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2018-03-29 11:20:00

国内电力电容器行业技术现状分析

电力电容器制造业发展是从20世纪50年代开始的,发展至今已经有50多年的历史。总体说来,我国电力电容器发展历史可分为3个阶段。

第1阶段,20世纪70年代以前,基本上以电容器纸为固体介质,以矿物油或PCB为液体介质。

第2阶段,70-80年代初,聚丙烯膜与电容器纸复合介质电容器取代了全纸电容器,它以十二烷基苯、硅油、二芳基乙烷、异丙基联苯等为液体介质。 这些新介质的采用,使膜纸复合介质电容器的损耗仅为全纸电容器的1/3,约为0.8??1.5W/kvar。产品发热问题得到改善,单台容量提高近20倍。同时,由于新液体介质具有良好的吸气性能,使电容器运行及发生故障时外壳膨胀爆破的可能性大为减少,大大提高了电网安全运行的可靠性。

第3阶段,从80年代初开始,全膜电容器逐渐代替膜纸复合介质产品。它以聚丙烯膜为固体介质,以二芳基乙烷、苄基甲苯或SAS-70为液体介质,电容器的单台容量达到334-1000kvar,电容器损耗降低到0.1-0.2W/kvar,可靠性得到了很大的提高。

我国电力电容器当前生产的主要品种有高、低压并联电容器及成套装置、滤波电容器及成套装置、电热电容器、耦合电容器及电容式电压互感器、试验室用电容器及成套装置等。其中高、低压并联电容器及成套装置包括自愈式电容器、高压并联电容器、集合式电容器及成套装置。

目前国内电力电容器行业综合技术现状

近年来,随着电容器设计、制造水平的提高,高性能绝缘油和双面粗化膜等介质的选用,铝箔折边、压力注油、压力浸渍等工艺的广泛采用,整个国内电力电容器行业已形成了以全膜电力电容器产品为主导、多种新产品并存的主要格局。目前国外可以生产的产品品种,国内企业基本都可生产,并且有一部分产品已达到国际先进水平,一部分优势企业已开始问鼎国际市场并取得了不俗的战绩。主要电力电容器产品的技术现状:

1、高压并联电容器及交流滤波电容器

①实现了介质材料的进步。具有耐电强度高、介损小等优点的全薄膜介质,取代了膜纸复合介质介质。1999年电容器介质实现全膜化后,在介质材料应用上与国际先进水平相同,是我国电力电容器制造技术的一大飞跃。浸渍液体材料中性能优良的苄基甲苯(M/DBT)或SAS-70正逐步成为我国采用的主导浸渍介质。

②产品设计大有改进。目前广泛采用的是设计结构是全膜介质(既可以是三层粗化膜介质,也可以是两层双面粗化膜介质),铝箔突出折边。新结构介质耐电强度高,损耗小,铝箔折边改善边缘场强,改善局部放电性能。铝箔突出焊接引出,不插引线片,排除了引线片对介质造成的机械损伤。同时,就产品内部来说,现在先进的国产大容量电容器已经采用新型内熔丝技术。

③产品性能有了很大的提高。以量大面广的壳式电容器为例,将20世纪90年代中期的主导产品BFF型膜纸复合电容器与现今的BAM型全膜电容器的技术经济性能进行对比可知,现在生产的电容器单台容量有了大幅提高,介质损耗降低到原来的1/4以下,单位kvar的质量和体积降为原来的2/3以下。新产品大都采用新型结构的内熔丝,可按用户要求采用不锈钢外壳,外壳绝缘水平和爬电比距也都有了等级上的提高。

④制造技术和工艺进步。现在国内电容器制造企业都先后进口了国际上最先进的电容器元件全自动卷制机和/或全自动真空浸渍设备;焊接、油漆设备和工艺也有了很大改进,在关键工艺设备上已经或正在更新换代。电容器外壳自动成型机、外壳自动焊机、滚装式一体化套管等设备及配件得到了应用,相应的产品质量也有稳定提高,基本上杜绝了渗漏油问题,油漆和外观质量也有了很大提高。

⑤开发了多种新品种电容器。为满足我国电力系统及广大企业用户的需要,电力电容器行业通过吸收国外先进技术及自主创新,开发并生产了多种新型高压电容器,用于无功补偿和交直流滤波领域,分别介绍如下:

集合式并联电容器,它于20世纪80年代中期开发,90年代逐步在电力系统推广应用,目前应用已非常广泛,约占全部高压并联电容器的30%。这种产品开发之初从日本Tank式电容器得到启发,但有自己独创之处。与日本电容器相比,有两点显著不同:一是日本电容器内部是大元件的组合体,而集合式并联电容器却是带小铁壳的电容器单元组合体;二是日本电容器内部元件不用内熔丝,而集合式并联电容器单元内的元件却均串有内熔丝。这两个不同,成功地结合了中国国情,降低了生产的难度,提高了运行可靠性。同时,由于它具有占地面积小、安装方便、运行和维护简单;外壳接地,对人安全;引出套管少,耐污秽,防鸟害、虫害的问题容易解决等普通组架式电容器所无法比拟的优点,因此受到了广大用户的青睐。2004年,单台容量12Mvar,集合式电容器首次在500kV枢纽变电站成功投人运行,其占地面积比同容量常规组架式电容器节省1/3以上。

充气集合式并联电容器,它是在上述充油集合式并联电容器基础上,从2003年开始发展起来的新品种。用微正压(通常表压0.04MPa)的SF6与氮气的混合气体取代可燃的绝缘油,充入集合式电容器的大箱体内。这种新产品除具有上述充油集合式电容器的优点外,还具有难燃、防爆、不会漏油污染的优点,不必在变电站增设储油坑和防火墙等附加设施。与自愈式高压电容器相比,具有寿命长、价格低的优点。由于适应了城市变电站设备无油化的要求,这种新产品一问世,市场发展就很快,2003年产量已达100万kvar,今后有更广阔的发展前景。

自愈式高电压并联电容器,它是1998年开始在原自愈式低电压并联电容器的技术基础上发展起来的高压干式电容器,由于能满足城市变电站设备无油化的迫切要求,对城网用户有很大吸引力,年产量很快便扩大到100多万kvar。在国际上应该说是一项领先技术,随着保护装置的改进和运行可靠性的提高,市场将会进一步扩大。

静止型动态无功补偿装置(SVC),由于相控阀技术的成熟和散热方式的改进,设备价格大幅下降,达到用户能够接受的水平,因此该装置近几年发展很快,已在冶金企业广泛采用。用户切实感受到了其在功率因数动态补偿、抑制闪变和稳定供电电压方面带来的好处,并产生了巨大的经济效益,通常2~3年即可收回设备投资。目前,在企业应用已经成熟,正在努力应用于电力系统。

直流输电用高压电容器,在直流输电工程用电力电容器中,国产500kV并联电容器已成功应用于天广、三常、三广和贵广直流工程。交直流滤波电容器、交直流PLC滤波电容器和直流藕合电容器也有少量在运行中。这类产品的特点是电压高、承受的谐波大,装置的容量大,使我国电力电容器技术提高到了一个新水平。

2、低压并联电容器

通过引进国外技术和生产线,在20世纪90年代实现了低压并联电容器产品的更新换代。以金属化聚丙烯薄膜为介质的自愈式电容器取代了传统的铝箱为极板的油浸纸介质电容器,2003年的产量已达15000Mvar以上。自愈式电容器的主要优点是单台容量大、介损小、体积小、质量小、价格低,同时它也使低压无功补偿装置的面貌焕然一新。新装置单柜容量大,广泛采用电容器专用接触器或晶闸管、机械复合开关,采用了以无功量、功率因数为控制对象的各种先进的控制器,低压静补装置(SVC)也已问世。

3、成套装置

近20年来,国产并联电容器装置有了很大的发展。主要有以下特点:

①电压等级高,整组容量大,单台一般为334-800kvar,电压为6-500kV,整组1-400Mvar。

②主断路器为真空、SF6开关油。过电压保护采用用避雷器,电容器组的保护方式较多,并趋于完善。

③设有专用的放电装置,通常用电容器内放电电阻电容器专用放电线圈,放电线圈具有保护用二次线圈

④装置的内部故障保护采用外熔断器或内熔丝、继电器保护等。

与国外产品的技术差距

我国电容器制造技术与跨国公司相比,总体差距仍然较大,国产电容器在体积、质量、耗材等经济指标上还有较大差距。原材料(如聚丙烯薄膜)性能有待提高,无功补偿装置的配套设备也急待开发新产品(如选相分合开关)和提高产品质量(如开关的重燃、串联电抗器的绝缘问题)。尤其在技术含量较高的高电压等级产品上,国内目前仅有少数企业能够生产,因此技术水平将成为评判国内企业发展前景的最重要的指标之一。

目前,国内产品与国际先进产品水平的差距,主要是产品外观差,主要技术经济指标比特性(kg/kvar)较大,产品成套性差。

主要产品技术指标差异:

1、国产壳式高压并联电容器的单台容量小。从20世纪80年代末期至今,国产大容量电容器仍然是以单台334kvar产品为主导,近年出现了500kvar的电容器产品,西安ABB合资公司的产品单台容量达到823kvar。而国外瑞典、美国GE公司、美国COOPER公司等从1998年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=1:1.5:2,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。目前我国生产的全膜高压并联电容器的工作场强还较低(45~55MV/m),与国外相比(工作场强60~70MV/m)还有较大差距。国内此类电容器的单台容量已做到500-700kvar/台,对于集合式和缩小型高压并联电容器的单台容量已做到10000kvar/台,电容器损耗功率已不大于0.5W/kvar,与国际先进水平的差距表现在单位容量电容器的质量和体积均较大,国内电容器为0.2~0.8kg/kvar,而发达国家生产同类电容每kvar的质量为0.1~0.2kg/kvar。国内外电容器介质工作场强、内部元件电压和质量比特性对比见表2。

3、低压自愈式并联电容器整体产品与国际水平比还有差距。所用设备主要靠进口,国产金属化膜的质量不稳定,原材料部分也是进口的。

4、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,并可使主变压器结构简化、造价降低、提高输送功率。

5、产品外观上的差距。国产电容器普遍存在着造型不够美观、加工工艺粗糙、焊接和防腐涂层质量差等明显差距。

6、在静止型动态无功补偿和串联补偿等高新技术方面还存在着很大差距。从20世纪80年代初开始时,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发展,从根本上改变了国产电容器的技术状况,从产品运行可靠性来讲,国产电容器与进口产品相比并不逊色,有的还优于进口产品。近年来,该行业紧跟国外先进技术的发展趋势,成功地推动了产品的技术进步,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,开发了许多适应我国国情和有利于环境保护的新品种,产品质量明显提高,基本上满足了我国电力工业快速发展的需要。

新的需求和技术发展方向

1990年以后,国民经济发展速度加快,供用电部门对无功功率补偿的需求日渐迫切,但早期从国外引进的成套装置相继出现电容器大批损坏,加之服务方面的原因,国家认为仅靠进口不能根本解决问题。此时,国内电容器行业开始向电力用户提供并联电容器成套装置。相关行业在这种形势的推动下,积极开展电容器及有关配套件的开发研制,使得上述情况很快有了变化:电容器由于介质不断更新换代,单台大容量产品问世,目前国内最大可达0.7-1Mvar。

1、进一步提高电力电容器的技术水平

电力电容器是无功补偿装置的核心,近几年制造技术有了很大提高,但与国外先进技术水平还有很大差距,主要是原材料(特别是薄膜介质材料)、工艺装备和管理体制等方面造成的。要缩小这个差距,如将近2年目标定为主导产品单台容量500kvar、比特性0.15??0.2kg/kvar,就需要我们完善先进的工艺装备,同时要在体制改革上有所突破。国外企业产品品种虽多,但分别交由大企业集团的专业工厂制造,专业化使产品质量提高,也促使技术更新加快。因此,企业机制的改革是技术进步的基础。

2、产品向高可靠性、无油化和环境适应性方向发展。合理选择内熔丝、外熔丝和无熔丝结构很重要。从无油化考虑,自愈式高电压电容器、充气集合式电容器都是可供选择的方案。这一切均要以安全可靠为基础。

3、大力发展新型滤波、静补和串补装置。由于电力电子器件的应用,电网中谐波污染愈加严重,发展经济、适用、高效的无源和有源滤波器是十分必要的。目前,国产静补装置主要应用于冶金企业,在电力系统必须大力发展先进的静补装置,以替代运行费用高的老式调相机组,增加系统的运行稳定性。串补装置包括固定串补和可控串补,目前主要依赖进口,尽快实现串补装置国产化是提高输电容量和保证系统稳定性的重要措施。

4、直流输电用电力电容器全品种国产化。我国已成功运行5条超高压直流线路,电力电容器是其中的一项重要设备。在直流换流站,应用到9种不同类型的电力电容器,其中的并联电容器已实现国产化,交直流滤波电容器还属于小批试运行阶段,主要靠进口。所以,实现直流输电电容器全品种国产化,特别是交直流滤波电容器国产化,努力达到或接近国外先进水平是当务之急。

5、自2005年国家提出特高压电网的构想之后,百万伏级交流和±800kV级直流系统特高压电网无疑成为今后几年内国内电网建设最引人注目的概念。国家电网公司2006-2010年主要目标之首就是以特高压电网为核心的国家电网规划建设取得突破性进展,特高压示范工程已开工建设。国家电网公司要在近两年内建成两条1000kV特高压交流输变电工程,一是陕北、晋东南、南阳、荆门、武汉的中线工程,二是淮南、皖南、浙北、上海的东线工程。同时±800kV直流输电工程的四川??上海也已经开工建设。南方电网公司与国家电网公司形成呼应之势,南方电网将采用±800kV直流和1000kV交流输电技术在南方五省建设长距离电网。建设长距离的超高压电网,需要电量的变电设备,普通电力电容器不能满足需求,因而需要大量的高压电力电容器产品。

6、加速科技研发,促进无功补偿装置技术的应用。加强各种交流无功补偿装置,交、直流输电用滤波成套装置,冶金等行业用SVC等成套设备的技术交流,抓紧无功补偿装置有关标准的制定和修订,提高无功补偿装置制造的技术水平。积极开展无功补偿技术的学术交流和讲座,进一步推进低压无功补偿装置的制造和应用水平。

7、除了高压交流滤波和并联电容器、高压直流滤波电容器之外,阀用电容器、交流PLC电容器、直流PLC电容器、中性线电容器、直流断路器用电容器也将有市场需求。

企业研发重点及应注意的问题

企业研发重点

近期开发的产品,在现有产品的基础上,电力电容器向大容量、全膜化、系列化、技术成套化方向发展,争取尽快缩短与国际先进技术的差距;中期开发的产品,顺应国际先进技术的发展趋势,实现超高压输电设备的国产化,填补国内空白,并代替进口;长期开发的产品,要拥有自主知识产权,技术含量高,在国际市场有较强的竞争能力。

根据国外的先进经验和电力电容器行业技术的发展趋势,企业研发应向以下几个方面发展:

1、凭借技术优势发展高端产品和高附加值产品,在产品结构上除重点发展全膜介质高压并联电容器、滤波电容器、高压输电线路用串联补偿和可控串补成套装置的同时,特别是高性能的750kV、1000kV电容式电压互感器,GIS用互感器,以满足我国电力工业建设、城网改造以及其它工业领域发展的需要。

2、研制适用于电弧炉,大型轧钢机,电力机车,大功率换流高效设备等冶金、化工、电气化铁道等方面需要的电力系统用静止无功补偿装置(SVC)及静止无功发生器(ASVG)。

3、超高压直流输电用电力电容器的发展。我国到2020年计划建设16条直流输电线路,'十一五'期间西电东送需建设多条±500kV输电线路,直流输电在换流站将产生大量谐波,同时换流站本身还需要补偿大量的无功功率,据测算一条直流输电线路需要600万kvar电力电容器,因此需要开发600万kvar,比特性不大于0.15kg/kvar的电力电容器及其装置,以满足直流输电线路的需要。

4、电容器装置的噪声抑制的研究。随着城市化的发展及建设社会主义和谐社会的要求,降低电容器装置的噪声,减少对环境的影响已经成为电容器发展的重要问题。

5、研制和开发1000kV超高压电容式电压互感器、GIS用互感器及电子式互感器。

6、开发和研制混合型(无源和+有源)滤波装置。

7、发展无油化、电容式电压互感器、电子式电压互感器。

8、提高产品质量,降低成本,加大产品开发和营销力度,提高电力电容器出口能力,满足电力电容器产品出口的需要。

应注意的问题

1、质量尚存问题。近几年不少企业加大技改力度,积极引进国际先进设备,使产品质量有明显提高。但仍然存在产品渗漏油、外观差、成套产品配套性差、配套件质量不过关等问题,使产品缺乏市场竞争力。

2、科研投入不足。许多企业只顾短、平、快的市场竞争,投入科研的力量很少,乡镇企业及私有企业科研人员更为缺乏,甚至无力搞科研工作。所以近几年来,企业只是积极开发满足市场需要的产品,而缺乏中长期和基础理论技术的研究,如电容器元件的内熔丝研究、元件耐压值的研究、介质结构的研究和真空浸渍工艺的研究等,影响了产品水平的进一步提高。

3、产品标准化程度差。电力电容器产品型号、规格多,同一种规格产品在同一企业又有几种尺寸,由于产品标准化程度差,既增加了工时,提高了生产成本,也影响了产品质量,这也是与国外同行业企业间的主要差距之一。

4、原材料质量不过关。目前国内电力电容器生产企业所用的国产原材料(主要是双轴定向聚丙烯薄膜、铝箔等)质量较差,瓷套粗笨、外观差,由此严重影响了电力电容器的产品质量和企业的经济技术指标。

在全球经济一体化背景下,竞争日益激烈,我国企业面临着国外电力设备巨头的冲击,企业在优胜劣汰的前景下,只有加强新产品开发和新技术、新材料、新工艺的应用,提高产品质量,降低成本,做好售前、售后服务,才能适应市场竞争的要求。


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