毕业论文-电力电容器制造技术进展

1、哈尔滨理工大学学士学位论文电力电容器制造技术进展摘要电力电容器分为串联电容器和并联电容器，串联电容器可以提高线路末端电压、降低受端电压波动、提高线路输电能力、改善系统潮流分布、提高系统稳定性等作用。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。它们都可以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。本文介绍了我国电力电容

2、器产品制造技术的发展现状。分别对电力电容器的设计方法，绝缘材料，生产工艺，试验方法，应用等方面的技术进展做出了综合的分析，在与国外电力电容器产品先进水平对比的基础上，讨论了我国电力电容器产品的差距和某些对策，并对我国电力电容器技术发展趋势提出了一些看法。关键词电力电容器；制造技术；技术发展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 systems bus, which is parallel on the system

4、 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 redu

5、ces 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. Thi

6、s 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, and mak

7、es a few comments to the development trends of china power capacitor technology.Keywords：power capacitor；manufacturing technologies；technical development不要删除行尾的分节符，此行不会被打印- II -目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 我国电力电容器的发展历程11.2.1 电容器行业的发展和生产规模的增长21.2.2 企业改革和改制促使行业不断发展壮大21.2.3 技术改造和新厂建设31.3 近3O年来我国电

8、力电容器制造行业的发展3第2章 各类电容器的技术发展现状52.1 壳式高压并联及滤波电容器52.2 集合式及箱式电容器技术现状52.3 高压自愈式电容器52.4 低压自愈式电容器62.5 电容式电压互感器6第3章 电容器产品设计的进展73.1 电容器设计思路73.1.1 采用金属化全膜结构73.1.2 采用金属极板内熔丝保护73.1.3 采用特殊设计的边缘加厚及波浪边技术83.1.4 使用精炼菜籽油作为浸渍介质93.2 小单元设计制造技术的进步9第4章 绝缘材料方面的进展114.1 介质材料114.1.1 聚丙烯薄膜114.1.2 液体介质124.2 绝缘油发展问题12第5章 生产工艺方面的进

9、展145.1 生产工艺现状145.2 元件卷制工艺方面的进展145.2.1 新型电容器芯子制造的流水作业线145.2.2 卷绕设备中张力控制工艺的进展165.2.3 电容器外壳壁自动折弯设备175.2.4 电容器外壳焊接技术175.3 电力电容器真空干燥浸渍工艺方面的进展175.3.1 一体式真空干燥及真空压力浸渍工艺185.3.2 “变压法”真空干燥浸渍工艺18第6章 试验方法方面的进展216.1 产品出厂试验216.1.1 极间耐受电压前电容测量216.1.2 极间耐受试验216.1.3 局部放电试验226.1.4 放电电阻值测量226.1.5 极对壳耐受电压试验236.1.6 损耗角正切

10、的测量236.2 电容器的寿命试验236.3 电容器的涌流试验236.4 电容器的温升试验23第7章 应用方面的进展方面257.1 电容器的主要用途257.2 电力电容器的补偿原理257.3 电力电容器补偿的特点257.4 电力电容器无功补偿的方式267.5 无熔丝电容器的应用267.6 集合式电容器的应用277.7 影响和制约我国电力电容器制造技术的主要问题277.8 达到达到或接近国际先进水平的对策277.8.1 从从产品设计上来分析287.8.2 从制造工艺过程来分析287.8.3 提高国产原材料薄膜的质量287.8.4 高度重视电容器产品运行故障的统计和分析297.9 电力电容器技术的

11、发展趋势29结论30致谢31参考文献32附录34千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行- IV -第1章 绪论1.1 课题背景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、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

12、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大国。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。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，关键设备

13、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。本文分别对电力电容器的设计方法、绝缘材料、生产工艺、试验方法、应用等方面的技术进展做出综合的分析。对影响和制约我国电力电容器制造技术的主要问题做出初步的分析，提出解决问题的方法。1.2 我国电力电容器的发展历程我国电力电容器制造业发展是从20世纪50年代开始的，发展至今已经有50多年的历史。总体说来，我国电力电容器发展历史可分为3个阶段。第1阶段，20世纪70年代以前，基本上以电容器纸为固体介质，以矿物油或PC

14、B为液体介质。第2阶段，20世纪70-80年代初，聚丙烯膜与电容器纸复合介质电容器取代了全纸电容器，它以十二烷基苯、硅油、二芳基乙烷、异丙基联苯等为液体介质。这些新介质的采用，使膜纸复合介质电容器的损耗仅为全纸电容器的1/3约为0.81.5W/kvar。产品发热问题得到改善，单台容量提高近20倍。同时，由于新液体介质具有良好的吸气性能，使电容器运行及发生故障时外壳膨胀爆破的可能性大为减少，大大提高了电网安全运行的可靠性。第3阶段，20世纪从80年代初开始，全膜电容器逐渐代替膜纸复合介质产品。它以聚丙烯膜为固体介质，以二芳基乙烷、苄基甲苯或SAS-70为液体介质，电容器的单台容量达到334-10

15、00kvar，电容器损耗降低到0.1-0.2W/kvar，可靠性得到了很大的提高。我国电力电容器当前生产的主要品种有高、低压并联电容器及成套装置、滤波电容器及成套装置、电热电容器、耦合电容器及电容式电压互感器、试验室用电容器及成套装置等。其中高、低压并联电容器及成套装置包括自愈式电容器、高压并联电容器、集合式电容器及成套装置。1.2.1 电容器行业的发展和生产规模的增长随着整个国民经济尤其是电力工业的迅速发展，我国电力电容器制造业发生了巨大的变化。20世纪50年代，在原苏联技术的基础上实施国产化，生产单台容量50kvar以下的油浸电容器，电容器的综合年产量仅为700万kvar。在改革开放的初期

16、刚刚形成的弱小的电力电容器行业总共不超过十几个工厂，经过30年的发展，一跃成为世界上的电容器生产大国，全行业有100多家生产企业，采用世界上最先进的电容器生产技术和设备，产出了具有世界先进水平的电力电容器产品，年综合产量高达1.8亿kvar，产量是改革开放初期的25倍以上。当前，我国电力电容器制造业正处于发展的大好时期，电力电容器在国民经济的各个领域获得了广泛的应用，国内市场占有率达95%以上，还有少量出口到亚洲和非洲市场。值得关注的是，全球金融危机渐渐过去，这给我过电力电容器制造行业的市场也带来新的前景。1.2.2 企业改革和改制促使行业不断发展壮大改革开放初期，我国电力电容器行业是是清一色

17、的公有制企业，实行的是典型的计划经济体制，有21个机械行业定点企业进行生产。20世纪80年代后期走向了市场经济，企业成为市场的主题，市场竞争有力地促使了产品技术进步和企业的发展，新的生产企业如“雨后春笋”般出生，原有老企业开始了大规模的技术引进和技术改造工程。20世纪90年代末期，国际上的跨国公司看到了中国电力电容器市场的发展机遇，争先在我国建立合资企业，至今已有ABB、日本日新、西门子等在中国建立了生产电力电容器和电容式电压互感器的合资企业。国外知名企业进入中国市场，一方面加剧了国内市场的竞争，同时也带来了先进的制造技术和管理理念，推动了我国电力电容器产品的技术进步。在这期间，过内原有的国有

18、企业也进行了大规模的改制，普遍实行了按企业法运作的公司制，而且绝大部分国有企业改制为民营企业，电力电容器制造企业的改制，极大的增添了企业的活力，促进了企业的发展。1.2.3 技术改造和新厂建设2001年以来，我国电力电容器行业吸取国外先进技术，加快了企业的技术改造，大量进口国外一流的关键生产装备，淘汰原有陈旧落后的设备。几年来全行业进口全自动电容器原件卷制机20多台，使美国专业制造卷制机的希尔顿公司生产爆满。近年来还从世界著名制造商德国里希公司进口了全自动电容器油处理及真空干燥浸渍系统，使电容器生产中的两大关键工序所用的装备提高到国际先进水平。更重要的是，进口设备的国产化已经取得突破性的进展，

19、无锡先导公司试制成功的全自动卷制机的性能可以与美国的卷制机媲美；国产全自动真空浸渍设备和其它先进的配套设备也已经制造出来。从此打破了电容器关键制造设备依赖进口的局面。为满足我国电力建设对电力电容器需求量大、性能标准高的要求，近几年各个主要生产企业普遍制订了宏伟的发展规划，花费高额投资在采用世界先进技术装备的基础上扩建新厂或生产线，使我国电力电容器制造业跃居世界一流水平，为使我国从电力电容器的生产大国提升至世界生产强国打下了坚实的基础。1.3 近30年来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3O多家，所谓“定点企业”有18家，电力电容器综合产量为771万kvar。到2

20、008年，生产企业达到100多家(其中年产量100万kvar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31397万kvar，综合产量为改革开放初期的4O.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1。表1-1各类电力电容器产品产量增长情况类 型年 份19801990200020052008壳式高压并联及滤波电容器/万kvar193430865424010802集合式及箱式电容器/万kvar336914191141高压自愈式电容器/万kvar513027低压箔式电容器/万kvar192993低压自愈式电容器/万kvar76369

21、40757542电容式电压互感器/万kvar13378952471377122139电容器全品种综量/万kvar771103961911334631397从表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35kV1000kV电压等级，在110220kV范围，市场占有率为80以上，在3301000kV

22、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芯子生产线，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

23、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。近年来，随着电容器设计、制造水平的提高，高性能绝缘油和双面粗化膜等介质的选用，铝箔折边、压力注油、压力浸渍等工艺的广泛采用，使整个国内电力电容器行业已形成了以全膜电力电容器产品为主导、多种新产品并存的主要格局。目前国外可以生产的产品品种，国内企业基本都可生产，并且有一部分产品已达到国际先进水平，一部分优势企业已开始问鼎国际市场并取得了不俗的战绩。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。第2章 各类电容器的技术发展现状2.1 壳式高压并联

24、及滤波电容器1.主导产品单台容量由334kvar跨越到500kvar以上，并研制出1000kvar的样机。2.主导产品的体积比特性:0.13Lkvar左右，最好的达到0.1Lkvar。3.电容器单元的电容偏差普遍达到-3+5，有的可达到更严格的要求。4.电容器损耗0.02。5.局部放电量可达到：20Pc。6.介质材料：聚丙烯薄膜浸渍苄基甲苯(MDBT)。7.普遍采用新型的隐藏式内熔丝。8.普遍采用不锈钢外壳、滚压式套管。9.电容器的年故障率降低到0.2以下。10.成套装置的电压等级为6110kV，1000kV特高压变电站用110kV并联电容器装置已经投入运行。制造企业普遍实现了工厂组装，整体发

25、运的供货模式5。2.2 集合式及箱式电容器技术现状1.集合式电容器电压为666kV，单台容量100010000kvar；箱式电容器电压为635kV，单台容量已达26000kvar。2.具有结构紧凑、占地省、安装和运行维护简单等优点。对环境污秽、鸟害、虫害的防护性能好，对冰雪、地震、台风等自然灾害的抵御能力强。3.近几年在制造工艺装备水平和产品技术性能上与前述壳式电容器取得了同样的进步，从2005年全行业实施质量改进措施以来，产品质量有了明显提高。2.3 高压自愈式电容器我国在1998年自行开发了干式高压自愈式电容器，投放市场后，逐步发现故障率较高，之后在保护方面作了很多有效的研究和改进工作，恶

26、性故障得到了控制，但还存在着电容损失较大的问题。目前，有的公司正在开发研制新型干式高压自愈式电容器。2.4 低压自愈式电容器介质材料为金属化聚丙烯薄膜，普遍采用自动卷制机进行元件卷制。有的浸渍电容器蜡，有的浸渍菜籽油，比较先进的是真空下经硅油浸渍后再环氧封装。常规单台容量为30kvar，最大到60kvar。目前，国内技术总体上与国外先进技术水平还有一定差距，各制造企业一方面正在努力提高电容器的产品质量，同时也在与补偿装置和配套件制造单位合作，力求完善控制和保护功能，以适应广大用户投切频繁、电网谐波含量高等日益严酷的使用条件，确保产品运行可靠。2.5 电容式电压互感器近年来，开发出了765kV和

27、1000kV电容式电压互感器，并在电网中成功运行。为适应电力市场高精度电能计量的需要，开发出了0.1级高精度产品，已经投入市场。研制出SF6气体绝缘CVT，电压等级覆盖110500kV，投人电网运行达3年以上。由于电力系统广泛采用微机保护和数字化仪表，使CVT的二次负荷大幅度下降。目前，正在改进设计和制造工艺，使产品的绝缘裕度和测量精度进一步提高。第3章 电容器产品设计的进展3.1 电容器设计思路目前广泛采用的设计结构是全膜介质(既可以是三层粗化膜介质，也可以是两层双面粗化膜介质)、铝箔突出折边。新结构介质耐电强度高，损耗小，铝箔折边改善边缘场强，改善局部放电性能。铝箔突出焊接引出，不插引线片

28、，排除了引线片对介质造成的机械损伤。同时，就产品内部来说，现在先进的国产大容量电容器已经采用新型内熔丝技术。3.1.1 采用金属化全膜结构针对电容器的特点，电容器的固体介质采用安全型聚丙烯锌铝金属化薄膜，即全膜结构。产品的介质损耗极小，以确保电容器工作时很低的温升。薄膜的介电强度高，电容器的工作场强则大大提高。采用安全防爆型金属化聚丙烯膜，又在普通金属化膜的基础上提高电容器的工作场强1020。电容器的工作场强可达到200VDCm，300VDCm。因此电容器的体积大大缩小，减轻了电容器的重量，容量体积比最大可达到0.48F。为了能够更进一步的减少体积，电容器芯子还采用扁平式卷绕设计，更大程度的减

29、少了电容器芯子占据的空间。同时电容器具有优异的自愈功能，不影响电容器的正常工作。3.1.2 采用金属极板内熔丝保护电容器设计摒弃了原有老式的机械防爆式结构设计，改用新型的安全防爆金属化极板熔丝保护膜，即安全防爆金属化膜。目前其它的国产机车用电力电容器均采用普通型油浸膜箔复合式电容器，元件全部并联，一般用金属熔断丝保护。当一个元件击穿时，熔丝熔断，电容器的电容量将发生变化，若单个元件的电容量为50F，总容量为6000F时，容量变化将达到0.833。此种电容器失效率高、可靠性差，而且没有自愈功能。采用安全防爆型金属化膜以及合理的安全防爆型金属化极板结构设计，金属化极板上局部范围的金属化熔断丝熔断，

30、发生自愈击穿的局部面积与其周围的金属化极板断开，电容量变化极小。薄膜的一个局部范围内发生自愈击穿，电容量的损失率一般不会超过50PPM。电容器完成自愈后，照常工作，提高了运行可靠性，大大提高了电容器的寿命。安全防爆型金属化膜金属化极板结构设计如图3-1所示。图3-1 安全防爆型金属化膜金属化极板结构设计示意图3.1.3 采用特殊设计的边缘加厚及波浪边技术电容器的抗涌流能力大小直接和电容器芯子和芯组端面金属接触牢度有关。端面接触面积大，接触电阻小，通过电流及涌流的能力就很强。所以电容器根据特定要求，采用了特殊设计边缘加厚、波浪边金属化膜。如图3-2、图3-32。图3-2 波浪分切金属化膜电容器心

31、子展开图图3-3 波浪边膜增大喷金接触面积示意图波浪边金属化膜有两种结构形式：边缘加厚区或留边区波浪边。两者取其一，与直边分切的薄膜配套进行卷绕。适当控制好错边量，可以显著减小由于卷绕错边引起的金属化膜的边缘收缩效应。喷金层和金属化膜镀层接触面积增大，大大提高电容器芯子端面的喷金附着力，降低了其接触电阻，从而大大提高了电容器的通流及抗浪涌电流的能力。3.1.4 使用精炼菜籽油作为浸渍介质精炼菜籽油作为电容器浸渍介质已经有很长时间了，但目前国内都基本上未采用菜籽油作为电容器浸渍介质，而国外电容器仍广泛采用精炼菜籽油作为浸渍介质。电容器采用菜籽油有着显著的优点：薄膜击穿强度可以提高25以上。通过浸

32、渍，油渗透进薄膜内部，填充了薄膜内部的空隙，提高了薄膜的击穿强度。菜籽油粘度很低，流动性好，对薄膜的溶胀率不超过22.5，所以不会对金属化镀层造成影响。另外，菜籽油还具有良好的吸气性，能很好地吸收由于放电产生的气泡，电容器在较差的局部放电条件仍能正常工作。菜籽油取材方便，价格低廉，绿色环保，不会对环境造成污染。3.2 小单元设计制造技术的进步小单元是集合式电容器的核心部分，小单元的质量直接决定集合式产品的使用寿命。近几年电力电容器技术发展迅速，介质、结构不断发生变化。90年代生产的全膜电容器，普遍采用双面粗化的优质聚丙烯薄膜，铝箔采用折边，引线片(作为电极)引出结构，这种产品主要集中在1994

33、1999年，后来从返修产品解剖中发现，引线片结构存在很大缺陷，引线片本身的质量直接影响元件的质量，如引线片边缘存在尖角、毛刺(肉眼很难发现)，则边缘电场集中，是元件击穿的主要原因，另外引线片结构接触电阻大、损耗大。所以从2001年开始，国内电容器厂家借鉴国外技术，采用铝箔极板一边折边，一边突出结构，不仅改善了电极边缘的电场分布，降低损耗(现在电容器损耗可以做到小于0.2Wkvar)，降低了电容器发热功率，直接提高了电容器的质量3。小单元开始设计阶段普遍采用全并结构，每个元件串联一个内熔丝作保护。内熔丝开始使用阶段缺乏研究经验，采用的纯铜熔丝在实际使用中不是很理想，经常在返修产品中发现熔丝群爆现

34、象，所以近年来经过大量试验研究，终于取得了突破，从2003年以后采用了新型熔丝，熔丝的安秒特性很好，改进了熔丝在元件上的布置和绝缘结构，这种新型熔丝结构从根本上解决了熔丝群爆的问题。但现有的熔丝结构还有缺陷，熔丝在熔断后，就会对绝缘油污染，影响电容器的质量。如果内熔丝在一个封闭的结构中就不会影响绝缘油了，所以内熔丝结构还有待进一步研究。在浸渍剂方面，国内电容器生产企业从2001年末开始使用了苯基乙苯基乙烷(PEPE)和苄基甲苯(MDBT)取代了苯基二甲苯基乙烷(PXE)，因前两者在低温下粘度低、吸气性好、电气性能优于PXE，提高了电容器的电气性能和质量。第4章 绝缘材料方面的进展4.1 介质材

35、料全膜电容器的固体介质材料是聚丙烯薄膜，液体介质材料是芳香烃类的混合油，目前大多数企业使用苄基甲苯、苯基乙苯基乙烷，也有少数企业用二芳基乙烷。4.1.1 聚丙烯薄膜聚丙烯薄膜最早由GE公司在20世纪70年代初应用在电容器上，而且GE公司首创了电力电容器用聚丙烯薄膜生产技术（管膜法）。此后，西欧出现了平膜法生产技术。目前，我国引进了10多条管膜法和平膜法生产线，可以生产粗化膜（单面粗化和双面粗化）和光膜（主要用于自愈式电容器），薄膜厚度最小可达4m，全膜电容器所用的膜厚通常在10m以上。经过20多年的发展，国产的聚丙烯薄膜性能与先进国家的已经处于同一水平上，无论是电性能、机械性能还是工艺性能都基

36、本接近，有的性能甚至超过先进国家的水平。以国内电容器生产企业常用的15m厚的粗化膜为例，国产膜与进口膜性能比较列于表19。表：15m国产膜与进口膜性能比较性能国 产进 口（元件法，DC，/m）365342tan2.7x10-42.4x10-4电弱点（个/）0.040.01()2.2x10161.0x1016随着全膜电容器技术水平的提高，厚度薄的聚丙烯薄膜的应用越来越大，例如12m及以下的薄膜将占主导地位。厚度减少后，薄膜制造厂的质量控制难度将会增大，当然薄膜的性能稳定性也会受影响。从国家标准GBT128021996电容器用聚丙烯薄膜的规定中可见，12m膜的（元件法）直流介电强度中值比15m的低

37、20MVm（6），10m膜的的比15m膜的低30MVm（10）。更主要的是薄膜越薄，电弱点越多，接GBT128021996的规定，12m以上的薄膜电弱点0.5个m2，而10m的06个m2。如果按2m2kvar计算，则一台200kvar电容器可能会有多达200个的电弱点，即200个绝缘缺陷。对于高场强电容器，由于运行的场强提高了，选用更薄的薄膜，电容器的损坏几率也会提高。因此，聚丙烯薄膜的性能必须得到提高以后才能应用到更高电场强度（60MVm以上）的全膜电容器。实际上，某些厂家薄膜的性能指标，比如介电强度和电弱点远高于国标要求值，只是在质量稳定性上需加强控制，即可满足高场强电容器的要求。从试验的

38、统计得出，降低粗糙度可有效提高薄膜的电气强度，减少电弱点。随着电容器生产工艺的提高和液体介质的发展，浸渍问题已经得到解决。因此，为了提高薄膜的介电强度和减少电弱点，应该使用单面粗化膜或粗糙度更小的薄膜生产高场强全膜电容器。即薄膜制造企业今后应重点控制介电强度和电弱点这两个指标。4.1.2 液体介质液体介质应渗透到电容器固体介质内的所有空隙，消除产品内的残存气体，提高产品局放性能。因此，对液体介质的基本要求有三个方面：介电强度高，一般要求达到60kV2.5mm以上；吸气性好，能够溶解和吸收更多气体；粘度低，能够充分浸渍和渗透聚丙烯薄膜。目前普遍使用的苄基甲苯、苯基乙苯基乙烷和二芳基乙烷都能满足以

39、上要求，只是二芳基乙烷的粘度较高，低温性能稍差。如果用于生产高场强电容器时，液体介质中还必须加入添加剂，以提高液体介质的抗老化性能。西容所从83年起就对苄基甲苯进行了研究。先是对四川晨光化工厂的产品进行精制处理，性能测试。后对湖南大学合成的苄基甲苯进行较深入研究，制造了模型电容器，经过了1000多小时的加速寿命试验，86年通过了小试阶段应用鉴定。88年起又同湖南大学、武汉有机合成材料研究所协作，进行苄基甲苯的中试工作现中试油已成功，正在进行电容器应用方面的研究工作。这种油的优点是吸气性好，比色散仅次于IPB，为200左右，粘度小，(双苄基甲苯略大，与单苄基甲苯掺和比IPB、PXE都小得多)，有

40、利于浸渍全膜电容器。凝固点低(60以下)低温局部放电优于其它介质。耐压高，可这70千伏/2.5mm，是理化电气性能优良的绝缘油。但遗憾的是它的气味问题。现在法国为解决人们厌恶的气味问题，研究了气味掩蔽剂，但涉及专利，没有公布。4.2 绝缘油发展问题电容器行业要求绝缘油性能好、毒性小、价格便宜、易精制处理。因此，在研究新绝缘油时必须综合考虑这些问题。1.为了提高油的吸气性和电场作用下的稳定性，绝缘油的分子中应含有两个芳香环。只有一个芳香环的绝缘油吸气性不够好，含有更多芳香环会使油的粘度增大，凝固点增高，保证不了油的其它性能。2.酯类绝缘油闪点高、介电系数大。但一般不易精制处理，绝缘强度不高，吸气

41、性能也不太好，不宜做高压并联电容器用油，且一般价格较贵。3.绝缘油分子中含氯能提高油的稳定性，提高油的闪点，有助于阻燃，但会对毒性、生态环境带来麻烦。因此要权衡利弊。硝基化台物在光、电、热的情况下不稳定，也不能用外部条件来彻底解决内在问题。因此，硝化绝缘油也没有研究的必要。4.两种或两种以上绝缘油进行掺和是改善和提高绝缘油性能的途径之一。一种绝缘油很难满足各方面的性能要求。两种或以上绝缘油掺和可达取长补短互为补充完善的目的。但掺和应能很好相混合，并久不分层。5.从目前掌握的情况看，绝缘油还是要在芳香环上下功夫，要使绝缘油的分子中有两个苯环(苯环最好不直接相联)，在苯环的烷基化上做文章，择优选用

42、。第5章 生产工艺方面的进展5.1 生产工艺现状电力电容器制造包括四个方面的工艺：机加工工艺，元件卷制工艺，真空浸渍工艺和油处理工艺，其中后三者为电力电容器的专业工艺，机加工工艺只影响产品外观质量，油处理工艺影响液体介质的性能和质量。近年来，我国电容器制造行业生产设备和制造工艺现代化进程明显加快。相继进口全自动高压电容器元件卷制机13台，全自动真空浸渍系统6套，其数量之大使国外的专业设备制造商应接不暇。设备国产化也在加速进行中。配套的专用设备，如新型的芯子压装、熔丝绕制、芯子包绕和自动装箱设备已在国内研制成功并应用于生产。电容器箱壳制造用自动弯壳成形机、自动焊接设备和机器人喷漆设备也都投人应用

43、。具有国际先进水平的电容器生产成套设备，先进的生产工艺和洁净的作业环境有利地保证了产品技术经济指标和运行可靠性的提高。5.2 元件卷制工艺方面的进展元件卷制是在净化间内利用卷制机将固体介质材料（聚丙烯薄膜）和电极材料（铝箔）卷制成为元件的过程。在元件卷制工艺中，洁净度是影响产品质量的最主要因素，尤其对全膜电容器而言，由于薄膜具有静电吸附的作用，很容易吸附环境中的尘埃。如果吸附的是导电性颗粒，会使极间电场畸变或产生浮动电位从而使介质击穿；如果吸附的是非导电性颗粒，颗粒在电场作用下会首先击穿从而使介质也击穿。元件卷制工艺是电力电容器生产过程中非常重要的一道工序，卷制工艺的成败，直接影响电容器产品的

44、质量13。5.2.1 新型电容器芯子制造的流水作业线芯子制造的流水作业线由元件卷绕机、元件耐压机、芯子卧式压床、芯子锡焊翻转工作台、芯子自动包绕机和器身自动装箱机等部分组成。各工序由滚珠平台辅以传送(带)装置来完成芯子及相关零部件的传递和运送，其动力源由电机和压缩空气提供。5.2.1.1 全自动元件卷绕机在这方面美国HILTON公司的全自动元件卷绕机功能目前在国际上仍处于领先水平。其主要功能如下：1.除人工上料外，可预先在屏幕上设置相关参数，其功能有自动和手动调节两种转换装置；2.元件按极板长度控制卷绕，数字化显示，即屏幕上可显示元件绕卷参数及故障等功能；3.双心轴轮换绕卷；4.材料卷绕张力自

45、动连续调控；5.具有元件极板边缘折边和首尾极板两端自动折边功能；6.元件耐压机与元件卷绕机匹配使用，即元件卷绕后自动送入耐压机进行耐压测试，合格的元件能自动堆叠，不合格元件自动剔除。在元件耐压的同时，屏幕上自动显示元件电容，便于电容器的电容量控制。5.2.1.2 用于芯子压装的卧式压床用于芯子压装的卧式压床，以替代传统的立式压床，它能完成水平面至竖直方向，即0-80之间的翻转。当它处于与水平成80角的竖直方向时，可用于元件(预先将由元件卷绕机经传送带传送过来的元件放置好内熔丝，衬垫等)、纸板及芯子内包封等的叠装，然后将卧式压床翻转至水平位置，用手提打包机打包。5.2.1.3 用于芯子锡焊的翻转

46、工作台随着电容器容量的不断增大，传统的做法是将容量较大的芯子设计成两个较小的芯子，以便于各工序的操作和搬运，在器身打包前将其合并成一个大芯子，这样既费材料又费工时。现在研制成功具有6个工位的芯子翻转工作台，适用于带内熔丝芯子三个面的锡焊，不管芯子多大，都可借助翻转工作台使芯子的三个面分别呈水平状态，便于锡焊作业，避免了芯子人工搬运造成对芯子的损伤。芯子锡焊完成后，由传送装置传送到芯子自动包绕机前的滚珠平台上，以完成电容复测，必要时对芯子施加直流耐压测试。5.2.1.4 芯子外包封自动包绕装置传统的芯子打包系将裁切好的电缆纸按一定数量和技术要求折叠后，将芯子包封后在打包机上用聚丙烯带打包。这种打

47、包不仅浪费部分电缆纸，其表面打包后不平整，棱角不规范，给装箱带来一定难度。自动包绕装置由芯子翻转架，芯子转动夹具，电缆纸传送、分切装置，PLC程序控制和人机对话屏等部分组成。操作前，在人机对话屏上预先设定转速、圈数和张紧系数等参数。工作程序启动后，芯子由翻转架使其立放于芯子转动夹具上，并上下夹紧，随后将电缆纸起始端用胶纸粘贴在芯子大面上，使电缆纸随芯子转动而包绕在芯子上，直至包绕的电缆纸层数符合技术要求为止。包绕好的器身由翻转架平放后转入另一翻转台，使器身处于45左右，便于器身两端包封纸折叠，并由滚珠平台转入装箱工序。5.2.1.5 器身自动装置将器身水平置于装箱(外壳)平台上，启动翻转支架，

48、使外壳也处于水平状态。启动气缸开关，使器身在一预先设定的恒力下平稳地推人外壳内，遂翻转90后，正立于托板上，完成装箱作业。5.2.2 卷绕设备中张力控制工艺的进展电容器材料卷绕设备中，放卷、收卷和卷绕的张力控制是必不可少的控制环节，直接影响着电容器产品的质量。料卷直径的变化是引起张力变化的主要因素，张力控制的目的是为了保持张力恒定或按预定的规律变化。张力控制包括手动式张力控制，卷径检测式张力控制，全自动张力控制，浮辊式张力控制，张力锥度控制等方式4。电容器材料分切设备通常由放卷、材料分切加工和收卷3部分组成。如图5-1所示：图5-1 分切设备张力控制示意图速度分切加工部分：主电机驱动牵引辊将材

49、料由左向右传送，电机的速度决定了材料传送的线速度。在此部分完成材料的分切加工。放卷部分：放卷张力的大小取决于放卷执行机构的制动力矩，为了保持一定的张力，随着卷径的减小，必须减小制动转矩。在上图中，用称重式张力传感器检测张力，通过全自动控制器和功率放大器控制磁粉制动器的转矩，使放卷张力保持恒定。收卷部分：收卷张力取决于执行机构的转矩，随着卷径的增大，转矩也应增加。在上图中，应用张力锥度控制技术，通过卷径检测式张力控制器和伺服驱动器控制伺服电机的转矩来实现收卷的张力控制。5.2.3 电容器外壳壁自动折弯设备电容器外壳由壁、底、盖以及吊环等焊接而成。外壳焊接拟实现自动氩弧焊，其壁折弯精度必须满足一定

50、的技术要求，同时底和盖亦要使用模具落料、整体拉伸打弯成形，以保证自动焊的精度要求。壁自动折弯设备采用滚珠丝杠保证送料精度；采用气动夹紧，自动送料，液压折弯分次成形，由PLC触摸屏进行编程控制。其动作准确、可靠，噪音不大于65dB10。5.2.4 电容器外壳焊接技术全部采用自动氩弧焊，氩弧焊广泛适用于普通钢板和不锈钢板之焊接，其焊缝具有均匀、光滑，成形好以及密封性好等特点。外壳纵缝改为对接(原为搭接)，采用水平自动氩弧焊接。外壳的底和盖的焊接采用仿形自动氩弧焊。其夹紧装置采用机械快速夹紧机构，动力源选用标准万向臂电动移动装置。设备符合国家技术安全和环境噪声要求。5.3 电力电容器真空干燥浸渍工艺

51、方面的进展电力电容器真空干燥浸渍的目的是排除电容器芯子中的水分和气体，然后用经过净化处理并试验合格的浸渍剂灌注浸渍，填充产品内部固体间的所有空隙，以提高产品的电气性能。真空浸渍工艺要解决两个关键问题，一是如何尽可能地排除水份和气体；二是如何使液体介质能够充分渗透产品内的所有空隙。根据真空理论，真空度越高，气体的排除越彻底。但是，即使把真空度提高到1.33101 Pa，空隙的气体分子密度仍高达3.21016个m3，如果进一步提高到1.33104Pa，气体密度仍达到3.21013个m3。再加上真空罐内表面和产品表面的吸附气体，想通过抽真空的办法彻底排除气体和水份是不可能的，也是不经济的，实际生产中

52、，真空度最高只到1.33101Pa。通过两种途径解决这个问题，一是利用液体介质的溶气能力将残存的气体溶解；二是在注入液体介质的同时，继续抽真空。随着全膜电容器的电场强度的提高，必须采用边注油边抽真空的方法。由于真空干燥浸渍的工艺过程的重要性，随着产品质量意识的强化，近十多年来，国内电力电容器行业的各生产厂家对此进行了大量有益的探索，现在已由过去传统的“群抽浸泡式”向“单抽单注式”和“双抽单注式”发展。“单抽单注式”是将多台电容器置于大型烘房内，真空抽气系统对每台电容器单独进行真空抽气，真空干燥结束后，再在烘房内对每台电容器单独进行真空浸渍8。“双抽单注式”是将“单抽单注式”的大型烘房改为真空加

53、热罐，真空抽气系统不仅对每台电容器单独进行抽真空，而且对真空加热罐也进行抽真空，干燥结束后，再在真空加热罐内对每台电容器单独进行真空浸渍。5.3.1 一体式真空干燥及真空压力浸渍工艺根据试验，对传统的电力电容器的生产工艺进行改进，将真空预干燥、真空干燥、真空浸渍、加压浸渍等数道工艺合并，在同一台真空罐内进行一体式的加热、真空干燥和真空压力浸渍，并采用PLC工业控制器对温度、真空度、压力、时间等参数进行全自动控制。将检验合格的芯体元件装入电容器壳体，并将接线接好，壳体密封焊好，每台电容器预留一个薄壁铜管接口；将多台电容器整齐排放在工艺平车上，工艺平车上有电容器油浸渍槽及真空抽气注油管路系统，将管

54、路系统上的不锈钢软管与电容器的薄壁铜管一一对接，将工艺平车推入真空加热罐并固定连接可靠；然后开始进行真空干燥、真空浸渍和加压浸渍，全过程约120140h，由PLC自动控制；产品出罐后，在工艺平车上用液压钳将每台电容器的薄壁铜管封口并夹断，最后再进行产品老炼。经过试验和一段时间的实际运行表明，一体式真空干燥及真空压力浸渍工艺与传统工艺相比，缩短工艺时间约30%，减少了电力电容器生产过程的人为影响因素，提高了产品质量和性能的稳定性。5.3.2 “变压法”真空干燥浸渍工艺它把低真空、高真空合二为一，在此阶段通过向真空罐内充干燥空气来改变罐内真空度，以便电容器芯子中的水分能充分逸出。通过一定的方法寻找

55、一个结束点来判断真空干燥是否真正结束而进入灌注阶段。 现有的电力电容器真空干燥浸渍工艺要经历加热、低真空、高真空、降温、注油和浸渍这几个阶段。用测量真空度是否达到工艺要求和规定一定的时间来决定每一阶段是否结束，是否可以进入下一个阶段。它的缺点是进入注油阶段前，电容器芯子中的水份是否已充分逸出是没法真正判断的。在一定的温度下，工艺所要求的真空度和时间已达到，但水分子的蒸发和凝结已达到动态平衡，电容器芯子中的水分也许未能完全排出，就进入灌注阶段，这将影响电容器电气性能。另一种情况是工艺时间虽没有到，但电容器芯子中的水分已充分逸出仍在继续抽真空，浪费大量的能源。因此，我们要寻找一种新工艺来判断真空干

56、燥是否真正结束而可以进入灌注阶段。以便提高电容器的电气性能，节省能源。5.3.2.1“变压法”真空干燥的原理传统真空干燥原理：传统的电容器真空干燥是通过给真空罐内的电容器加热，增加电容器芯子中所含水分子的动能（WKT2/2），使其变成水蒸汽从绝缘材料中蒸发出来，增加了电容器芯子中的水蒸汽的分压。再对真空罐抽真空，降低电容器周围空间的压力，这样电容器芯子和周围空间就形成了一个压力差P，从而使水蒸汽从电容器芯子中扩散、迁移到周围空间由真空泵抽走，达到排除电容器芯子中水分和气体的作用，传统方法要达到最好的干燥效果，一是提高温度，使电容器芯子中的水分能获得足够的动能变成水蒸汽，但温度过高，绝缘材料会出

57、现老化现象，损坏其绝缘性能。二是提高真空度，以增加P抽除电容器芯子中的水分和气体；真空度较高，水蒸汽的饱和蒸汽压降低，水分子容易变成蒸汽逸出。但真空度也不能无限的提高，它受真空泵的极限真空度的限制，再者，真空度过高，气体分子的热传导降低，绝缘材料中的水分子不能获得足够的能量而蒸发，反而会影响电容器芯子中的水分蒸发的速度。最后在一定的温度和真空度下，水分的蒸发和凝聚达到一个动态平衡，电容器芯子中的水分子不能彻底排出，影响电容器的电气性能。“变压法”真空干燥的原理：在传统的电容器真空干燥原理的基础上扬长避短。在真空干燥控制的温度范围内，当抽到一定的真空度时，绝缘材料中的水分的蒸发和凝结达到动态平衡时，由于真空罐内气体分子的热传导降低，绝缘材料的毛细孔中的水分不能获得足够的能量变成水蒸汽。这时通过一个放气阀向罐内放入一定量的干燥空气，以提高真空罐内气体分子的热传导，绝缘材料从表