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集合式II型电容器 集合式II型电容器简介
集合式II型电容器(Tank)
特长及内部结构
1) 小 型∶与以前的罐式集合式电容器比较可以大大减少占地面积。
2) 长寿命∶极为高度的可靠性、便于维修。
单台40.5/√3-20000kvar 运行在江苏500kV锡西南变电站[2007年12月投运]
集合式电容器是上世纪八十年代国内借鉴日本集合式II型电容器技术并结合中国特点开发出的一类电力电容器产品，该类产品在1985年开发成功，在以后二十年的发展过程中，已经形成额定电压66kV及以下，单台容量26000kvar及以下，系列齐全的一大类产品。在整个高压并联电力电容器市场占到近四分之一的市场份额。
综合近二十年的运行情况来看，集合式电容器近年来表现出较高的故障率，故障修理周期较长，投运率较低等等缺点。特别是在用电高峰期发生故障时，会严重影响电力系统的安全运行。
集合式II型电容器是一种全新设计理念的产品，由于日本土地资源紧缺、劳动力成本较高，要求用电设备占地面积尽可能小、维护工作量尽可能减少，所以日本最早开发产生了集合式II型电容器。该产品在日本已有几十年（最长已将近70年）的历史，我国在八十年代也进口了许多这类产品，分别在我国的东北、北京、上海等地区运行；运行至今产品性能一直很稳定，得到用户的一致好评。
我公司2003年与日本日新电机株式会社全面合资，引进了日本日新电机电容器的技术，克服传统集合式电容器产品的缺点，生产集合式II型电容器，从外形上看集合式II型电容器和目前国内普通集合式电容器比较接近，但从内部结构及设计理念上却相去甚远。
设计理念（整体设计思路以近似于零故障思路进行）
日新以优化的整体结构、低损耗、近似于零故障作为电容器的设计理念，日新公司进行了大量的基础研究，发现出电容器损坏的各种原因，并进行关鍵点的控制，使设计出的产品故障率趋向于零。
作为单台小容量（50－800KVar）电容器，在设计时就已考虑到允许它有一定的故障率。根据国际一些标准来看，单台小容量（50－800KVar）电容器在使用了20年，有90%还能保留下来的话，就表明其是合格的。单纯以这种标准来看，一年允许0.5%的故障率，也就20年可以允许损坏10%。另外，根据我公司了解及综合客户使用情况来看，这一故障率比理论数据要高，某些厂家的产品更是高出了很多。而且作为单台小容量（50－800KVar）电容器最基本的考虑方式，就是如果坏了就可以进行更换，也就是说局部或部分可以更换，从而可以将其整体使用寿命延长，这是由于其维修更换的灵活性而延伸出的单台小容量（50－800KVar）电容器设计理念允许有一定的运行故障率。
但是集合式II型电容器的设计理念是不一样的，出于用户对产品高可靠性的要求，是从如何将其故障率压缩到无限接近于零来设计的。首先电容器作为设备，其故障率要想完全为零这是不可能的，但是我公司可以做到将其接近趋向于零，这点是可以做到的。这就是设计理念与单台小容量（50－800KVar）电容器完全不一样的地方。
为了使故障率趋向于零我公司主要针对以下两个个方面做了很多工作
一．绝缘结构的设计及制造工艺
a．场强设计（场强控制在较低水平，具有较高的耐过电压过电流水平，保证装置的使用寿命。设计场强E=U/d，产品体积V=d·S，容量C=εS/4πkd）
我公司不过分追求过高的场强。一般电容器介质存在VT特性，以数轴来形容的话，假设竖轴就是场强，横轴就是时间；
从其曲线上看，某一场强就对应一个时间。假定某个场强下的产品，可以使用20年，如果我公司改变一下其场强，可能就可以使用50年。也就是说通过改变了场强后其使用寿命得到了延长。
在这方面世界范围内有很多的专家写了大量的相关论文。我公司一惯坚持：在场强选取上，没必要选取过分高的取值。
那么场强取值低到哪个程度才是较为合理的呢？首先，并不是场强取得赿低就赿好。场强的特性是：产品的体积和其平方成反比。（电容器两极板间的电场强度E的变化：E=U/d，E与d成反比； E="U/d=Q/Cd、C∝εS/d，故E∝Q/εS，即E跟ε成反比、跟两极板正对面积S成反比；C=εS/4πkd=E2εV/4πkU2，可见V与C成正比，V与E2成反比。）
b．卷绕方式（采用三膜结构）
电容器的简单构造：在电极中间是夹薄膜的结构，外面是铝箔层，里面是薄膜层，即：铝箔加上薄膜卷绕起来就形成电容器的元件。在两膜结构中，如果薄膜上一旦有薄弱点的时候，就容易形成击穿点。基于这样，我公司采用了三层膜的结构，也就是降低了薄膜上出现薄弱点重合的机率。
例如：一台6000kvar电容器，里面的薄膜全部展开的话，面积可能会达到足球场那么大。这么大的面积是不允许有薄弱点的，哪怕是一个针孔或一个异物都是不允许的。根据各个电容器厂家的技术，作业环境的不同，会有所差异，但三膜结构将出现问题的几率降到了最低。
c．绝缘油介质[采用环氧添加剂（日本日石公司PXR），通过活性键吸收绝缘介质老化产生的活性氢离子，有效延长老化]
我公司使用的绝缘油与其它厂家不一样，电容器油是比较特殊的一种绝缘油。因为电容器元件极板间的间距非常小，这距离通常只有几十（20~45μm）微米。距离非常小但电压却是很高的，像这种情况在其它类型设备中一般没有这种现象。因此注入其中的油层是很特殊的，油的特殊性首先是其在很小的空间里，油必须都能渗透进去，只有浸渍性能很好的绝缘油才能达到这样的目的。
另外，要求其有足够的析气性，就是油要能够吸收里面所产生的气体的功能。在电容器内部很小空间里面会有一些放电现象，发生放电现象会将周围一部份油气化，气化后的气体存在方式是微米值为单位的小气泡，一般情况下这样很小的气泡会很快溶入油中，也就是所用的油要具有易吸收这些气体的特性。
通过使用我公司和日本日石公司共同研究开发的这种特殊的油品，使我公司的产品能够达到30年以上安全使用寿命。我公司现在在中国所使用的是在日本已经拥有相当高的业绩的油品。
d．元件卷绕（采用专用设备，制造大元件）
我公司集合式II型电容器电容器内部采用大元件直接串并联，元件电容量在30～40μF左右，无带铁壳的小单元电容器这一中间产品。
采用大元件比较于采用小元件的优点为：元件数量大大减少，以35kV 6680kvar产品为例，集合式II型电容器的元件约为150个，而国内普通集合式电容器元件约为1400个左右，元件约为集合式II型电容器产品的近10倍，这样集合式II型电容器产品可以大大改善元件在运行时的统一性；元件数量的大幅度减少可以减少元件容量的分散性及由此产生的运行中个别元件的过电压问题；同时元件数减少使操作更容易，生产效率更高。采用大容量元件，元件的尺寸约为50*50cm，而常规小元件尺寸为10*30cm，元件电场畸变较厉害的R角个数也减为原来的十分之一，大大降低元件发生故障的几率。
采用大元件比较于采用小元件的优点为：元件数量大大减少，以35kV 6680kvar产品为例，集合式II型电容器的元件约为150个，而国内普通集合式电容器元件约为1400个左右，元件约为集合式II型电容器产品的近10倍，这样集合式II型电容器产品可以大大改善元件在运行时的统一性；元件数量的大幅度减少可以减少元件容量的分散性及由此产生的运行中个别元件的过电压问题；同时元件数减少使操作更容易，生产效率更高。采用大容量元件，元件的尺寸约为50*50cm，而常规小元件尺寸为10*30cm，元件电场畸变较厉害的R角个数也减为原来的十分之一，大大降低元件发生故障的几率。
e．元件布置结构
采用元件直接串并联直接放入箱体中构成产品的方式，不采用将单元电容器进行组装构成产品的方式。这样做的优点有：
1. 可以形成较好的油循环，有利于产品散热。采用单元电容器时，单元电容器内部的油循环较差热量传递困难。集合式II型电容器中无单元电容器，直接由元件构成芯体后装于大箱体中，大箱体内有较大的油隙，可形成大空间内的油循环。减少了热传递的中间环节，明显改善了热传递梯度分布，有利于产品的温升性能。采用单元电容器时热传递要经过：元件--电容器油－单元电容器的壳壁—变压器油--大箱体壳壁—空气，而集合式II型电容器经过的路径为：元件—电容器油—箱体壳壁—空气，加上大空间内的油循环，热的梯度分布明显改善。
2.单台电容器元件组装采用紧箍带，会随力的不同长度发生变化，使产品压紧系数不稳定，元件内油隙也不稳定，对产品浸渍性能及容量控制会造成影响。集合式II型电容器的大元件组装采用集合铁板，消除了这一影响。
3.元件直接组装省去了单元电容器组装时的台与台之间的间距，可使产品在同等场强时体积缩小50%以上。在保持体积不变时，场强可大大降低，使产品可靠性更强。
f．元件结构
采用大元件无熔丝结构。
采用大元件，如有故障，容量变化大，输出信号大，保护回路不会误动。
采用体积重量均较大的大元件作为电容器的基本组成单元。在同等容量的情况下，元件数大大减少，这样既可以减少生产过程中原材料与人接触的机率，又可以减少元件质量分散的机率，同时由于质量大，对元件进行的操作均必须采用标准化作业，减少操作的随意性，有利于提高产品质量。
电容器的发热是由各种损耗造成的，其中主要是原材料损耗和熔丝的损耗，原材料的损耗基本固定，不加熔丝会明显改善产品的热性能。
g．元件接线方式（元件连接采用压接方式，使用专用工具，避免焊接存在虚焊的可能）
元件的连接方式采用机械压接的方式，这种连接方式采用特制的压接端子以机械固定的方式将引线和元件电极连接在一起，强度高，看得见，连接可靠，不易出现操作失误；压接端子经过特殊钝化处理,不会发生毛刺放电。而国内普通集合式单元中元件的连接采用焊接的方式进行，数量多，焊接后不易检查，易发生虚焊、放电等而导致电容器损坏。 h．产品整体结构
采用全密封结构，整个寿命过程不需取油样，无日常维护要求。
I．制造工艺
我公司是采用从日本进口的卷制机来卷绕宽幅大元件，解决了在卷绕过程中易出现的褶皱问题。元件的联接，我公司没有采用国内普遍的焊锡结构。为了确保连接的可靠性，我公司采用端子压接式的结构。
真空处理采用三步法，真空干燥、注油、热烘分步进行，处理终点以处理效果来判定不以固定时间来判定，保证达到工艺要求，使工艺过程合理化，科学化。真空干燥过程采用双抽变压法先进工艺，注油过程采用炉外单抽单注、加压浸渍工艺，保证浸渍充分。
我公司采用这套工艺制作的产品在日本电力公司拥有广泛业绩。而且这套工艺是和国内所有厂家生产工艺是完全不同的，只有我公司公司具有这一套很独特的生产工艺。
我公司的电容器在客户使用过程中能够始终保持内部有一定的正压力。
因为在使用过程中会有内部气体吸收方面的问题，在我公司研究过程中发现，在电容器内部适当保持一定压力，能够延长其使用寿命。
另外，我公司设计、制造过程中还考虑到其他很多方面的因素，在此就对以上主要的几点作一简单的说明介绍。
二．检查、试验
我公司的所有工艺过程中每个阶段都会有一个检查项目在里面，这样能保证在每一工序检查中，每一台产品都有一份相应的记录表。另外，每道工序都会有检验的过程。在公司内部我公司称为“工序内的检查”。
电容器单台大容量产品采用整体试验，关键数据如局放、损耗为整台产品试验结果，不采用单元替代的方式，这种试验方法，结果准确，分散性小。而原有的集合式电容器的局放、损耗均在单元上进行，组装好后由于容量较大，内部接线较多，一般均不进行整体局放和损耗试验，而集合式II型电容器则是进行整体局放和损耗试验。
由于电容器的容量非常大，所以我公司需要一个很大的电抗器的补偿量。比如：我公司做的10000kvar的电容器其试验电压是额定电压的2.15倍，而电抗器的补偿量与试验电压的倍数是平方关系，这一推理说明10000kvar的电抗器容量需要约40000kvar电抗器容量，这些我公司都拥有齐全的设备。
由于电容器的容量非常大，所以我公司需要一个很大的电抗器的补偿量。比如：我公司做的10000kvar的电容器其试验电压是额定电压的2.15倍，而电抗器的补偿量与试验电压的倍数是平方关系，这一推理说明10000kvar的电抗器容量需要约40000kvar电抗器容量，这些我公司都拥有齐全的设备。
在这里要强调的是集合式II型电容器是直接测量的内部元件温升，而国内普通集合式电容器内部是由若干个小单元组成的，其小单元的温度也有差异，单元和箱壳也存在着差异；另外目前单台小容量（50－800KVar）电容器内部元件留边只有5mm，元件间采用锡焊的方式连接损耗大，而集合式II型电容器内部大元件留边30mm，具备了一个冷却的功效，同时元件间采用端子压接的方式损耗小。
我公司做过对比试验，正常运行时普通集合式电容器的温升要比集合式II型电容器的温升高出7~8度。电容器的绝缘介质是由高分子材料聚合而成，温升会引起高分子链不同程度的解聚，导致绝缘介质最终被击穿，国际电容器行业关于电容器温度对产品寿命的影响，有一个通行的8度原则，即运行温度每升高8度，电容器寿命降低一半。
电容器漏油是一件非常麻烦的事情，为了确保不漏油，我公司有一套完善的工艺：
实践证明上述工艺流程能够充分保证电容器不发生渗漏油。另外集合式II型电容器是满油的形式，内部没有空气，完全充满油的，完全隔绝了老化现象，至少能保证30年以上。并且我公司配有一个油量调整的装置----进口不锈钢膨胀器，通过温度的变化进行补油的调整，同时油是完全密封的，也就防止里面油的氧化和老化，所以从电容器的使用寿命上可以延长其使用寿命。这也是我公司经过多次验证后得出的结论。
在场强一定的情况下，200kvar电容器体积是100kvar电容器体积的两倍。也就是说场强赿低，体积赿大。
但是通过我公司的努力，同样的容量，我公司集合式II型电容器空间降低到同等容量设备的70%左右（国内普通的集合式电容器其内部有很大一部分空间不能利用）。相对国内内部是单台单元结构的集合式电容器，我公司在整个成套装置体积上来讲，设备的体积是大大缩小。
集合式II型电容器(Tank)
特长及内部结构
1) 小 型∶与以前的罐式集合式电容器比较可以大大减少占地面积。
2) 长寿命∶极为高度的可靠性、便于维修。
单台40.5/√3-20000kvar 运行在江苏500kV锡西南变电站[2007年12月投运]
单台电容器小单元设备(黄色虚线) 集合式（Tank）电容器装置(红色虚线)
154kV 全绝缘电容器装置 （80,000kvar XL/XC="6%" ）