淺談智能電力電容器的電容控制

更新時間：2020-08-13　點擊次數(shù)： 1053次

劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：本文以產(chǎn)品 BAM11/2根號三-334-1W為例，計算了不同壓緊系數(shù)時的電力電容器心子高度和元件卷繞板長度，通過分析得到千分尺法壓緊系數(shù)和質量密度法壓緊系數(shù)之間的對應關系，根據(jù)此關系可以作為電容器電容的控制指導方向，從而使電容器的電容達到用戶協(xié)議要求。

關鍵詞：千分尺法；壓緊系數(shù)；質量密度法；電容量控制

0引言

電力電容器是電力系統(tǒng)中重要的裝置，用于各種電壓等級的電力系統(tǒng)中，用來提高電網(wǎng)功率因數(shù)、提高電能利用率，改善電力系統(tǒng)電壓質量，并兼有濾除諧波的功能。電力電容器作為無功補償裝置的核心設備，其可靠性和先進性對無功補償裝置起著關鍵性的作用。隨著科學技術的進步，電力系統(tǒng)的設備也在不斷改革創(chuàng)新，電力電容器電容的偏差會影響電力系統(tǒng)保護的靈敏性。因此電力電容器電容的偏差范圍也越來越小。為了使電力電容器的電容值滿足要求，就要對影響電容器電容的因素進行分析研究，壓緊系數(shù)就是其中因素之。

1提出問題

電力電容器電容的偏差范圍要求越來越窄，這使得車間在進行電容器單元加工時電容器電容很難控制，實際加工出來的電容器心子高度尺寸與設計尺寸不符，心子高度有時偏低或偏高，電容器真空浸漬處理以后電容值偏差也超出了要求范圍。

2分析問題

電力電容器單元是由元件、外殼、套管和其他附屬件組成。電容器元件卷繞好后，經(jīng)過串、并聯(lián)連接組成心子，再將心子用包封件打包后裝入外殼，通過套管將引出線引出外殼，連接于線路中。

元件是將板和介質按照定的搭配結構卷繞而成，介質結構搭配如圖l所示

圖1 介質與板搭配示意圖

心子是將若干元件選取定的壓緊系數(shù)壓裝后引線和打包而成。壓緊系數(shù)表征心子中元件平行部分間固體電介質厚度所占的比例，與介質的厚度密切相關，因此，介質厚度的測量準確與否非常重要。

電力電容器所選用的固體介質為聚丙烯薄膜。聚丙烯薄膜按孔隙率分為1型和2型兩類，電力電容器用聚丙烯薄膜屬于2型材料，對于2型材料應分別用質量密度法和千分尺法測量薄膜厚度，有爭議時應采用質量密度法測量厚度。

分別采用質量密度法和千分尺法測量薄膜厚度，根據(jù)兩種方法測量的數(shù)據(jù)對同種產(chǎn)品 BAM11/2根號三-334-1W(帶內熔絲)進行設計計算和分析對比。

BAM11/2根號三-334-1W產(chǎn)品按兩種方法測量的薄膜厚度見表l，采用兩種方法測量的數(shù)據(jù)計算結果見表2。根據(jù)表2的數(shù)據(jù)用“二乘法”進行分析計算，可作出心子高度和板長度分別與心子壓緊系數(shù)之間的關系圖，如圖2和圖3所示。

表2 BAM11／2根號三-334-1W產(chǎn)品的計算結果

由圖2、3可以看出：

1)在保證電容定的情況下，壓緊系數(shù)越大，電容器的心子高度就越低，板長度也越短，這種結果驗證了增加壓緊系數(shù)可以使電容器的制造成本下降。

2)在保證電容定的情況下，心子高度隨壓緊系數(shù)的變大而降低，基本呈線性關系。

3)在保證電容定的情況下，板長度隨壓緊系數(shù)的變大而減短，也基本呈線性關系。

4)在保證電容定的情況下，千分尺法測量厚度所對應的壓緊系數(shù)(簡稱為千分尺法壓緊系數(shù)K)數(shù)值要大于質量密度法測量厚度所對應的壓緊系數(shù)(簡稱為質量密度法壓緊系數(shù)K)的數(shù)值。千分尺法壓緊系數(shù)K和質量密度法壓緊系數(shù)K：均與心子高度呈線性關系。

由表2中數(shù)據(jù)可以看到：

①當電容器心子高度為575 mm時，千分尺法壓緊系數(shù)為0．88，對應的元件板長度為28 968 mm；而質量密度法壓緊系數(shù)為0．82，對應的元件板長度為28 840 mm。

②同電容器用不同方法的數(shù)據(jù)計算出來的結果不同，說明兩種方法之間有定的對應關系。由此可以得出，對應于同種材料，用兩種測量厚度方法得到的數(shù)據(jù)去設計電容器單元，如果采用千分尺法制造出來的心子電容偏大，則說明心子的實際電容更接近質量密度法測量值，在指導實際的生產(chǎn)時，這種誤差會使實際電容器心子高度低于設計高度。

3解決方法

1)對于不同的產(chǎn)品，由于內部結構差異，可能致使線性梯度會有所不同，我們可以通過初步計算得到此梯度值，在生產(chǎn)時用此值來協(xié)調元件板長度和心子高度之間的關系，使電容值滿足要求。

2)當電容器心子高度相同時，千分尺法壓緊系數(shù)和質量密度法壓緊系數(shù)數(shù)值不同。但由于對于同電容器單元，千分尺法壓緊系數(shù)和質量密度法壓緊系數(shù)在表示心子的松緊程度的意義是相等的。在生產(chǎn)時可根據(jù)此值和不同的測量結果，綜合考慮現(xiàn)有的制造、工藝和設備等條件，確定合適的壓緊系數(shù)。

3)在保證電容器制造時環(huán)境、溫度、制造工藝等均相同時，電容值相同、高度相同時，理論上定值的板長度對應定值的電容值，但實際上由于溫濕度、設備、人、測量數(shù)據(jù)等因素的綜合影響，這個板長度不會為定值，而是在個范圍內變化。和實際卷制時的板長度作比較，板長度靠近哪種數(shù)據(jù)，則說明哪種計算結果較靠近實際情況，應予以修正。

4產(chǎn)品驗證

選取DAM9.45-30W產(chǎn)品進行驗證，按兩種方法測量的膜厚度見表3，采用兩種方法測量的膜厚度計算結果見表4。根據(jù)表4的數(shù)據(jù)用“二乘法”進行分析計算，可作出心子高度和板長度分別與心子壓緊系數(shù)之間的關系圖，如圖4和圖5所示。

圖5 壓緊系數(shù)與板長度的關系圖

4.1確定合適的濕干比

先我們保證在壓緊系數(shù)不變的情況下，通過調整極板的長度和心子高度來調整電容器的電容。選擇3種極板長度來卷制3種不同電容的電容器。根據(jù)電容器試制結果來確定電容器在此壓緊系數(shù)下的濕干比。電容器試制數(shù)據(jù)見表5。

表5 DAM9.45-30W產(chǎn)品試制數(shù)據(jù)表

從上表中得到產(chǎn)品的濕干比為1．20～1．21。

4.2確定干心子電容范圍

計算出產(chǎn)品的電容值，再根據(jù)產(chǎn)品的協(xié)議要求范圍和濕干比確定產(chǎn)品干心子電容的控制范圍。根據(jù)產(chǎn)品的協(xié)議要求本產(chǎn)品的電容偏差范圍是±1．8％，計算本產(chǎn)品的干心子電容范圍為 (24．6～25．3)µF。

4.3產(chǎn)品試制

根據(jù)表4中的規(guī)律和生產(chǎn)現(xiàn)場實際情況，保證定值的壓緊系數(shù)，調整元件的卷繞長度和心子高度，使產(chǎn)品干心子電容在控制范圍之內。根據(jù)此方法生產(chǎn)的產(chǎn)品容量全部在要求范圍內，產(chǎn)品通過所有出廠試驗項目，電容器電容控制結果見表6。

表6 DAM9.45-30W的電容控制結果

由表6中可以看出，電容偏差控制在-0．15％-0．2％。滿足協(xié)議要求。由表中看到數(shù)據(jù)有分散性，主要是由于電容器的電容在卷繞時由于卷繞機不同，壓裝人員不同等其他因素引起的，所以，在進行容量控制時要綜合考慮這些方面的影響。

5 安科瑞AZC/AZCL智能集成式電容器介紹

5.1產(chǎn)品概述

AZC/AZCL系列智能電容器是應用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質量的新代無功補償設備。它由智能測控單元，晶閘管復合開關電路，線路保護單元，兩臺共補或臺分補低壓電力電容器構成?？商娲Ｒ?guī)由熔絲、復合開關或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內和柜面由導線連接而組成的自動無功補償裝置。具有體積更小，功耗更低，維護方便，使用壽命長，可靠性高的特點，適應現(xiàn)代電網(wǎng)對無功補償?shù)母咭蟆?/span>

AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數(shù)、頻率、電容器路數(shù)及投切狀態(tài)、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內部晶閘管復合開關電路，自動尋找投入（切除）點，實現(xiàn)過投切，具有過壓保護、缺相保護、過諧保護、過溫保護等保護功能。

5.2產(chǎn)品選型