摘要： 充气集合式高压并联电容器是在原传统充油集合式电容器的基础上研究发展起来的新产品。散热、绝缘、密封等问题是本项目的主要研究内容。本文着重介绍关键技术难题的解决办法，并介绍了产品的性能和特点。
关键词： 充气集合式高压并联电容器 气体绝缘 热管散热
1 前言 随着我国经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，
电力需要量不断增长，安全环保问题日益倍受关注，迫切需要难燃防爆、不污染环境的输
配电设备。我国城乡电网建设和改造的明确指导思想是向少油化、无油化发展。无油化产品日益受到电力部门的欢迎，需求量不断增长。随着电力技术的不断进步，新技术发展日新月异，新产品开发层出不穷。目前无油化干式绝缘的组合电器、互感器、
变压器、
电抗器、断路器已越来越广泛的使用，但缺乏价廉质美的干式无油的高电压电容器，现在高压并联补偿成套装置中，其它配套设备都可容易的实现无油化，唯有高压并联电容器由于其工作介质的特殊性，实现产品无油化，困难很大。目前干式无油化的高压电容器只有少量产品在运行，其技术并未十分成熟，产品性能并不十分稳定，而且造价较高，难以大量推广使用。因此少油化难燃防爆的充气集合式并联电容器应运而生。传统的充油集合式高压并联电容器由于其接线简单，安装使用维护方便，占地面积少，很受用户欢迎，但由于其装有大量的绝缘油，不符合电力系统无油化的趋势。新型的充气集合式高压并联电容器是在已大量生产并有十几年制造及运行经验的充油式集合式电容器的基础上发展起来的，以不燃的绝缘气体代替大量的绝缘油，使原有产品的优点得以保留发挥，又符合安全环保少油化的观念。充气集合式高压并联电容器产品的研制成功和推广使用，满足了市场的要求，受到用户的十分青睐。
2 充气集合式高压并联电容器的研究 传统充油式的集合式并联电容器，由于在大箱壳和单元电容器之间充有几百千克至几千千克的大量可燃性绝缘油（变压器油或烷基苯油），产品存在着易渗漏油，故障条件下易燃易爆，污染环境，重量大等缺陷。以不燃性绝缘气体代替上述的绝缘油，可以克服其缺点。但绝缘气体与绝缘油相比，在一般条件下其绝缘性能和散热性能都比绝缘油差，而且气体更不易密封。因此，如何选择合适的绝缘气体，尽量降低产品的发热量，解决散热、绝缘、密封等问题，是开发该产品的主要研究内容，其中散热问题是研究的重点和难点。
2．1 散热
SF6气体是热的不良导体，其散热性能比绝缘油差得多。如果只是简单地将充油的集合式电容器的油更换为气体，势必造成电容器单元温升过高，性能劣化造成热击穿损坏。因此，解决充气集合式电容器的热稳定、热击穿问题，尽量降低单元电容器的温升以保持其良好的运行状态是本项目研究的重点，也是难点所在。对于全膜电容器，其内部最热点的温度应不大于80℃，而且为减轻其他方面的降低温升的难度，单元最热点与单元外壳间的温升应控制在6℃以下。
为了确保电容器单元内部的运行温度不超过允许值，必须严格控制单元的损耗。工厂标准为tanδ不大于3×10－4。实践证明，企业现有的技术水平能够达到。一般情况下单元的介损正切值tanδ不超过2×10－4。
来源:www.55dianzi.com 另外，在箱体外壳上增加一定数量的加强筋，尽量增大大外壳的散热面积，以减少大外壳对环境空气的温升。
如何尽量降低电容器单元的外壳至大箱体之间的温升是我们研究的重点内容。为此我们作了大量的研究工作。首先精心安排电容器单元在大箱体的结构布置，使结线简单绝缘可靠，又使热流顺畅，不出现局部过热，以便电容器单元的热能在不增加附加的强制散热措施的条件下，通过传导、对流辐射的方式有效的传输至大箱壳。为了确保电容器单元不会因为散热不佳而性能劣化，我们经过研究，采取更为有效的强制散热措施，将航空航天领域上采用的热管散热技术应用到本产品中，在电容器单元外壳与大箱体外壳间装设热管散热装置，这是我们本项目研究所取得的有效实用的成果。热管的工作原理（见图1）如下，热管的吸热段吸收热能传给热管内的工质，工质由于在一定的环境条件下的特殊性，吸收热量由液相变为气相，气相的工质在热管内在压差动力的作用下，通过传输段到达冷却散热段，由于冷却段的温度较低，工质由气相变为液相放出热能。热管传热的热阻小，传输功率大，能实现远距离变方向供热，而且启动快，传输速度良好，散热效果显著。通常的热管体内是较高的负压，我们为了保证热管的使用寿命，采用常压下的热管，即工质在常压（0．1MPa）状态下，当温度达到其汽化温度时，即可汽化，并能正常回凝，散发热量。
为了检验热管的散热效果，我们对试品在装有热管和不装热管的情况下进行了很多对比研究试验，以便确定热管的最佳结构。表1是试品的热稳定性试验数据。试验方法按标准JB7112－2000，试验电压为1．2倍额定电压。
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研制充气集合式电容器的关键是解决温升问题，我们认为采用热管散热是很有效的解决办法。我们从热管的原理、各种影响散热传热的因素、加工制造工艺以及热管散热器的安装使用等各个方面，都进行了广泛深入艰难的探索研究试验，克服各种困难，终于取得了突破，研制出适合本产品，性能优良，安装方便的内装热管散热装置，使困扰已久的温升问题迎刃而解。产品的型式试验证明，温升符合要求，而且还有一定的裕度，保证电容器单元不会因散热不佳而导致热损坏，确保其安全运行，从而达到防爆防燃要求。只有温升问题合理的解决了，充气集合式电容器才能发挥其应有的优点。内装热管散热装置的成功使用，使产品的安全运行有了可靠的保证。
2．2 绝缘
绝缘气体在充气集合式高压并联电容器中，承担着大箱壳内电容器单元的外绝缘以及电容器单元与箱壳间的绝缘和散热作用。六氟化硫（SF6）气体是一种理化性能十分稳定，绝缘和灭弧性能优良的气体，发现于1900年。二十世纪三十年代后开始工业化生产。由于它具有优良的理化特性和绝缘灭弧性能，二十世纪四十年代开始应用于电力设备。目前SF6气体及其混合气体已广泛使用于断路器、互感器、GIS等电力设备中。毫无疑问SF6气体或其混合气体是充气集合式电容器自然而然的理想选择。问题是气体的压力范围以及SF6气体与各混合气体的比例如何选择还须认真研究确定。
本文关键字：产品 电容器 开发 电容器，电工技术 - 电容器
