將由元件卷繞機經傳送帶傳送過來的元件放置好內熔絲，襯墊等)、紙板及芯子內包封等的疊裝，然后將臥式壓床翻轉至水平位置，用手提

46、打包機打包。5.2.1.3 用于芯子錫焊的翻轉工作臺隨著電容器容量的不斷增大，傳統的做法是將容量較大的芯子設計成兩個較小的芯子，以便于各工序的操作和搬運，在器身打包前將其合并成一個大芯子，這樣既費材料又費工時。現在研制成功具有6個工位的芯子翻轉工作臺，適用于帶內熔絲芯子三個面的錫焊，不管芯子多大，都可借助翻轉工作臺使芯子的三個面分別呈水平狀態，便于錫焊作業，避免了芯子人工搬運造成對芯子的損傷。芯子錫焊完成后，由傳送裝置傳送到芯子自動包繞機前的滾珠平臺上，以完成電容復測，必要時對芯子施加直流耐壓測試。5.2.1.4 芯子外包封自動包繞裝置傳統的芯子打包系將裁切好的電纜紙按一定數量和技術要求折疊后

47、，將芯子包封后在打包機上用聚丙烯帶打包。這種打包不僅浪費部分電纜紙，其表面打包后不平整，棱角不規范，給裝箱帶來一定難度。自動包繞裝置由芯子翻轉架，芯子轉動夾具，電纜紙傳送、分切裝置，PLC程序控制和人機對話屏等部分組成。操作前，在人機對話屏上預先設定轉速、圈數和張緊系數等參數。工作程序啟動后，芯子由翻轉架使其立放于芯子轉動夾具上，并上下夾緊，隨后將電纜紙起始端用膠紙粘貼在芯子大面上，使電纜紙隨芯子轉動而包繞在芯子上，直至包繞的電纜紙層數符合技術要求為止。包繞好的器身由翻轉架平放后轉入另一翻轉臺，使器身處于45º左右，便于器身兩端包封紙折疊，并由滾珠平臺轉入裝箱工序。5.2.1.5 器

48、身自動裝置將器身水平置于裝箱(外殼)平臺上，啟動翻轉支架，使外殼也處于水平狀態。啟動氣缸開關，使器身在一預先設定的恒力下平穩地推人外殼內，遂翻轉90º后，正立于托板上，完成裝箱作業。5.2.2 卷繞設備中張力控制工藝的進展電容器材料卷繞設備中，放卷、收卷和卷繞的張力控制是必不可少的控制環節，直接影響著電容器產品的質量。料卷直徑的變化是引起張力變化的主要因素，張力控制的目的是為了保持張力恒定或按預定的規律變化。張力控制包括手動式張力控制，卷徑檢測式張力控制，全自動張力控制，浮輥式張力控制，張力錐度控制等方式4。電容器材料分切設備通常由放卷、材料分切加工和收卷3部分組成。如圖5-1所示：

49、圖5-1 分切設備張力控制示意圖速度分切加工部分：主電機驅動牽引輥將材料由左向右傳送，電機的速度決定了材料傳送的線速度。在此部分完成材料的分切加工。放卷部分：放卷張力的大小取決于放卷執行機構的制動力矩，為了保持一定的張力，隨著卷徑的減小，必須減小制動轉矩。在上圖中，用稱重式張力傳感器檢測張力，通過全自動控制器和功率放大器控制磁粉制動器的轉矩，使放卷張力保持恒定。收卷部分：收卷張力取決于執行機構的轉矩，隨著卷徑的增大，轉矩也應增加。在上圖中，應用張力錐度控制技術，通過卷徑檢測式張力控制器和伺服驅動器控制伺服電機的轉矩來實現收卷的張力控制。5.2.3 電容器外殼壁自動折彎設備電容器外殼由壁、底、蓋

50、以及吊環等焊接而成。外殼焊接擬實現自動氬弧焊，其壁折彎精度必須滿足一定的技術要求，同時底和蓋亦要使用模具落料、整體拉伸打彎成形，以保證自動焊的精度要求。壁自動折彎設備采用滾珠絲杠保證送料精度；采用氣動夾緊，自動送料，液壓折彎分次成形，由PLC觸摸屏進行編程控制。其動作準確、可靠，噪音不大于65dB10。5.2.4 電容器外殼焊接技術全部采用自動氬弧焊，氬弧焊廣泛適用于普通鋼板和不銹鋼板之焊接，其焊縫具有均勻、光滑，成形好以及密封性好等特點。外殼縱縫改為對接(原為搭接)，采用水平自動氬弧焊接。外殼的底和蓋的焊接采用仿形自動氬弧焊。其夾緊裝置采用機械快速夾緊機構，動力源選用標準萬向臂電動移動裝置。

51、設備符合國家技術安全和環境噪聲要求。5.3 電力電容器真空干燥浸漬工藝方面的進展電力電容器真空干燥浸漬的目的是排除電容器芯子中的水分和氣體，然后用經過凈化處理并試驗合格的浸漬劑灌注浸漬，填充產品內部固體間的所有空隙，以提高產品的電氣性能。真空浸漬工藝要解決兩個關鍵問題，一是如何盡可能地排除水份和氣體；二是如何使液體介質能夠充分滲透產品內的所有空隙。根據真空理論，真空度越高，氣體的排除越徹底。但是，即使把真空度提高到1.33×101 Pa，空隙的氣體分子密度仍高達3.2×1016個m3，如果進一步提高到1.33×104Pa，氣體密度仍達到3.2×1013個

52、m3。再加上真空罐內表面和產品表面的吸附氣體，想通過抽真空的辦法徹底排除氣體和水份是不可能的，也是不經濟的，實際生產中，真空度最高只到1.33×101Pa。通過兩種途徑解決這個問題，一是利用液體介質的溶氣能力將殘存的氣體溶解；二是在注入液體介質的同時，繼續抽真空。隨著全膜電容器的電場強度的提高，必須采用邊注油邊抽真空的方法。由于真空干燥浸漬的工藝過程的重要性，隨著產品質量意識的強化，近十多年來，國內電力電容器行業的各生產廠家對此進行了大量有益的探索，現在已由過去傳統的“群抽浸泡式”向“單抽單注式”和“雙抽單注式”發展。“單抽單注式”是將多臺電容器置于大型烘房內，真空抽氣系統對每臺電容

53、器單獨進行真空抽氣，真空干燥結束后，再在烘房內對每臺電容器單獨進行真空浸漬8。“雙抽單注式”是將“單抽單注式”的大型烘房改為真空加熱罐，真空抽氣系統不僅對每臺電容器單獨進行抽真空，而且對真空加熱罐也進行抽真空，干燥結束后，再在真空加熱罐內對每臺電容器單獨進行真空浸漬。5.3.1 一體式真空干燥及真空壓力浸漬工藝根據試驗，對傳統的電力電容器的生產工藝進行改進，將真空預干燥、真空干燥、真空浸漬、加壓浸漬等數道工藝合并，在同一臺真空罐內進行一體式的加熱、真空干燥和真空壓力浸漬，并采用PLC工業控制器對溫度、真空度、壓力、時間等參數進行全自動控制。將檢驗合格的芯體元件裝入電容器殼體，并將接線接好，殼體

54、密封焊好，每臺電容器預留一個薄壁銅管接口；將多臺電容器整齊排放在工藝平車上，工藝平車上有電容器油浸漬槽及真空抽氣注油管路系統，將管路系統上的不銹鋼軟管與電容器的薄壁銅管一一對接，將工藝平車推入真空加熱罐并固定連接可靠；然后開始進行真空干燥、真空浸漬和加壓浸漬，全過程約120140h，由PLC自動控制；產品出罐后，在工藝平車上用液壓鉗將每臺電容器的薄壁銅管封口并夾斷，最后再進行產品老煉。經過試驗和一段時間的實際運行表明，一體式真空干燥及真空壓力浸漬工藝與傳統工藝相比，縮短工藝時間約30%，減少了電力電容器生產過程的人為影響因素，提高了產品質量和性能的穩定性。5.3.2 “變壓法”真空干燥浸漬工藝

55、它把低真空、高真空合二為一，在此階段通過向真空罐內充干燥空氣來改變罐內真空度，以便電容器芯子中的水分能充分逸出。通過一定的方法尋找一個結束點來判斷真空干燥是否真正結束而進入灌注階段。 現有的電力電容器真空干燥浸漬工藝要經歷加熱、低真空、高真空、降溫、注油和浸漬這幾個階段。用測量真空度是否達到工藝要求和規定一定的時間來決定每一階段是否結束，是否可以進入下一個階段。它的缺點是進入注油階段前，電容器芯子中的水份是否已充分逸出是沒法真正判斷的。在一定的溫度下，工藝所要求的真空度和時間已達到，但水分子的蒸發和凝結已達到動態平衡，電容器芯子中的水分也許未能完全排出，就進入灌注階段，這將影響電容器電氣性能。

56、另一種情況是工藝時間雖沒有到，但電容器芯子中的水分已充分逸出仍在繼續抽真空，浪費大量的能源。因此，我們要尋找一種新工藝來判斷真空干燥是否真正結束而可以進入灌注階段。以便提高電容器的電氣性能，節省能源。5.3.2.1“變壓法”真空干燥的原理傳統真空干燥原理：傳統的電容器真空干燥是通過給真空罐內的電容器加熱，增加電容器芯子中所含水分子的動能（WKT2/2），使其變成水蒸汽從絕緣材料中蒸發出來，增加了電容器芯子中的水蒸汽的分壓。再對真空罐抽真空，降低電容器周圍空間的壓力，這樣電容器芯子和周圍空間就形成了一個壓力差P，從而使水蒸汽從電容器芯子中擴散、遷移到周圍空間由真空泵抽走，達到排除電容器芯子中水分

57、和氣體的作用，傳統方法要達到最好的干燥效果，一是提高溫度，使電容器芯子中的水分能獲得足夠的動能變成水蒸汽，但溫度過高，絕緣材料會出現老化現象，損壞其絕緣性能。二是提高真空度，以增加P抽除電容器芯子中的水分和氣體；真空度較高，水蒸汽的飽和蒸汽壓降低，水分子容易變成蒸汽逸出。但真空度也不能無限的提高，它受真空泵的極限真空度的限制，再者，真空度過高，氣體分子的熱傳導降低，絕緣材料中的水分子不能獲得足夠的能量而蒸發，反而會影響電容器芯子中的水分蒸發的速度。最后在一定的溫度和真空度下，水分的蒸發和凝聚達到一個動態平衡，電容器芯子中的水分子不能徹底排出，影響電容器的電氣性能。“變壓法”真空干燥的原理：在傳統的電容器真空干燥原理的基礎上揚長避短。在真空干燥控制的溫度范圍內，當抽到一定的真空度時，絕緣材料中的水分的蒸發和凝結達到動態平衡時，由于真空罐內氣體分子的熱傳導降低，絕緣材料的毛細孔中的水分不能獲得足夠的能量變成水蒸汽。這時通過一個放氣閥向罐內放入一定量的干燥空氣，以提高真空罐內氣體分子的熱傳導，