直流输电(HVDC)工程需要大量的、多种用途的电力电容器产品,其造价约占换流站设备总价的10%。我国直流输电工程的不断发展,为电力电容器行业带来了良好的发展机遇。
从未来市场需求、技术难点和国产化现状三方面来看,我国HVDC工程主要需要7种电容器产品。
高压交流滤波和并联电容器
换流站需要安装的交流滤波电容器和并联电容器的容量很大。这类电容器可占换流站全部电容器造价的70%以上。
要解决的技术难点是:额定工作电压取值高,额定工作场强取值较高,高次谐波电压的算术和Uh为基波的2 0%~50%;在同一母线上电容器组数多、容量大,追加投切涌流大,这是一般交流变电站未曾遇到的,尤其是并联电容器更加投切频繁,运行条件苛刻。
国产化现状:目前,国内西安西电电力电容器有限责任公司等企业已先后为舟山、嵊泗工程所需交流滤波电容器,葛上工程所需的滤波电容器,天广和三常工程用并联电容器提供了合格的产品,目前正在加紧制造三广和贵广工程所需的并联电容器和滤波电容器。
高压直流滤波电容器
安装在换流站的直流侧,用以滤除直流输出电压中的高次谐波。这种产品的造价可占HVDC工程用电容器总额的10%~20%。
要解决的技术难点是:额定电压为线路最高直流电压与谐波电压的算术和,谐波电压占10%~40%;保护方式不能采用继电保护,只能采用内熔丝保护;爬电比距大,为50mm/kV。
国产化现状:目前,国内现有的HVDC工程用直流电容器主要靠进口。桂林电力电容器总厂于1996年研制并生产一批高压直流电容器,用于葛州坝换流站12/36次滤波支路,替代进口产品,至今运行良好。由于这类电容器技术上要求较高,因而是HVDC工程用电容器国产化的重点。
阀用电容器
在换流站中换流阀是核心设备,其中关键器件是大量串联运行的晶闸管元件,目前元件水平是7.2kV/3 000A。为保证晶闸管元件安全运行,在每只晶闸管上都并联一套RC阻尼元件,其中的电容器就叫做阻尼电容。另外有的设计还在每一个阀组件(含若干晶闸管元件串联)上安装两只电压较高的冲击均压电容器,和晶闸管串相并联,起均压作用。因此,阀用电容器用量较大。
要解决的技术难点是:阀厅里晶闸管和电抗器、阻尼电阻都是大量的发热元件,因此阀厅内温度很高,电容器通常设计为上限环温60℃;额定工作场强低,可靠性要求高;为防漏油引起火灾,应采用干式电容器。
国产化状况:西安西电电力电容器有限责任公司曾为舟山、嵊泗和葛上工程提供批量的阻尼电容器和冲击均压电容器,满足了工程需要。近年来国外发展了高压自愈式充气电容器,消除了油浸电容器故障后引起火灾的危险。目前国内企业正在按IEC61071《电力电子电容器》和国外先进企业标准研制新一代的干式高压自愈式电容器,以实现国外先进技术的国产化。
交流PLC电容器
包括换流站交流侧的电力线载波通信用耦合电容器和滤波电容器。
要解决的技术难点是:耦合电容器额定电容为5~10nF,通常是瓷套外壳的单柱式结构;保护既无继电保护,也无熔丝保护;介质工作场强一般比高压交流电容器降低25%;爬电比距为31~43mm/kV。
国产化现状:2002年西安西电电力电容器有限责任公司为葛上线南桥换流站生产了5台OAM230/√ 3-0.05H型PLC滤波电容器,2003年又为葛州坝换流站生产了2台OAM525/√3-0.0125H型P LC滤波电容器,用以替换进口产品,积累了一定的制造和运行经验,这对今后的HVDC工程完全实现国产化打下了良好基础。
直流PLC电容器
包括换流站直流侧的电力线载波通信用耦合电容器和滤波电容器。后者的作用是滤除PLC频率范围内(30 ~500kHz)的谐波,防止换流阀产生的高次谐波对直流PLC系统引起噪音干扰,或者防止直流中继站两侧PLC 系统的相互干扰。目前,葛上、天广、三常工程用直流PLC电容器全部从国外进口。葛上电容器在运行中多次发生外绝缘污染和内部元件击穿,西安西电电力电容器有限责任公司于2000年研制并提供1台ZOAF500 -0.01H型耦合电容器,至今在麦元中继站运行良好;2003年又研制出 1台ZOAF500-0.05H型PLC滤波电容器供南桥换流站,其爬电比距为55mm/kV。因此,此类电容器具备国产化条件,能向今后的HVDC工程提供可靠设备。
中性线电容器
包括中性母线上的直流滤波用电容器和中性线保护用电容器。
中性线直流滤波电容器要解决的技术难点:与高压直流电容器相同,只是额定电压选为SIWL/2.6,试验电压为直流2.6倍额定电压。
中性线保护用电容器在某一频率(例如40kHz)下,电容和电感串联支路获得最低阻抗。这种电容器用量少,但技术要求较高。要解决的技术难点是:持续工作电压低(以谐波为主),操作过电压高;要求电容偏差极小,为± 0.5%。要求电容温度系数小。目前国内企业还没有能力生产此种产品。
直流断路器用电容器
与通常交流断路器用均压电容器的作用不同,通过电容器的充放电,在直流断路器回路形成正弦交流电流,就可利用普通交流断路器工作原理开断直流电流。这种电容器持续工作电压为零,操作过电压高,无继电保护和熔丝保护。可采用标准铁壳尺寸。目前国内企业尚未生产过此类电容器产品。
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电力电容器全行业(按13个主要生产厂统计)2002年完成工业总产值117174万元(当年价)、152689万元(不变价);完成产量9000万千乏;完成销售收入9376.4万千乏;完成利税总额6044.59 万元。
目前,全国生产高压电容器的厂家约18个,生产低压金属化并联电容器厂家约100个。其中主导企业有4 家,分别是:西安西电电力电容器有限责任公司、锦州电力电容器有限责任公司、桂林电力电容器总厂、无锡日新电机有限责任公司。4个厂的产值均在2亿元以上,4家的产量约占全行业产量的70%左右。电力电容器产品大致分为 13个系列,约100多个品种。主导产品为:高低压并联电容器及其成套装置、电容式电压互感器(CVT)等。
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