淺談智能電力電容器的電容控制

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(zhì)量密度法壓緊系數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)此關(guān)系可以作為電容器電容的控制指導(dǎo)方向，從而使電容器的電容達到用戶協(xié)議要求。

關(guān)鍵詞：千分尺法；壓緊系數(shù)；質(zhì)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(zhì)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(shè)備，其可靠性和先進性對無功補償裝置起著關(guān)鍵性的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，電力系統(tǒng)的設(shè)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(shè)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(zhì)按照定的搭配結(jié)構(gòu)卷繞而成，介質(zhì)結(jié)構(gòu)搭配如圖l所示

圖1 介質(zhì)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(zhì)厚度所占的比例，與介質(zhì)的厚度密切相關(guān)，因此，介質(zhì)厚度的測量準(zhǔn)確與否非常重要。

電力電容器所選用的固體介質(zhì)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(yīng)分別用質(zhì)量密度法和千分尺法測量薄膜厚度，有爭議時應(yīng)采用質(zhì)量密度法測量厚度。

分別采用質(zhì)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(nèi)熔絲)進行設(shè)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(jié)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(guān)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(jié)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(jié)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(guān)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(guān)系。

4)在保證電容定的情況下，千分尺法測量厚度所對應(yīng)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(zhì)量密度法測量厚度所對應(yīng)的壓緊系數(shù)(簡稱為質(zhì)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(zhì)量密度法壓緊系數(shù)K：均與心子高度呈線性關(guān)系。

由表2中數(shù)據(jù)可以看到：

①當(dāng)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(yīng)的元件板長度為28 968 mm；而質(zhì)量密度法壓緊系數(shù)為0．82，對應(yīng)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(jié)果不同，說明兩種方法之間有定的對應(yīng)關(guān)系。由此可以得出，對應(yīng)于同種材料，用兩種測量厚度方法得到的數(shù)據(jù)去設(shè)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(zhì)量密度法測量值，在指導(dǎo)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(shè)計高度。

3解決方法

1)對于不同的產(chǎn)品，由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(diào)元件板長度和心子高度之間的關(guān)系，使電容值滿足要求。

2)當(dāng)電容器心子高度相同時，千分尺法壓緊系數(shù)和質(zhì)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(zhì)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(jié)果，綜合考慮現(xiàn)有的制造、工藝和設(shè)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(yīng)定值的電容值，但實際上由于溫濕度、設(shè)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(nèi)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(jié)果較靠近實際情況，應(yīng)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(jié)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(guān)系圖，如圖4和圖5所示。

圖5 壓緊系數(shù)與板長度的關(guān)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(diào)整極板的長度和心子高度來調(diào)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(jié)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(diào)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(nèi)。根據(jù)此方法生產(chǎn)的產(chǎn)品容量全部在要求范圍內(nèi)，產(chǎn)品通過所有出廠試驗項目，電容器電容控制結(jié)果見表6。

表6 DAM9.45-30W的電容控制結(jié)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(yīng)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(zhì)量的新代無功補償設(shè)備。它由智能測控單元，晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，線路保護單元，兩臺共補或臺分補低壓電力電容器構(gòu)成?？商娲Ｒ?guī)由熔絲、復(fù)合開關(guān)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(nèi)和柜面由導(dǎo)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(yīng)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(nèi)部晶閘管復(fù)合開關(guān)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

5.3產(chǎn)品實物展示

AZC系列智能電容模AZCL系列智能電容模塊

安科瑞無功補償裝置智能電容方案

6 結(jié)束語

1)如果原材料的測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，對同種電容器來說，采用千分尺法或質(zhì)量密度法，雖然壓緊系數(shù)的數(shù)值不同，但心子實際的松緊程度樣，心子高度也相同。

2)根據(jù)實際聚丙烯薄膜測量結(jié)果作出產(chǎn)品的心子高度與壓緊系數(shù)的關(guān)系圖和極板長度與壓 緊系數(shù)的關(guān)系圖，選取合適的壓緊系數(shù)、極板長度和心子高度，可以控制電容偏差在要求范圍之內(nèi)。

3)在進行電容器容量控制時要綜合考慮機器、人、環(huán)境等因素的綜合影響。

參考文獻

[1] 李葆申，葉淑珍．關(guān)于無功補償分類術(shù)語和定義的探討[J]．電力電容器與無功補償，2011，32(5)：61-63．

[2]郭銀杏，張凡，賈華.淺析“電力電容器電容控制”.

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.06版．

作者簡介：

劉細鳳，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。主要從事智能電力電容器產(chǎn)品的研發(fā)與應(yīng)用