集合式II型电容器满足40年使用寿命的分析和介绍

许伟 日新电机（无锡）有限公司

前言：集合式II型电容器是日本日新电机tank式电容器技术引入国内后推广的产品，自1931年日新电机生产出世界首台油绝缘式电容器至今已经有了九十多年的历史，在中国、日本乃至世界都得到了广泛的采用，已经成为最适合“资源节约型、环境友好型、智能化”变电站建设的电容器形式。本文基于集合式II型电容器的结构和技术原理，结合该类型电容器在国内外的使用情况，分析了集合式II型电容器可以满足40年使用寿命要求。

一、影响电容器使用寿命的因素分析

电容器寿命终结的具体表现为电容器内部绝缘介质绝缘失效。导致内部绝缘介质绝缘失效的原因主要有：①温升过高引起的热老化；②局部放电引起的电老化；③油箱及外部构件的机械老化。

因此可见，通过控制和延缓上述三点的老化过程，就可以起到延长电容器使用寿命的目的。通常来讲，要通过电容器的综合设计来实现。

二、通过设计和选型保证电容器满足40年使用寿命

为保证电容器组满足40年的使用寿命，针对上述三个主要影响电容器寿命的因素，可采取如下的应对措施：

（一）设计理念

产品的设计理念是决定电容器性能的前提条件。集合式II型电容器的设计理念是“以故障率无限趋近于零”，通过大幅度的降低电容器的故障率，确保产品的可靠性和设计寿命能够达到40年以上。

（二）降低电容器温升

针对电容器内部温升导致的热老化，需要通过降低电容器的温升进行实现。集合式II型电容器的设计充分的考虑电容器的温升。例如BAMX73.7/√3-21277-1W型集合式II型电容器的温升试验结果为10k左右，相比标准15k减少5k。

为了获取较低的温升，延缓热老化对电容器寿命的影响，主要通过以下几方面进行设计。

1.控制介损性能避免损耗过大引起温升。

绝缘介质的介损对电容器温升有比较显著的影响，故有必要通过对原材料性能的控制降低电容器温升。首先，针对集合式II型电容器所用的原材料需要对原材料性能指标、检验监测方法等进行更严格的要求，其中包括对原材料的介损性能需要进一步的提高和严格控制。其次原材料的入厂检验应适当的增加抽检范围和频率，确保不同批次原材料性能在较高水平上尽量接近。提高绝缘介质材料性能可以延缓因为温度因素的老化速度，从而延长电容器寿命。

2.采用无内熔丝结构降低电容器的损耗。

作为元件保护的电阻型熔丝是导致电容器的损耗增加的一个重要零部件，因此采用无熔丝结构，能够明显的降低电容器的损耗。例如BAMX73.7/√3-21277-1W型集合式II型电容器型的损耗角正切（tanδ）测量结果仅为0.006%，损耗角正切（tanδ）相当于标准值0.03%的五分之一。从试验结果可以看出，集合式II型电容器损耗可以做到非常的低。

3.控制导体结构避免接触不良引起温升

集合式II型电容器内部导体主要包括导线和导线与元件的连接结构，为了降低损耗和温升，均采取了特殊的结构设计。首先电容器内部的导体采用铜编织线，降低集肤效应的影响。其次导线保留一定的通流裕度。以某型号集合式II型电容器采用电流密度达到约4A/mm2高纯度无氧电解铜编织线做为引线，避免因为通流能力不足引起的发热。

其次，电容器元件与导线的连接采用机械压接式，压接端子为进口的专用端子。这样做具有两项主要优点：①压接效果可视化，不会发生连接处接触不良现象；②压接端子经过特殊钝化处理，不会发生毛刺放电。

4.优化内部温度梯度分布避免局部温升过高

集合式II型电容器元件铝箔采用突出折边结构、芯体集合采用型钢固定方式、芯体卧放布置在油箱内。元件内部的油隙及元件与元件之间的油隙一直处在设计范围内，避免芯体内部局部温升过高。

（三）降低局部放电量

局部放电一般不会引起绝缘的贯穿性击穿，但长期的局部放电可以使绝缘的劣化损伤程度逐步加大，最终使整个绝缘介质击穿，严重影响电容器的寿命，为降低局部放电量，延缓电老化对电容器寿命的影响，可通过以下几方面进行设计。

1.采用合理的电场强度降低局放量

适当降低电容器的电场强度能根本上降低局放的发生和局放对电容器寿命的影响，延长电容器的使用寿命。集合式II型电容器场强设计值始终小于45kV/mm，使得电容器承受过电压、谐波等不良运行条件能力更强，极大的提高了电容器的局部放电水平，同时使得电容器的温升更低。

2.采用铝箔折边方式及合适绝缘结构降低局放量

a）铝箔采用激光切割工艺，元件卷绕时铝箔一边折边、一边凸箔，一边折边后，边缘消除了毛刺，曲率半径增大，大大改善了边缘电场畸变，提高了元件的局部放电水平，增强了耐受过电压的能力。

b）元件采用无内熔丝结构，芯体集合采用型钢固定方式，避免了由于元件间内熔丝的存在及压紧系数的变化导致的场强分布不均。另外芯体采用卧放布置，避免由于元件的自重导致底部元件受压过大，造成的场强分布不均。

c）设计上仔细考核引线、芯体、油箱间的绝缘距离，选取合适的绝缘厚度及构造，既可以保证足够的电气强度同时满足芯体的散热。引线连接全部采用机械压接，杜绝焊渣飞溅到器身的可能性，且所有引线连接处均用局部补强绝缘，以改善电场分布。

3.添加进口环氧添加剂降低局放量

通过添加树脂系添加剂，抑制了因绝缘油中不纯物而导致局部放电的现象，从而延长了电容器的寿命。

（四）延缓外购件的老化

1.采用全密封油箱结构

电容器采用全封闭结构，油箱外壳由厚度5～20mm的钢板制成，为了保证油箱机械强度达到标准要求，同时满足抽真空注油工艺，外部焊有加强筋，加强箱体。保证电容器油箱能承受住0.1MPa负压及0.06 MPa正压的机械强度，而无损伤及永久性变形，并在正常起吊、运输、运行状态下无明显变形现象。

油箱钢板连接部位采用双面焊接，油处理前在抽真空工艺确认真空度，注油后加压确认，并在热烘工艺进行试漏试验来保寿命期内不会发生渗漏油。避免由于电容器渗漏油，引起外部水分进去箱体内部，破坏电容器绝缘，影响电容器寿命。

2.采用进口油量补偿装置

电容器外壳顶部装有油量调节器并与油箱内部连通。调节器内部由数个不锈钢薄板制成的波纹弹性盘，当由于热胀冷缩油箱内压力发生变化时，波纹弹性盘可随浸渍剂压力的变化而改变其形状和所占的空间体积，用以补偿温度引起的浸渍剂体积变化，使密封的电容器内部常处于充满浸渍剂的微正压状态。保证电容器箱体内一直处于出厂时的环境，不会对内部的绝缘特性产生影响。

三、运行业绩

集合式II电容器在国内外已经有很多40年以上运行业绩，以下列举部分国内外产品的供货业绩：

图1为在沈阳某变电站无故障运行了40年的集合式II型电容器，电压等级：12.7kV，容量：209kvar，运行时间为1940年～1980年。

图2为运行在天津某变的集合式II电容器，电压等级：11/√3kV，容量：3334kvar，运行时间为1980年～至今。

图1

图2

四、总结

能够设计和运行寿命超过40年的电力电容器装置，不仅需要立足于几十年产品设计、制造的经验基础，还要凭借先进科学的工装设备和生产工艺，更要依托对产品技术的深刻研究和全面掌握。目前，国家提倡建立节约型社会，电网公司也提出将电容器组设计寿命延长至40年。因此我们仍要持续的努力，不断地提高电容器的性能、延长电容器的使用寿命。