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浅谈智能电力电容器的电容控制

作者:安科瑞电气股份有限公司时间:2020-08-20 我要发布

任华

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要:本文以产品 BAM11/2-334-1W为例,计算了不同压紧系数时的电力电容器心子高度和元件卷绕板长度,通过分析得到千分尺法压紧系数和质量密度法压紧系数之间的对应关系,根据此关系可以作为电容器电容的控制指导方向,从而使电容器的电容达到用户协议要求。

关键词:千分尺法;压紧系数;质量密度法;电容量控制

0引言

电力电容器是电力系统中重要的装置,用于各种电压等级的电力系统中,用来提高电网功率因数、提高电能利用率,改善电力系统电压质量,并兼有滤除谐波的功能。电力电容器作为无功补偿装置的核心设备,其可靠性和先进性对无功补偿装置起着关键性的作用。随着科学技术的进步,电力系统的设备也在不断改革创新,电力电容器电容的偏差会影响电力系统保护的灵敏性。因此电力电容器电容的偏差范围也越来越小。为了使电力电容器的电容值满足要求,就要对影响电容器电容的因素进行分析研究,压紧系数就是其中因素之一。

1提出问题

电力电容器电容的偏差范围要求越来越窄,这使得车间在进行电容器单元加工时电容器电容很难控制,实际加工出来的电容器心子高度尺寸与设计尺寸不符,心子高度有时偏低或偏高,电容器真空浸渍处理以后电容值偏差也超出了要求范围。

2分析问题

电力电容器单元是由元件、外壳、套管和其他附属件组成。电容器元件卷绕好后,经过串、并联连接组成心子,再将心子用包封件打包后装入外壳,通过套管将引出线引出外壳,连接于线路中。

元件是将板和介质按照一定的搭配结构卷绕而成,介质结构搭配如图l所示

 

1 介质与板搭配示意图

心子是将若干元件选取一定的压紧系数压装后引线和打包而成。压紧系数表征心子中元件平行部分间固体电介质厚度所占的比例,与介质的厚度密切相关,因此,介质厚度的测量准确与否非常重要。

电力电容器所选用的固体介质为聚丙烯薄膜。聚丙烯薄膜按孔隙率分为1型和2型两类,电力电容器用聚丙烯薄膜属于2型材料,对于2型材料应分别用质量密度法和千分尺法测量薄膜厚度,有争议时应采用质量密度法测量厚度。

分别采用质量密度法和千分尺法测量薄膜厚度,根据两种方法测量的数据对同一种产品 BAM11/2-334-1W(带内熔丝)进行设计计算和分析对比。

 BAM11/2-334-1W产品按两种方法测量的薄膜厚度见表l,采用两种方法测量的数据计算结果见表2。根据表2的数据用“二乘法”进行分析计算,可作出心子高度和板长度分别与心子压紧系数之间的关系图,如图2和图3所示。

 

2 压紧系数与心子高度的关系图

 

3 压紧系数与板长度的关系图

1 膜厚度测量结果

 

 

由图2、3可以看出:

1)在保证电容一定的情况下,压紧系数越 大,电容器的心子高度就越低,板长度也越短, 这种结果验证了增加压紧系数可以使电容器的制 造成本下降。

2)在保证电容一定的情况下,心子高度随压 紧系数的变大而降低,基本呈线性关系。

3)在保证电容一定的情况下,板长度随压紧系数的变大而减短,也基本呈线性关系。

4)在保证电容一定的情况下,千分尺法测量厚度所对应的压紧系数(简称为千分尺法压紧系数K)数值要大于质量密度法测量厚度所对应的压紧系数(简称为质量密度法压紧系数K)的数值。千分尺法压紧系数K和质量密度法压紧系数K:均与心子高度呈线性关系。

由表2中数据可以看到:

①当电容器心子高度为575 mm时,千分尺法压紧系数为0.88,对应的元件板长度为28 968 mm;而质量密度法压紧系数为0.82,对应的元件板长度为28 840 mm。

②同一电容器用不同方法的数据计算出来的结果不同,说明两种方法之间有一定的对应关系。由此可以得出,对应于同一种材料,用两种测量厚度方法得到的数据去设计电容器单元,如果采用千分尺法制造出来的心子电容偏大,则说明心子的实际电容更接近质量密度法测量值,在指导实际的生产时,这种误差会使实际电容器心子高度低于设计高度。

3解决方法

1)对于不同的产品,由于内部结构差异,可能致使线性梯度会有所不同,我们可以通过初步计算得到此梯度值,在生产时用此值来协调元件板长度和心子高度之间的关系,使电容值满足要求。

2)当电容器心子高度相同时,千分尺法压紧系数和质量密度法压紧系数数值不同。但由于对于同一电容器单元,千分尺法压紧系数和质量密度法压紧系数在表示心子的松紧程度的意义是相等的。在生产时可根据此值和不同的测量结果,综合考虑现有的制造、工艺和设备等条件,确定合适的压紧系数。

3)在保证电容器制造时环境、温度、制造工艺等均相同时,电容值相同、高度相同时,理论上一定值的板长度对应一定值的电容值,但实际上由于温湿度、设备、人、测量数据等因素的综合影响,这个板长度不会为一定值,而是在一个范围内变化。和实际卷制时的板长度作比较,板长度靠近哪种数据,则说明哪种计算结果较靠近实际情况,应予以修正。

4产品验证

选取DAM9.45-30W产品进行验证,按两种方法测量的膜厚度见表3,采用两种方法测量的膜厚度计算结果见表4。根据表4的数据用“二乘法”进行分析计算,可作出心子高度和板长度分别与心子压紧系数之间的关系图,如图4和图5所示。

3 两种方法测量的膜厚度

 

4  DAM9.45-30W产品计算结果

 

 

4 压紧系数与心子高度的关系图

 

5 压紧系数与板长度的关系图

4.1确定合适的湿干比

首先我们保证在压紧系数不变的情况下,通过调整极板的长度和心子高度来调整电容器的电容。选择3种极板长度来卷制3种不同电容的电容器。根据电容器试制结果来确定电容器在此压紧系数下的湿干比。电容器试制数据见表5。

5 DAM9.45-30W产品试制数据表

 

从上表中得到产品的湿干比为1.20~1.21。

4.2确定干心子电容范围

计算出产品的电容值,再根据产品的协议要 求范围和湿干比确定产品干心子电容的控制范 围。根据产品的协议要求本产品的电容偏差范围是±1.8%,计算本产品的干心子电容范围为 (24.6~25.3)µF。

4。3产品试制

根据表4中的规律和生产现场实际情况,保证一定值的压紧系数,调整元件的卷绕长度和心子高度,使产品干心子电容在控制范围之内。根据此方法生产的产品容量全部在要求范围内,产品通过所有出厂试验项目,电容器电容控制结果见表6。

6 DAM9.45-30W的电容控制结果

 

由表6中可以看出,电容偏差控制在-0.15%-0.2%。满足协议要求。由表中看到数据有分散性,主要是由于电容器的电容在卷绕时由于卷绕机不同,压装人员不同等其他因素引起的,所以,在进行容量控制时要综合考虑这些方面的影响。

5 安科瑞AZC/AZCL智能集成式电容器介绍

5.1产品概述

AZC/AZCL系列智能电容器是应用于0.4kV、50Hz低压配电中用于节省能源、降低线损、提高功率因数和电能质量的新一代无功补偿设备。它由智能测控单元,晶闸管复合开关电路,线路保护单元,两台共补或一台分补低压电力电容器构成。可替代常规由熔丝、复合开关或机械式接触器、热继电器、低压电力电容器、指示灯等散件在柜内和柜面由导线连接而组成的自动无功补偿装置。具有体积更小,功耗更低,维护方便,使用寿命长,可靠性高的特点,适应现代电网对无功补偿的更高要求。

AZC/AZCL系列智能电容器采用定式LCD液晶显示器,可显示三相母线电压、三相母线电流、三相功率因数、频率、电容器路数及投切状态、有功功率、无功功率、谐波电压总畸变率、电容器温度等。通过内部晶闸管复合开关电路,自动寻找投入(切除)点,实现过零投切,具有过压保护、缺相保护、过谐保护、过温保护等保护功能。

5.2产品选型

AZC系列智能电容器选型:

补偿

方式

投切装置类型

容量

(kvar)

规格型号

外形尺寸(mm)

长度

宽度

高度

三相

共补

SP1

复合开关

投切

20+20

AZC-SP1/450-20+20

380

80

300

15+15

AZC-SP1/450-15+15

380

80

270

20+10

AZC-SP1/450-20+10

380

80

270

10+10

AZC-SP1/450-10+10

380

80

250

10+5

AZC-SP1/450-10+5

380

80

250

5+5

AZC-SP1/450-5+5

380

80

250

2。5+2。5

AZC-SP1/450-2.5+2.5

380

80

250

 

补偿

方式

投切装置类型

容量

(kvar)

规格型号

外形尺寸(mm)

长度

宽度

高度

三相

共补

SP1

同步开关

投切

20+20

AZC-SP1/450-20+20(J)

380

80

300

15+15

AZC-SP1/450-15+15(J)

380

80

270

20+10

AZC-SP1/450-20+10(J)

380

80

270

10+10

AZC-SP1/450-10+10(J)

380

80

250

10+5

AZC-SP1/450-10+5(J)

380

80

250

5+5

AZC-SP1/450-5+5(J)

380

80

250

2.5+2.5

AZC-SP1/450-2。5+2。5(J)

380

80

250

单相

分补

FP1

复合开关

投切

30

AZC-FP1/250-30

380

80

330

20

AZC-FP1/250-20

380

80

270

15

AZC-FP1/250-15

380

80

270

10

AZC-FP1/250-10

380

80

250

7。5

AZC-FP1/250-7。5

380

80

250

5

AZC-FP1/250-5

380

80

250

同步开关

投切

30

AZC-FP1/250-30(J)

380

80

330

20

AZC-FP1/250-20(J)

380

80

270

15

AZC-FP1/250-15(J)

380

80

270

10

AZC-FP1/250-10(J)

380

80

250

7.5

AZC-FP1/250-7.5(J)

380

80

250

5

AZC-FP1/250-5(J)

380

80

250

 

AZCL系列智能电容器选型:

补偿

方式

电抗器

类型

容量

(kvar)

规格型号

外形尺寸(mm)

长度

宽度

高度

三相

共补

SP1

电抗率7%

材质铝

40

AZCL-SP1/480-40-P7

480

200

380

35

AZCL-SP1/480-35-P7

480

200

380

30

AZCL-SP1/480-30-P7

480

200

380

25

AZCL-SP1/480-25-P7

480

200

380

20

AZCL-SP1/480-20-P7

480

200

380

15

AZCL-SP1/480-15-P7

480

200

380

10

AZCL-SP1/480-10-P7

480

200

380

5

AZCL-SP1/480-5-P7

480

200

380

电抗率14%

材质铝

40

AZCL-SP1/525-40-P14

480

200

380

35

AZCL-SP1/525-35-P14

480

200

380

30

AZCL-SP1/525-30-P14

480

200

380

25

AZCL-SP1/525-25-P14

480

200

380

20

AZCL-SP1/525-20-P14

480

200

380

15

AZCL-SP1/525-15-P14

480

200

380

10

AZCL-SP1/525-10-P14

480

200

380

5

AZCL-SP1/525-5-P14

480

200

380

单相

分补

FP1

电抗率7%

材质铝

30

AZCL-FP1/280-30-P7

480

200

380

25

AZCL-FP1/280-25-P7

480

200

380

20

AZCL-FP1/280-20-P7

480

200

380

15

AZCL-FP1/280-15-P7

480

200

380

10

AZCL-FP1/280-10-P7

480

200

380

5

AZCL-FP1/280-5-P7

480

200

380

电抗率14%

材质铝

30

AZCL-FP1/280-30-P14

480

200

380

25

AZCL-FP1/280-25-P14

480

200

380

20

AZCL-FP1/280-20-P14

480

200

380

15

AZCL-FP1/280-15-P14

480

200

380

10

AZCL-FP1/280-10-P14

480

200

380

5

AZCL-FP1/280-5-P14

480

200

380

 

 

补偿

方式

电抗器

类型

容量

(kvar)

规格型号

外形尺寸(mm)

长度

宽度

高度

三相

共补

SP1

电抗率7%

材质铜

40

AZCL-SP1/480-40-P7

480

200

380

35

AZCL-SP1/480-35-P7

480

200

380

30

AZCL-SP1/480-30-P7

480

200

380

25

AZCL-SP1/480-25-P7

480

200

380

20

AZCL-SP1/480-20-P7

480

200

380

15

AZCL-SP1/480-15-P7

480

200

380

10

AZCL-SP1/480-10-P7

480

200

380

5

AZCL-SP1/480-5-P7

480

200

380

电抗率14%

材质铜

40

AZCL-SP1/525-40-P14

480

200

380

35

AZCL-SP1/525-35-P14

480

200

380

30

AZCL-SP1/525-30-P14

480

200

380

25

AZCL-SP1/525-25-P14

480

200

380

20

AZCL-SP1/525-20-P14

480

200

380

15

AZCL-SP1/525-15-P14

480

200

380

10

AZCL-SP1/525-10-P14

480

200

380

5

AZCL-SP1/525-5-P14

480

200

380

单相

分补

FP1

电抗率7%

材质铜

30

AZCL-FP1/280-30-P7

480

200

380

25

AZCL-FP1/280-25-P7

480

200

380

20

AZCL-FP1/280-20-P7

480

200

380

15

AZCL-FP1/280-15-P7

480

200

380

10

AZCL-FP1/280-10-P7

480

200

380

5

AZCL-FP1/280-5-P7

480

200

380

电抗率14%

材质铜

30

AZCL-FP1/280-30-P14

480

200

380

25

AZCL-FP1/280-25-P14

480

200

380

20

AZCL-FP1/280-20-P14

480

200

380

15

AZCL-FP1/280-15-P14

480

200

380

10

AZCL-FP1/280-10-P14

480

200

380

5

AZCL-FP1/280-5-P14

480

200

380

 

5。3产品实物展示

 

AZC系列智能电容模AZCL系列智能电容模块

 

安科瑞无功补偿装置智能电容方案

6 结束语

1)如果原材料的测量数据准确,对同一种电容器来说,采用千分尺法或质量密度法,虽然压紧系数的数值不同,但心子实际的松紧程度一样,心子高度也相同。

2)根据实际聚丙烯薄膜测量结果作出产品的心子高度与压紧系数的关系图和极板长度与压 紧系数的关系图,选取合适的压紧系数、极板长度和心子高度,可以控制电容偏差在要求范围之内。

3)在进行电容器容量控制时要综合考虑机器、人、环境等因素的综合影响。

参考文献

[1] 李葆申,叶淑珍.关于无功补偿分类术语和定义的探讨[J].电力电容器与无功补偿,2011,32(5):61-63.

[2]郭银杏,张凡,贾华.浅析“电力电容器电容控制”.

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册。2020。06版

作者简介:

任华,女,本科 现任于安科瑞电气股份有限公司

联系电话:021-59104851 

手机:187-0211-2061 QQ: 2880157851

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