毕业论文-113kV并联电容器设计与元件内部电场分析

1、哈尔滨理工大学学士学位论文 64 -11/eq r(3)kV并联电容器设计与元件内部电场分析摘要无功功率因数是衡量一个国家电力发展水平的标准之一，为了提高电力系统的功率因数，改善电网质量，降低线路损耗，节约能源，普遍采用并联电容器来进行无功补偿。并联电容器元件内部电场分布情况决定了其寿命和运行可靠性，所以在设计及投运过程中，将此作为主要考虑的因素。本论文通过查阅相关文献，阐述国内外并联电容器发展现状，对相应工艺与技术参数进行了比较。选取额定电压kV，额定容量为334kvar的并联电容器，在满足国家标准的情况下进行理论分析计算与结构设计，并从中确定最佳方案，对其生产工艺流程、型式试验、出厂试验和

2、验收试验进行了详细的介绍。采用有限元法，借助相关软件对其元件在不同结构与不同条件下的电场分布进行了细致的分析。给出在极板边缘折边与不折边、极板褶皱、极板间存在气泡、极板间存在金属杂质和介质杂质等情况下的电场仿真结果，并提出工艺改善意见。关键词 无功补偿；并联电容器；电场分布11/eq r(3)kV Parallel capacitor design and components internal electric field analysisAbstractReactive power factor is one of standards to measure countrys level o

3、f electric power development. In order to improve the power factor and quality of system, reduce the loss of transmission line, and save the energy, compensating reactive power is widely applied. Considering period and reliability depend on the internal electric field distribution, so its mainly con

4、cerned for parallel capacitor design and application.This paper expounds the present development of the parallel capacitor at home and abroad，and give comparison between different manufacturing technologies and corresponding parameters through extensive reading of literature. Also chooses kV/334 kva

5、r parallel capacitor as an example to complete the structure design through calculation which matches national standards, and select the best scheme to introduce the technological process and test project in this paper. With the aid of related software, the internal electric field distribution in di

6、fferent structures and different situations such as having the fold or not, with bubbles, with impurities .etc are detailed analyzed by finite element method. The simulation results and improvement algorithm are proposed as well.Keywords Reactive compensation；parallel capacitor；Electric field distri

7、bution目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc327951182 摘要 PAGEREF _Toc327951182 h I HYPERLINK l _Toc327951183 Abstract PAGEREF _Toc327951183 h II HYPERLINK l _Toc327951184 第1章绪论 PAGEREF _Toc327951184 h 1 HYPERLINK l _Toc327951185 1.1课题背景 PAGEREF _Toc327951185 h 1 HYPERLINK l _Toc327951186 1.2国外并联电容器的发展概

8、况 PAGEREF _Toc327951186 h 1 HYPERLINK l _Toc327951187 1.3我国并联电容器的发展概况 PAGEREF _Toc327951187 h 2 HYPERLINK l _Toc327951188 1.4本论文所做的工作 PAGEREF _Toc327951188 h 2 HYPERLINK l _Toc327951189 第2章 并联电容器结构设计 PAGEREF _Toc327951189 h 3 HYPERLINK l _Toc327951190 2.1概述 PAGEREF _Toc327951190 h 3 HYPERLINK l _Toc

9、327951191 2.2并联电容器基本概念与结构 PAGEREF _Toc327951191 h 3 HYPERLINK l _Toc327951192 2.2.1电容器的基本概念 PAGEREF _Toc327951192 h 3 HYPERLINK l _Toc327951193 2.2.2并联电容器结构 PAGEREF _Toc327951193 h 5 HYPERLINK l _Toc327951194 2.3 并联电容器设计 PAGEREF _Toc327951194 h 7 HYPERLINK l _Toc327951195 2.3.1产品型号与电介质性能比较 PAGEREF _

10、Toc327951195 h 7 HYPERLINK l _Toc327951196 2.3.2 并联电容器设计计算 PAGEREF _Toc327951196 h 10 HYPERLINK l _Toc327951197 2.4并联电容器工艺 PAGEREF _Toc327951197 h 17 HYPERLINK l _Toc327951198 2.5并联电容器试验 PAGEREF _Toc327951198 h 18 HYPERLINK l _Toc327951199 2.6本章小结 PAGEREF _Toc327951199 h 23 HYPERLINK l _Toc327951200

11、 第3章 元件内部电场分析 PAGEREF _Toc327951200 h 24 HYPERLINK l _Toc327951201 3.1电场计算方法 PAGEREF _Toc327951201 h 24 HYPERLINK l _Toc327951202 3.1.1有限元法 PAGEREF _Toc327951202 h 24 HYPERLINK l _Toc327951203 3.1.2电场的计算模型 PAGEREF _Toc327951203 h 25 HYPERLINK l _Toc327951204 3.2元件内部电场分析 PAGEREF _Toc327951204 h 26 HY

12、PERLINK l _Toc327951205 3.2.1极板边缘不同结构的电场分析 PAGEREF _Toc327951205 h 26 HYPERLINK l _Toc327951206 3.2.2含缺陷元件的电场分析 PAGEREF _Toc327951206 h 31 HYPERLINK l _Toc327951207 3.3本章小结 PAGEREF _Toc327951207 h 42 HYPERLINK l _Toc327951208 结论 PAGEREF _Toc327951208 h 43 HYPERLINK l _Toc327951209 致谢 PAGEREF _Toc327

13、951209 h 44 HYPERLINK l _Toc327951210 参考文献 PAGEREF _Toc327951210 h 45 HYPERLINK l _Toc327951211 附录 PAGEREF _Toc327951211 h 46绪论1.1课题背景电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以提供感性负载所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗。所以并联电容器的

14、无功补偿作用对电网的供电质量有很大的作用。1.2国外并联电容器的发展概况世界上最早用来改善功率因数的并联电容器，是波兰人莫舍克设计的，它是一种类似莱顿瓶的电容器，可以做到10kV电压等级，极板间介质采用的是玻璃。第一次世界大战期间，美国首先开发了纸介质电容器，当时极板间的固体介质采用普通纸，浸渍剂是石蜡和油。19世纪30年代以后，电容器浸渍剂发展到氯化联苯，由于其化学性能稳定，电气性能优越，耐高温等优点很快被世界范围内广泛采用。30年代到60年代相继生产了使用五氯联苯、三氯联苯作浸渍剂的纸介质电容器。1940年德国开始采用聚苯乙烯膜生产电容器，但是由于聚苯乙烯膜缺点是耐高温性能差，电容器温度不

15、能超过55C。为了改善上述性能，研制了聚苯乙烯膜与纸复合电容器，其技术性能远好于纯纸产品。20世纪60年代中期等规双轴定向聚丙烯膜的研制成功，使膜纸复合介质的并联电容器得到了快速的发展。70年代中期以后，采用纯聚丙烯膜介质（即全膜介质）已成为主要的发展趋势1。结构上，国外高压全膜电容器的元件材料采用双面粗化膜或单面粗化膜，或二者搭配方式，采用两层或三层膜结构。铝箔压花，折边和延伸，铝箔延伸部分采用夹接或焊接。美国西屋公司认为铝箔折边后，其边缘承受过电压能力可提高40%，GE公司认为可提高20%，奥地利KAP-SCH公司认为铝箔折边后边缘场强可降低50%1.3我国并联电容器的发展概况我国电力电容

16、器制造业是从20世纪50年代开始的，距今已经有50多年的历史。从20世纪80年代开始，电容器制造厂通过消化吸收引进技术，在制造技术、产品质量和运行技术上都有了快速的发展使我国并联电容器，成功地推出了产品的技术进步，实现了由全纸介质、膜纸复合介质向全膜介质的转化，产品技术经济指标大幅提高，并开发了许多适应国情的和有利于环境保护的新品种，产品质量得到了明显的提高。新一代的全膜电容器选用了优质易浸渍的双面粗化聚丙烯薄膜作固体介质和性能优异的合成液体电介质浸渍剂，并应用铝箔凸出电极焊接（露箔式）新工艺淘汰了传统的插入引线片的电极引出方式，使并联电容器的技术性能和经济指标得到了极大的提高，目前这种全膜结

17、构的电容器技术在国内外是最先进的2。虽然国内的电力电容器从各方面得到了提高但是还是与国外的产品有一定的差距，具体表现如下； （1）国产壳式高压并联电容器的单台容量小。国产大容量电容器仍然是以单台334kvar的为主导。而国外瑞典、美国GE、COOPER公司等早就已开始批量提供单台1000kvar的电容器了。（2）国产高压电容器比特性差距大。国内外电容器比特性大致比例是国外合资国内=11.52，即同容量的电容器国产的体积、质量要比国外的产品大一倍。（3）补偿地点选择不同。国外广泛采用在345kV及以下主负荷侧补偿, 国内以在66kV 及以下三次侧补偿为主。在主负荷侧补偿的优点是直接补偿、效果好,

18、 并可使主变压器结构简化、造价降低、提高输送功率3。1.4本论文所做的工作本论文对BAM-334-1W并联电容器进了设计及对其元件内部电场进行了详细的分析。在整个过程中主要做了如下工作：1.介绍并联电容器发展概况，与国外先进技术的比较；2.阐述单台并联电容器的设计、工艺以及试验； 3.对并联电容器在不同情况下的元件内部电场进行分析。第2章 并联电容器结构设计2.1概述电力系统中并联电容器的应用极为广泛，以并联电容器补偿电网的无功功率是无功功率补偿的主要形式。在电力系统中有功功率，所以的决定因素是非常大的，的改变和无功功率有很大的关系，因此电力系统中补偿无功是非常重要的，无功的补偿主要是以电容的

19、容性无功来进行补偿，因此电力电容器的作用关系到电网的质量4。2.2并联电容器基本概念与结构2.2.1电容器的基本概念电容器的电容是象征电容器储存电荷能力的参量。（1）平板电容器的电容 (2-1)式中为真空介电常数； 为介质的相对介电常数； 为电极有效面积，m2； 为介质厚度/极间距离，mm。（2）电容器的储能电容器的储能是指在充了电的电容器极板间所存储的静电能量，即 (2-2)式中为电容器的电容，F； 为电容器极板间的电压，V。（3）电容器的容量 在交流电压的作用下，电容器的容量或无功功率为 kvar (2-3) 式中为电容器的电容电流，A； 为外施电压，kV； 为频率，Hz； 为电容器的电容

20、，F。（4）比能、比特性、和储能因数 比能是指直流电容器在直流电压作用下单位体积的介质所储存的能量，即 KJ/L (2-4)式中为能量，kJ； 为体积，L； 为电场强度，MV/m。比特性是指交流电容器单位容量所用介质材料的数量，即体积比特性 L/kvar (2-5) 式中为体积，L； 为电容器的容量，kvar。 质量比特性： kg/kvar (2-6) 式中为电介质的质量，kg； 为电介质的密度，kg/L。 比能和比特性是评价电力电容器技术经济性能的综合指标，均决定于，这个即电容器介质的储能因数。（5）电容器的损耗和损耗角正切电容器在交流电压作用下，产生无功功率的同时，其内部介质、内部熔丝、内

21、部放电器件、内部链接导线等都会产生一定的有功损耗，这些有功损耗的总和就构成了电容器的损耗，通常用(W）来表示。电容器单位无功功率的损耗，即损耗与无功功率的比值是衡量电容器效率和质量的重要参数，称为电容器的损耗角正切，用表示，即电容器的损耗要消耗电能使电容器发热，因此电容器的损耗应越低越好。（6）自放电时问常数电力电容器的绝缘电阻与电容的乘积是一个与电容器的极板面积、介质厚度无关，仅取决于介质的体积电阻率和电容率的值， F (2-7)由同一种介质制造的电容器其基本相同，所以电容器的值主要决定于介质的，它是一个表征电容器，特别是直流电容器性能优劣和翻造工艺是否良好的重要参数。（7）额定值 电力电容

22、器的额定值主要是指额定电压、额定电流、额定电容、额定频率和额定容量。额定电压：我国高电压并联电容器的额定电压有:1.05，3.15，6.3，10.5，11，12，19kV。其中6.3kV和kV两者额定电压值基本相同，但前者的绝缘等级为6kV级，后者的绝缘等级则为10kV级5。2.2.2并联电容器结构 电力电容器零部件主要包括：极板、介质、外壳、套管、内熔丝、放电电阻、连接导体、内部绝缘件等。现在电力电容器采用全膜式介质材料为薄膜，极板为铝箔，内部绝缘件为厚度不同的绝缘纸和纸板组成。极板铝箔介质聚丙烯薄膜(固体介质)、苄基甲苯（液体介质）外壳不锈钢套管瓷内熔丝铜放电电阻玻璃釉连接导体铜内部绝缘件

23、芯子外包，元件外包，引线外包件、绝缘垫块等电容器主要是以下几个部分组成：元件、箱壳、内部绝缘和电气连接、出线结构。（a）元件：电容器的基本电容单元，高压并联电容器中的元件通常由6张薄膜和2张铝箔相互重叠配置后绕卷、压扁而成。（b）箱壳：高电压并联电容器通常采用由12mm的薄钢板制成的矩形箱壳，其机械强度高，易于焊接、密封和散热。电容器中的绝缘油因温度改变引起的体积变化可由箱壳大面的弹性变形来进行补偿。为了安全，在所有电容器的金属箱壳上均装有供接地或固定箱壳电位用的接地片或接地螺栓。（c）内部绝缘和电气连接：在电容器内部的各个元件之间、串联段之间和心子与箱壳之间通常都设有由电缆纸、绝缘纸板或塑料

24、薄板制成的绝缘件使相互间的绝缘达到要求的绝缘水平，并使元件间的相互位置得到固定及元件具有预定的占空系数。如果没有电气连接电容器就成为一个大的绝缘体，所以需要电气连接使其拥有相应的电气性能，内部的连接片、熔丝、和引出线都是其电气连接的主要零部件。（d）出线结构：高电压并联电容器的出线结构分单套管出线和双套管出线两类。双套管出线结构的两个出线端均对壳绝缘，具有相同的绝缘水平。单套管出线结构的两个出线端中只有一个经套管引出与外壳相绝缘，另一个与箱壳连接后引出。电容器结构如下：1.绝缘套管2.引线1.绝缘套管2.引线3.放电电阻4.串联段5.主绝缘对壳6元件7并联段8.内熔丝图2-1并联电容器基本结构

25、电容器元件展开图：图2-2电容器元件展开2.3 并联电容器设计2.3.1产品型号与电介质性能比较对于并联电容器型号命名规则，- W，-A表示滤波电容器，B表示并联电容器， C表示串联电容器，D表示直流电容器-A表示苄基甲苯，F表示二芳基乙烷-M表示全膜介质，F膜纸复合介质-电容器额定电压，单位：kV。-电容器额定容量，单位：kvar。-“1”表示单相。W表示户外式。也可以用于户内。示例：BAM 8.4-300-1W 表示：浸渍苯基甲苯的全膜介质并联电容器，额定电压8.4kV，额定容量300kvar，单相，户外式。（1）固体介质性能比较电力电容器中常用的固体介质主要是塑料薄膜和电容器纸，它们都具

26、有优良的电气性能，易于加工成均匀薄层，便于绕卷，有一定的抗张强度，与液体介质的相容性优良。尤其是双轴定向聚丙烯薄膜(PP膜)具有很高的耐电强度和很低的介质损耗，在电力电容器中正在逐步取代传统的油浸纸介质。电力电容器常用的塑料薄膜有聚丙烯薄膜和聚酯薄膜其基本性能见下表表2-1固体介质塑料薄膜的性能性能聚丙烯薄膜聚酯薄膜密度，g/cm30.911.39吸水率，24h160热导率，W/(cmK)2.210-31510-3（2）液体介质性能比较液体介质在电力电容器中用以浸渍固体介质和填充电容器内部的空隙，液体介质的开发和性能的提高在电力电容器产品的发展中起着十分重要的作用。在电力电容器中常用的液体介质

27、有：苄基甲苯(代号为M/BDT)，法国商品名10l或C111，二芳基乙烷PXE，异丙基联苯IPB，十二烷基苯(代号为DDB或AB)和SAS-40绝缘油。表2-2液体介质的性能性能十二烷基苯（AB）二芳基乙烷(PXE)异丙基联苯（IPB）苄基甲苯(M/DBT)枯基苯基乙烷(CPE)苯甲基硅油蓖麻油SAS-40密度，g/cm3 200.870.990.991.000.961.010.960.951.00运动粘度2099.68.56.57.02030013.72.42.7-3080065010025051.1凝固点 -60-45-50-60-60-65-177060454560与PP膜的相容性较差较

28、好好好好好好好放气性(L/min)30-120-120-140-120-160-40-66-64-66-68（3）元件的参数性能比较表2-3元件的性能参数选择范围元件结构元件电压，kV工作场强K=1，MV/m介质厚度，m%质量比特性，Kg/kvar类型极板固体介质液体介质1铝箔不折边两层聚丙烯薄膜夹一层纸烷基苯1220352848不大于0.120.301.00PXEIPBM/DBT30402铝箔折边23聚丙烯薄膜PXE12.54570445不大于0.050.170.30IPBM/DBT表2-4元件起始局部放电电场强度温度 元件介质结 构起始局部放电电场强度MV/m铝箔不折边元件铝箔折边元件25

29、212m聚丙烯薄膜浸渍M/DBT绝缘油11215440117156601201598012315125212m聚丙烯薄膜浸渍IPB绝缘油107150401051516010815480115150对于电容器的参数主要是确定电容器的场强E，E的选取决定了电容器的电气性能。箱壳和心轴的选取也决定了电容器芯体的尺寸和电气参数。材料的选取根据上面性能介绍我们选取如下材料： 表2-5a固体介质液体介质薄膜尺寸铝箔尺寸极板有效宽度聚丙烯薄膜苄基甲苯430mm4250.007mm400mm表2-5b材料名称与尺寸心轴直径铝箔折边宽度铝箔突出宽度90mm5mm5mm2.3.2 并联电容器设计计算选择国内应用最

30、为广泛的容量334kvar的并联电容器进行设计，所以选择型号为BAM-334-1W进行设计计算。表2-6电容器的基本参数额定电压（kV）额定频率（Hz）额定容量（kvar）相数环境介质引出端数503341户外全膜介质用3层膜2（1）电场的选择由于23层聚丙烯薄膜在K=1时的工作场强为4570 MV/m，所以极板间的电场可以选择MV/m，从而确定膜的厚度。（2）元件的串联组数 元件电压通常取不高于2kV，元件的串联组数为 (2-8) = =3.18式中为电容器的额定电压，V。 取下一位整数，则元件的串联组数（3）元件的并联数 对于有内熔丝的电容器并联组数不少于10，所以初定并联数为10：（4）元

31、件的额定电容 (2-9) (2-10) =10.55 F式中为元件的额定电容，F； 为电容器的额定容量，kvar；为额定角频率。（5）元件参数计算元件采用全聚丙烯薄膜浸苄基甲苯绝缘油，铝箔突出折边结构。为了使电容器易于浸渍和在浸渍后仍能保持一定的油隙，根据实际经验，元件的压紧系数初定为K=0.8。元件的额定电压： (2-11) =1587.7 V元件介质的厚度： (2-12) =26.46 m取整d=27m所以每层薄膜可以取为d/3=9m当K=0.8时，即元件工作时的场强： (2-13) =48 MV/m极板间介质的电容率（介电常数）： (2-14) = =2.28式中为浸渍剂的电容率2.65

32、；为聚丙烯薄膜的电容率2.2； 为压紧系数。元件的卷绕圈数： (2-15)=73.22=74圈式中为心轴直径，cm； 为铝箔极板厚度，m； 为铝箔极板有效宽度，cm； 为元件额定电容，F。元件厚度：当K=0.8时 (2-16) =12.2当K=1时 (2-17) =10.1卷绕元件的平均直径： (2-18) =9+12.2/2 =9.61元件的计算电容： (2-19) = =10.67 F元件计算电容与额定电容的差率： (2-20) =1.14%由于GB/T 11024.1-2010 对于电容器单元的偏差要求在-5%+5%之间，所以以上设计的电容器满足要求。元件的宽度： (2-21) =45+

33、12.2 =153.5元件长度：L=薄膜的宽度+铝箔突出的宽度=430+5+5=440mm（6）心子计算元件总厚度： (2-22) = =488元件包封：采用0.3mm的电缆纸所以总元件包封厚度/0.8=30 mm组间绝缘： 采用2层0.3mm电缆纸为一组 组间绝缘厚串联数为4串所以用3组/0.8=2.25 mm 主包封件：采用0.08mm的电缆纸25层心子高度增=25.6 mm心子宽度增加=20 mmDL/T840-2003 外绝缘尺寸要求10kV及一下电压级，极间和极对外壳电气距离不小于0.2m所以选择25层。纸夹板厚： 采用2mm厚的绝缘纸板在元心子上下各2个2=8 mm聚丙烯纸紧箍 1

34、mm心子高度： (2-23) =488+30+2.25+25.6+8+1 =554.85心子长度： (2-24) =440+20=460心子宽度： (2-25) =153.5+20+1=174.5心子尺寸：=554.85174.5460 (2-26)外壳选用： =600180470 (2-27)如下图2-3和图2-4为并联电容器芯子的绝缘结构和芯子整体结构示意图：1.元件1.元件2.组间绝缘3.元件包封4.主包封5纸夹板图2-3芯子绝缘结构1.元件2.组间绝缘1.元件2.组间绝缘3.元件包封4.主包封5纸夹板6.连接导体7.连接导体8.引出线9.内熔丝图2-4芯子结构示意（7）电容器中内放电电

35、阻的计算当电容器与电网断开时电容器内部的电容心子与放电电阻就构成了无外施激励电源的动态零输入响应，所以心子相当于电源对放电电阻放电，放电电阻上的电压： (2-28)根据GB/T 11024.1-2003的要求电容器使剩余电压在10min内自降至75V一下。 (2-29)式中为内放电电阻，M；为容许剩余电压，kV；为从放电到的时间，s；为电容器的电容，F。在设计电容器的放电电阻时，还必须考虑放电电阻的功率和耐受直流高压。放电电阻是耗能元件，在额定电压下的消耗功率为；在做耐久性试验的负荷运行时消耗功率为；在做4.3倍额定电压下的直流试验时消耗的瞬时功率为。设计放电电阻时，其长期允许功率应按即2倍额

36、定电压下的功率考虑，瞬时功率应按即18.5倍额定电压下的功率考虑6。（8）内部熔丝的选择根据GB/T11024.2对内熔丝的要求有以下几点：承受要求：承受100倍元件额定电流的涌流冲击耐受电容器端部的短路放电试验； 动作要求：当电容器元件在和电压的范围内发生击穿损坏时就可靠动作，而且不会使邻近完好元件的熔丝损坏超过1根； 隔离要求：动作后的熔丝断口能耐受2.15倍10s工频过电压作用； 耐受短路放电能力：电容器必须能承受在运行电压下由于外部故障所引起的短路放电。内熔丝应该在元件击穿的过程中，应该能获得足以熔化的能量，即 (2-30)式中为熔丝熔断所需的能量，J； 为元件电容，F； 为串联段中的

37、并联元件数； 为元件的额定电压，kV； 为效率。在GB11025中还规定当元件被充电到的直流电压并向与其邻近的击穿元件发生短路放电时，与完好的充放电元件相串联的熔丝应不发生熔断，即这时熔丝所获得的能量应小于熔丝熔化的能量，则 (2-31)式中为 效率 效率和与放电回路导线电阻、引线电感、击穿点处的弧阻、极板电阻、熔丝结构和材料等有关，可通过试验求得接近为1。当熔丝的材料为铜时，熔丝熔化的能量 J (2-32)式中为熔丝的截面积，mm2； 为熔丝的长度，mm。 这样纯铜熔丝的尺寸可通过下列不等式来进行计算，从中选取合适的值，即 (2-33) 考虑到选用的、和截面积均有一定的分散性，所确定的值的正

38、确与否最后应通过试验来进行验证7。2.4并联电容器工艺 电容器的工艺流程大致分为以下几个步骤：（1）元件卷绕：将薄膜、铝箔按照一定技术参数卷制成型，电容器元件是整个电容器的最小电容单元。（2）元件外包：使用绝缘件将元件包装起来。作用是：电气上隔离每一元件，并且给内熔丝提供载体（对于有熔丝电容器）。步骤：包封装熔丝，将芯子用规定厚度的绝缘纸包装起来，对于有熔丝的电容器在包装绝缘纸的面表装上熔丝。（3）芯子压装：将一台电容器的元件在物理位置上紧固在一起。步骤：穿坚固带摆放垫片与元件压紧。将规定数量的芯体组合叠放起来在彼此间加上绝缘件，如绝缘纸或绝缘纸板，在整体上穿上坚固带并对其整体进行按规定压紧系

39、数进行压紧，压紧后需测量芯子高度，在合格范围内将紧固带扎紧。（4）芯子焊接：将一台电容器的元件、内熔丝、放电电阻在电气上连接在一起。步骤如下：a）材料准备，焊锡、连接片、放点电阻、绝缘件； b）焊接组间连接片； c）焊接引出连接片； d）焊接熔丝（熔丝焊接根据具体型号）； e）焊接放电电阻。因为现在电容器内部芯体是采用露箔式的也就是铝箔露出一部分，打底就是将这些露出的铝箔焊在一起，再在焊好的位置上的上面焊上铜皮使连接更加紧密 ，之后再把熔丝和放电电阻焊接上，最后清理焊渣。焊接是一个非常重要的步骤，熔丝焊接不良导致电容器在作耐压试验或以后长期的工作中导致电容器的击穿。（5)芯子绕包：在芯体外面外

40、包一定圈数的绝缘纸。外包绝缘纸的作用；一是起保护作用，二是起芯体对壳的主绝缘作用。步骤：根据芯子尺寸选择合适的底板和压板，用湿水胶带粘好引出连接片衬垫和护板，根据事先计算好的圈数进行绕包作业，芯体底部处理。（6）芯子装箱：想绕好的芯子装入箱中。步骤：a）根据技术要求选择合适箱壳。 b）利用设备将芯体推入箱壳，推进过程避免绝缘纸损伤。 c）放入垫块，利用铜管将瓷套线芯与连接片引线，完成后将箱盖装入箱。壳。d）测量容量，合格后流入下道工序。注意：放入垫块的作用是起到保证两极之间的绝缘距离。（7）箱盖焊接：将箱壳本身和箱壳与箱盖进行焊接。现在焊接主要是以机器人焊接为主，有时候需要人工补焊。注意：仔细

41、焊接要完整，焊后要进行检查防止出现漏点。（8）真空浸渍：将电容器放入真空室内进行抽真空处理，在抽真空的同时检测室内的环境变化，当达到真空的条件是稳定一段时间进行注绝缘油，在注绝缘油的同时还要进行抽真空，依次达到电容器内部充分充满绝缘油。随后恢复大气压强，将电容器撤出真空室，进行下一步骤。（9）热烘试漏：将电容器进炉加温、检查是否有渗漏点主要是检测在高温下箱体膨胀是否有绝缘油漏出、冷却出炉，在加热的同时也能进行预老化试验。（10）试验检测：对电容器进行试验，按照国家标准主要有极间耐压试验、极对壳耐压试验、电容测量、损耗测量、内部放电器件试验、短路放电试验、内熔丝放电试验、局部放电试验。（11）表

42、面处理：表面处理主要是抛丸和喷漆处理。抛丸：对试验合格的产品外表面进行抛丸，提高表面附着力。a）进行外观检查； b）给瓷套做好防护措施； c）进行抛丸表面处理； d）清理钢丸，给瓷套套上塑料保护袋，准备进入喷漆工位。喷漆：对电容器进行喷漆处理，使电容器表面均匀的布满涂料喷涂结束后需检查外观，无流挂、无色差、毛刺、污渍等，喷漆有几个好处，让电容器美观、使其耐腐蚀、对内部温度有一定的控制作用表面的涂料有反射和吸收阳光的作用，防止由于内部温度过高使其产生鼓肚的现象。（12）打包入库：安装铭牌，进行整体包装装箱入库。2.5并联电容器试验一、试验的分类及目的（1）出厂试验 目的：检出制造过程中存在的缺陷

43、。如：材料缺陷、设备故障、工艺缺陷、操作失误等。（2）型式试验目的：验证产品设计、生产工艺、材料选择的符合性。（3）验收试验目的：完成与用户的产品交接二、试验项目（1）外观检查目的：确认电容器标志、接地端子、套管、油漆、焊缝、外形尺寸、有无变形，有无渗漏油等。（2）密封性检查目的：确认电容器有无渗、漏油。方法：热烘炉加热，通体达到7585，2小时以上无渗、漏油。（3）极间耐压试验目的：验证极间绝缘性能，检出制造缺陷和材料缺陷。方法：AC2.15倍、DC4.3倍.历时10s8。（4）极对壳耐压试验目的：验证对地绝缘性能。方法：将两端子连接在一起，在端子与外壳间施加AC-42kV,历时1分钟。（5

44、）电容测量目的：检测电容值是否在标准要求的偏差范围内。方法：初测使用电容表，复测使用电桥，使用西林电桥，将待测电容与标准电容做比较。（6）损耗测量 目的：检测介损值是否在标准要求范围内。方法：西林电桥。图2-5西林电桥结构（7）内部放电器件试验目的：放电器件检测，确保人员安全、产品安全。方法：测电阻值，充2直流电压、自放电5分钟，测剩余电压。（8）短路放电试验目的：验证内部联接与绝缘。方法：a）测定电容； b）以直流电将电容器充电至2.5电压，然后通过间隙放电，在30min放电5次； c）进行1次端子间耐压试验； d）复测电容。（9）内熔丝放电试验目的：验证熔丝焊接质量和熔丝设计选材。方法：a

45、）测定电容； b）以直流电将电容器充电至1.7电压，然后通过间隙放电1次； c）进行1次端子间耐压试验； d）复测电容。（10）内熔丝隔离试验目的：验证产品设计、熔丝设计和熔丝选材方法：a）机械穿刺； b）上限电压: DC 是否有效断开； c）下限电压: DC是否引起群爆； d）隔离后熔丝断口需承受DC耐压10秒是否发重燃； e）复测电容。（11）局部放电试验目的：验证绝缘性能，考核材料、卷绕和组装工艺、真空干燥、注油工艺、绝缘油净化处理等。分类：极间局放与极对壳局放。方法：脉冲电流法（电测法） 超声波法 （声测法）型式试验步骤：在常温下加压至局部放电起始后历时1s，降压1.35保持10min

46、,然后升压至1.6保持10min，此时，应无明显局放。对于严寒地区就根据温度类别下限值，电容器在温度类别下限时局放熄灭电压应不低于1.2倍。出厂试验步骤：加压至2.15保持1s，将电压降到1.2并保持1min，然后再将电压升至1.5保持1min在后1min内不应观察到局放水平增加9。（12）热稳定试验目的：验证产品设计、材料选择、工艺控制的重要指标，进一步确认产品的损耗和散热性能。方法：所加电压使电容器的,并保持恒定。电容器周围的冷却空气温度为环境类别温度加5（户内式）或加10 （户外式）,持续48小时。并保持热平衡。（最后6小时内温升变化不大于1K）考核：1）芯子温度不高于75 （十二烷基苯

47、）或不高于80 （其他浸渍剂）； 2）高温略低于常温下； 3）外壳温升小于15K； 4）电容变化仍在偏差范围内。（13）耐爆试验目的：检测电容器外壳的耐受爆破能量。方法：a）预置故障为电容器内部元件全部或部分击穿短路（机械击穿、电击穿、金属短接）； b）采用直流高压集中储能、脉冲放电引爆方式进行； c）用双线示波器实测注入故障电容器内部引起爆破的能量； d）电容器所能承受的爆破能量应不小于： 膜纸复合介质 10kW.s； 全膜介质 15kW.s。电容器外壳不得爆裂及漏油，不得明显变形。（14）耐久性试验目的：寿命试验，验证设计、工艺、材料。1）过电压周期的试验方法：a）将试验单元置于不高于温度

48、类别下限的，具有强迫空气循环的冷却箱中，放置至少12小时；b）然后将试验单元取出置于+15+35的静止空气中，在取出后5min内，施加1.1。加压后5min内，再放加2.25的过电压持续15个周波电压不中断。此后再保持1.1不中断。在1.1下，间隔1.52min施加另外一次相同的过电压，施加程序同上。c）单元每天应受到总数为130170次过电压周期，每次15周波。d）再将单元于不通电状态，在冷却箱中放置至少12小时，再继续试验，每天如此，直到单元受到总数为850次的15个周波为止。在完成试验的两天内应在相同温度（+6075 ）、相同电压（）、相同频率下复测电容与介损。2）老化试验方法：a）介质

49、温度至少等于两温度中的较高值：60 或24小时平均最高温度+温升；b）在试验期间，应将试验单元放置在一个环境温度可调，使介质能达到所要求的温度的烘箱中，环境温度应保持恒定，误差为-2+5 c）施加电压前，应将试品在上述环境中稳定12h；d）试验时间取决于电压： 1.25 3000h 1.40 1000h在完成试验的两天内应在相同温度（+6075 ）、相同电压（）、相同频率下复测电容与介损。（15）套管受力试验目的：检查套管的机械强度。方法：1）在瓷套顶部加与瓷套垂直的静止拉力1min，重复5次； 2）在瓷套顶部导电杆加扭力矩。引出端子的套管及导电杆的机械强度； a）200kvar以下的电容器套

50、管应能承受400N水平拉力； b）200kvar1000kvar的电容器套管应能承受500N水平拉力； c）1000kvar以上的电容器套管应能承受900N水平拉力； d）电容器的导电杆能承受的扭矩应符合下表数据。表2-7容器的导电杆能承受的扭矩接线头螺纹螺母扳手的扭矩，Nm最大值最小值M10105.0M12157.5M163015M205226（16）与温度的关系曲线目的：检查不同温度下介损变化的规律，符不符合要求。方法：西林电桥，在2080范围内测量五个点。考核要求：a）测量值要求在标准规定的范围内：对于全膜介质，有放电电阻，有内熔丝的电容器，要求0.05%；b）各点值相差不大于30%；c

51、）80 时的值应该小于20 的值。2.6本章小结本章主要介绍了高压并联电容器的用途，在结构设计前对电介质材料进行了比较与合理的选择，对额定电压kV，额定容量为334kvar的并联电容器，在满足国家标准的情况下进行理论分析计算与结构设计，并从中确定最佳方案，对其生产工艺流程、型式试验、出厂试验和验收试验进行了详细的介绍。第3章 元件内部电场分析高压并联电力电容器是运行于内部场强高达50kV/mm60kV/mm的电力设备，其固体电介质击穿场强受元件内部电场的分布有直接关系。所以要对元件内部电场在不同情况下的分布情况进行分析从而找到解决问题的方法。本章对电容器元件内部电场在极板边缘未处理和处理后、以

52、及元件内部含缺陷（如极板褶皱、极板间有气泡、极板间含金属杂质和介质杂质等）的情况下的电场进行分析。3.1电场计算方法在高压电容器的现代设计和分析中，以电场数值计算为基础的绝缘设计是最基本的研究问题之一，电场数值计算对于电力电容器内部结构优化设计以及改善电容器绝缘特性有着重要作用10。借助于电场的数值计算和分析，得出电容器内部电场的分布情况，利用分析结果指导绝缘设计和结构设计，提高绝缘强度，改善内部电场分布，进而得到电容器元件的最佳设计方案11。3.1.1有限元法有限元法是以变分原理和剖分插值为基础的一种数值计算方法，与有限差分法求解边值问题的处理方法有所类似。它首先利用变分原理把所要求解的边值

53、问题转化为相应的变分问题，也就是所谓泛函的极值问题，然后利用剖分插值将变分问题离散化为普通多元函数的极值问题，最终归结为一组多元的代数方程组，解之即得待求边值问题的数值解。电场数值计算方法有限元法首先将场的方程等价为1个条件变分问题，然后由条件变分问题离散为代数方程组。其基本思想是:将连续的结构离散成有限个单元，并在每1个单元中设定有限个节点，将连续体看作是只在节点处相连续的1组单元的集合体，同时选定场函数的节点值作为基本未知量，并在第1单元中假设1插值函数以表小单元中场函数的分布规律，从而将1个连续场转化为1个离散场。有限元法能很好地适应区域边界线和内部媒质分界线形状不规则的情况，以及场的分

54、布变化较大的情况，从而能在计算工作量不太大的情况下较好地保证求解精度，因而得到广泛应用。 有限元法电场数值计算的步骤： 1)列出偏微分方程边值问题等价的条件变分问题； 2)将区域作单元剖分，并在单元中构造出插值函数； 3)将能量泛函的极值问题转化为能量函数的极值问题，建立线性方程组，并按边界条件进行修改；4)求解线性代数方程组12。3.1.2电场的计算模型根据第二章的设计型号为BAM-334-1W的高压并联电容器产品为计算实例数值计算，对元件内部电场进计算，元件结构如图：1. 元件电极铝箔2. 聚丙烯膜1. 元件电极铝箔2. 聚丙烯膜3. 元件电极铝箔图3-1元件结构示意图在第二章已经对电容器

55、极板间的距离进行了计算，当K=1的时候算的极板间的距离为27m也就是3层薄膜的厚度为27m，每层薄膜为9m，而电容器在工作的时候是K=0.8，所以极板间的距m，因此液体介质的厚度为6.75m。由于极板和薄膜为微米的数量级为了便于数学模型的建立设定极板间的液体介质均匀的分布在薄膜两侧厚度为3.375m，铝箔的厚度为7m。根据设计所得元件为4串所以对应的每一个串联段的电压为约为1588V。对于元件内部的铝箔有折边和不折边2种，图3-1所式的为有折边元件即在元件内部的铝箔向内折起5mm，能使内部铝箔边缘平滑防止边缘电场由于元件内部铝箔边缘不规整造成的电场分布不均匀。采用有限元法对电容器元件进行电场数

56、值计算，在整个的计算区域中，满足拉普拉斯方程，计算区域边界分别满足1类齐次和2类边界条件，具体如图3-2。其数学模型如下公式所示： （3-1）图3-2边界条件根据元件内部有折边和不折边两种，我们进行两种内部结构的元件内部电场的分析计算，一种是有折边的铝箔内部电场，另一种为无折边的铝箔内部电场。3.2元件内部电场分析3.2.1极板边缘不同结构的电场分析将有限元软件ANSYS与现代优化方法相结合，对电容器元件折边与不折边两种结构进行电场仿真计算，电容器元件内部电场分布见图3-3图3-10所示。图3-3无折边元件剖分图3-4无折边元件电场分布图3-5无折边元件电位分布图3-6有折边元件剖分图3-7有

57、折边元件电场分布图3-8有折边元件电位分布图3-9无折边元件内最大电场值图3-10有折边元件内电场最大值计算结果表明，元件内部的电场强度在边缘处比较集中，最大电场强度也在此，因此改变元件边缘处的结构将直接影响元件的电气性能。对于凸箔结构，折边与不折边结构电场分布相差甚大。对于图3-9为不折边元件其边缘最大场强为210.961V/m，图3-10为有折边元件其边缘最大场强为147.884V/m.结果如下表：表3-1内部最大电场计算结果最大场强 V/m.有折边电容器元件147.884无折边电容器元件210.9613.2.2含缺陷元件的电场分析 在电力电容器生产制造过程中，可能出现含缺陷的元件，这类缺

58、陷包括:极板褶皱；元件内部含有气泡；元件内部含有杂质。现对含以上几种缺陷的元件（均为有折边）进行内部电场仿真计算。（1）元件极板褶皱情况下的电场计算电场计算数学模型见公式3-1，计算电场分布情况如图3-11图3-14所示。图3-11元件极板褶皱情况下剖分图3-12元件极板褶皱情况下内部元件电场分布图3-13元件极板褶皱情况下内部元件电位分布图3-14元件褶皱处的电场分布可见，若在电容器元件卷制过程中，由于卷轴的张力不一致或人为因素产生极板的褶皱情况将影响元件内部的电场分布，在褶皱处场强增强，褶皱处最大场强=69.170 V/m高于其周围油与膜的场强（图上所取的点），使局部工作场强过高，产生局部

59、放电，从而影响电容器使用寿命，因此，在卷制过程中要严格控制工艺，避免极板褶皱情况产生。（2）极间含气泡情况下的电场计算 在电容器内部，空气和水是电气绝缘的大患，电容器在生产制造过程中，由于浸渍效果不好，元件内部气体未排净，注油后仍有气泡残留，这将对电容器的电气性能产生严重影响，本文从电场强度角度出发，通过电场计算得出极板间含有气泡情况下的电场分布情况。计算结果如图3-15图3-18所示。图3-15元件极板间含气泡剖分图3-16元件极板间含气泡电场分布图3-17元件极板间含气泡电位分布图3-18极板间气泡处电场分布 在元件内部存在气泡的情况下，由于其介电常数低，将承受很大的电场强度，通过电场仿真

60、计算，其结果显示，在元件内部气泡处电场强度（所取点67.471 V/m）其值高于周围油和膜的电场强度，过高的场强将在气泡处引起局部放电，释放气体，从而污染绝缘油，导致其周围绝缘介质迅速老化，气泡的存在将直接威胁着电容器的电气性能，因此，电容器内部是不允许气泡存在的。在电容器生产制造过程中，合理的设计和良好的工艺水平将是浸渍性能的有力保证。（3）极间含金属杂质情况下的电场计算电力电容器净化度需在符合工艺要求的净化间内完成。在电力电容器生产过程中，一旦元件内部有杂质，特别是金属杂质会给电容器的正常使用带来隐患。为了提高认识，定量分析杂质对电容器电气性能的影响程度，将对电容器元件间含有金属杂质的情况