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摘要：本文介紹了無熔絲電容器在國內外的發(fā)展和應用情況，并對這種電容器的工作原理、電容器組的接線方式、電容器單元內部的元件連接方式、技術優(yōu)越性及其應用范圍進行了探討，建議在適當的場合采用無熔絲電容器設計并逐步推廣應用。

　　關鍵詞：無熔絲電容器;全膜介質;極板;接線方式

　　1 無熔絲電容器在國外的發(fā)展和應用

　　目前國外大量應用的并聯(lián)電容器、交流濾波電容器和串聯(lián)電容器(這三種電容器統(tǒng)稱電力電容器)，從電容器內部故障的第一道保護來分，有內熔絲電容器、外熔絲電容器和無熔絲電容器。
國內用戶先是采用外熔絲電容器，后是內外熔絲同時使用，近年開始用內熔絲的電容器就不用外熔絲了，與國外逐步接軌。但是，很多用戶對無熔絲電容器還知道不多，甚至還有疑問：你們剛說內熔絲如何好，怎么又介紹無熔絲電容器，究竟哪種好?這個問題需慢慢說來。

　　美國在20世紀80年代初開始廣泛采用全膜介質電容器后，發(fā)現(xiàn)介質擊穿后兩極板能良好地熔焊在一起，在此基礎上研究和開發(fā)出無熔絲電容器組。1988年美國首先在138kV電容器組的一相上試驗性地安裝了50.4Mvar的無熔絲電容器，單元容量為300kvar。取得經驗后，于1989年10月，世界上第一套無熔絲電容器組(額定電壓115kV，中性點不接地運行)在美國佐治亞州投入商業(yè)運行，以其結構緊湊、外形美觀、運行可靠為人們所稱贊，隨后開始大量推廣應用。目前在美國，無熔絲電容器組為廣大用戶所青睞，在市場上占有主導地位。在歐洲和世界很多地區(qū)，無熔絲電容器也有大量應用，就連以內熔絲技術著稱的ABB公司也生產無熔絲電容器。所不同的是，美國的無熔絲電容器是指在電容器組中單元之間的連接為先串聯(lián)后并聯(lián)，即所謂“先串后并”，電容器單元內部元件連接與外熔絲電容器相同，是“先并后串”，見圖2中c);而ABB的無熔絲電容器不僅單元之間“先串后并”，而且電容器單元內部元件也是“先串后并”，見圖2中d)。

　　國內也有一種特殊的無熔絲電容器在生產和運行著，日新電機(無錫)公司采用日本日新公司技術生產的大容量箱式電容器實際上就是一種無熔絲電容器，內部元件先串后并或少并再串后并，不配備任何內熔絲或外熔絲，這種電容器在我國已經生產和運行了5年以上，是一種特殊結構的無熔絲電容器。
　　2 無熔絲電容器的工作原理

　　2.1 無熔絲電容器的含義

　　1)首先是在電容器組和電容器單元中，既不裝有內熔絲，也不裝有外熔絲。
　　2)為盡量降低一個元件擊穿所引起的其他完好元件上的過電壓和減少整個電容器組的電容變化，電容器單元之間應為“先串后并”的連接方式，如圖2、圖3所示。
　　3)電容器單元內部元件的連接方式有兩種：“先并后串”(見圖1c)和“先串后并”(見圖1d)。
　　2.2 無熔絲電容器的工作原理

　　任何絕緣介質都具有空隙或裂紋等局部質量缺陷，形成了所謂“電弱點”，在運行中電弱點介質加速老化，造成元件擊穿。人們用內熔絲或外熔絲技術及時切斷擊穿元件或擊穿的電容器單元，使整臺電容器和整個電容器組繼續(xù)保持正常運行，這是多年來的傳統(tǒng)做法。當電容器單元采用全膜介質后，人們發(fā)現(xiàn)，介質的擊穿會使兩極板形成牢固的熔接，就象是介質薄膜從極板間抽出一樣。于是，這一特性就構成了無熔絲電容器的基本原理。
       2.3 故障電容器特性驗證

　　在無熔絲電容器開發(fā)應用之前，美國ABB公司(原西屋公司)對全膜介質的故障電容器單元進行了以下驗證試驗，證明介質擊穿后極板能可靠連接：
　　1)連續(xù)電流試驗。試品為由過電壓造成極間完全擊穿的電容器單元，讓短路的電容器連續(xù)通過電流30A，40A......200A，每一級電流增加10A，每級通電1h。試后未見箱殼鼓脹，也未見其他表明電容器內部短路熔接不良引起的現(xiàn)象發(fā)生。
　　2)對短路電容器進行投切試驗。故障電容器與完好電容器相串聯(lián)用開關進行投切50次，另外還在試驗變壓器輸出側并聯(lián)電容器組對試品進行了10次耐涌流試驗。試品沒有出現(xiàn)任何問題。
　　3)電容器的損耗試驗。為驗證短路電容器單元長期穩(wěn)定性和保持低損耗，取3臺在出廠試驗中有一個元件擊穿的電容器進行了壽命試驗。試驗環(huán)溫50℃，施加電壓為電容器額定電壓的1.25倍，由于有一個元件擊穿，完好元件的實際過電壓系數為167%。經5400h的加速壽命試驗后，電容器的損耗保持在0.8~0.9×10-4，均在產品出廠容許的范圍內。
　　3 無熔絲電容器組的接線

       無熔絲電容器組的接線有圖2和圖3兩種方式，可根據具體情況選用。表1給出了若干計算舉例，包括元件擊穿后引起的完好元件過電壓、完好電容器單元過電壓及故障相電容的變化。從中可以看出，單元中元件串聯(lián)數越多，元件過電壓越低。單元內元件無分支的結構，完好元件過電壓稍低，但元件擊穿后相電容增加較大。電壓等級越高，完好元件和單元過電壓越低。
      4 無熔絲電容器的優(yōu)點

　　無熔絲電容器能隔離故障元件、使電容器在容量僅發(fā)生微小變化的條件下保持正常運行，能達到內熔絲電容器或外熔絲電容器所具有的保護功能。相比之下，無熔絲電容器尚具有如下優(yōu)點：
　　(1)與內熔絲電容器或外熔絲電容器相比，無熔絲電容器單元和內部元件并聯(lián)儲能較小，元件擊穿時不易損傷臨近元件或對殼絕緣(須知，元件故障若造成對殼主絕緣的擊穿，其后果是非常嚴重的)，有利于防止故障的擴大或外殼爆炸。
　　(2)與外熔絲電容器相比，裝置結構緊湊，節(jié)省安裝空間。設備簡化，使運行故障率降低。
　　(3)因不存在內熔絲和外熔絲上的損耗，所以無熔絲電容器的整體損耗較低。
　　(4)與內熔絲電容器相比，成本較低，結構簡單，有利于減少制造質量缺陷;元件容量大、數量少，生產效率較高。
　　5 無熔絲電容器的使用范圍

　　(1)使用于系統(tǒng)電壓等級較高的場合，以35kV為界。美國GE公司介紹，330kV電容器組的電容器單元為16串，單元內元件7串，每相共112串，一個元件(即一個串聯(lián)段)擊穿引起的過電壓不到1%。
　　(2)電容器組的容量限制：主張以內熔絲電容器為主的ABB公司認為，無熔絲電容器僅適用于電壓高、容量小的場合，如圖4所示。美國認為無熔絲電容器的應用在整組容量上沒有限制。

　　(3)電容器單元參數限制：研究認為，應限制流過元件擊穿點(即每分支)的電流不超過60A。這就對電容器單元的電壓和容量作出了限制。對于內部有元件分支的電容器單元，額定電壓應在10kV以上。美國GE公司經驗，元件介質厚度以25~30μm(重量法)或28~34μm(千分尺法)為宜。
       6 結語
　　(1)文中借助國外的實踐經驗，介紹了無熔絲電容器的概念、原理、接線，進行了應用分析。正象外熔絲、內熔絲電容器一樣，無熔絲電容器為我們提供了一種電容器設計方式。在高電壓領域無熔絲電容器適用性較好,從外部特性來看，可達到與內熔絲同樣的效果，另外還具有結構簡單、節(jié)省成本、生產效率高、可減少質量缺陷、降低電容器外殼爆炸幾率等優(yōu)點。

　　(2)電容器介質材料、產品設計和制造技術都在不斷發(fā)展，目前無熔絲電容器設計技術在我國尚未廣泛應用，需要通過應用實踐加以認識，不斷完善和提高，充分發(fā)揮其技術上和經濟上的優(yōu)越性。