直流輸電(HVDC)工程需要大量的、多種用途的電力電容器產品,其造價約占換流站設備總價的10%。我國直流輸電工程的不斷發(fā)展,為電力電容器行業(yè)帶來了良好的發(fā)展機遇。
從未來市場需求、技術難點和國產化現狀三方面來看,我國HVDC工程主要需要7種電容器產品。
高壓交流濾波和并聯電容器
換流站需要安裝的交流濾波電容器和并聯電容器的容量很大。這類電容器可占換流站全部電容器造價的70%以上。
要解決的技術難點是:額定工作電壓取值高,額定工作場強取值較高,高次諧波電壓的算術和Uh為基波的2 0%~50%;在同一母線上電容器組數多、容量大,追加投切涌流大,這是一般交流變電站未曾遇到的,尤其是并聯電容器更加投切頻繁,運行條件苛刻。
國產化現狀:目前,國內西安西電電力電容器有限責任公司等企業(yè)已先后為舟山、嵊泗工程所需交流濾波電容器,葛上工程所需的濾波電容器,天廣和三常工程用并聯電容器提供了合格的產品,目前正在加緊制造三廣和貴廣工程所需的并聯電容器和濾波電容器。
高壓直流濾波電容器
安裝在換流站的直流側,用以濾除直流輸出電壓中的高次諧波。這種產品的造價可占HVDC工程用電容器總額的10%~20%。
要解決的技術難點是:額定電壓為線路最高直流電壓與諧波電壓的算術和,諧波電壓占10%~40%;保護方式不能采用繼電保護,只能采用內熔絲保護;爬電比距大,為50mm/kV。
國產化現狀:目前,國內現有的HVDC工程用直流電容器主要靠進口。桂林電力電容器總廠于1996年研制并生產一批高壓直流電容器,用于葛州壩換流站12/36次濾波支路,替代進口產品,至今運行良好。由于這類電容器技術上要求較高,因而是HVDC工程用電容器國產化的重點。
閥用電容器
在換流站中換流閥是核心設備,其中關鍵器件是大量串聯運行的晶閘管元件,目前元件水平是7.2kV/3 000A。為保證晶閘管元件安全運行,在每只晶閘管上都并聯一套RC阻尼元件,其中的電容器就叫做阻尼電容。另外有的設計還在每一個閥組件(含若干晶閘管元件串聯)上安裝兩只電壓較高的沖擊均壓電容器,和晶閘管串相并聯,起均壓作用。因此,閥用電容器用量較大。
要解決的技術難點是:閥廳里晶閘管和電抗器、阻尼電阻都是大量的發(fā)熱元件,因此閥廳內溫度很高,電容器通常設計為上限環(huán)溫60℃;額定工作場強低,可靠性要求高;為防漏油引起火災,應采用干式電容器。
國產化狀況:西安西電電力電容器有限責任公司曾為舟山、嵊泗和葛上工程提供批量的阻尼電容器和沖擊均壓電容器,滿足了工程需要。近年來國外發(fā)展了高壓自愈式充氣電容器,消除了油浸電容器故障后引起火災的危險。目前國內企業(yè)正在按IEC61071《電力電子電容器》和國外先進企業(yè)標準研制新一代的干式高壓自愈式電容器,以實現國外先進技術的國產化。
交流PLC電容器
包括換流站交流側的電力線載波通信用耦合電容器和濾波電容器。
要解決的技術難點是:耦合電容器額定電容為5~10nF,通常是瓷套外殼的單柱式結構;保護既無繼電保護,也無熔絲保護;介質工作場強一般比高壓交流電容器降低25%;爬電比距為31~43mm/kV。
國產化現狀:2002年西安西電電力電容器有限責任公司為葛上線南橋換流站生產了5臺OAM230/√ 3-0.05H型PLC濾波電容器,2003年又為葛州壩換流站生產了2臺OAM525/√3-0.0125H型P LC濾波電容器,用以替換進口產品,積累了一定的制造和運行經驗,這對今后的HVDC工程完全實現國產化打下了良好基礎。
直流PLC電容器
包括換流站直流側的電力線載波通信用耦合電容器和濾波電容器。后者的作用是濾除PLC頻率范圍內(30 ~500kHz)的諧波,防止換流閥產生的高次諧波對直流PLC系統(tǒng)引起噪音干擾,或者防止直流中繼站兩側PLC 系統(tǒng)的相互干擾。目前,葛上、天廣、三常工程用直流PLC電容器全部從國外進口。葛上電容器在運行中多次發(fā)生外絕緣污染和內部元件擊穿,西安西電電力電容器有限責任公司于2000年研制并提供1臺ZOAF500 -0.01H型耦合電容器,至今在麥元中繼站運行良好;2003年又研制出 1臺ZOAF500-0.05H型PLC濾波電容器供南橋換流站,其爬電比距為55mm/kV。因此,此類電容器具備國產化條件,能向今后的HVDC工程提供可靠設備。
中性線電容器
包括中性母線上的直流濾波用電容器和中性線保護用電容器。
中性線直流濾波電容器要解決的技術難點:與高壓直流電容器相同,只是額定電壓選為SIWL/2.6,試驗電壓為直流2.6倍額定電壓。
中性線保護用電容器在某一頻率(例如40kHz)下,電容和電感串聯支路獲得最低阻抗。這種電容器用量少,但技術要求較高。要解決的技術難點是:持續(xù)工作電壓低(以諧波為主),操作過電壓高;要求電容偏差極小,為± 0.5%。要求電容溫度系數小。目前國內企業(yè)還沒有能力生產此種產品。
直流斷路器用電容器
與通常交流斷路器用均壓電容器的作用不同,通過電容器的充放電,在直流斷路器回路形成正弦交流電流,就可利用普通交流斷路器工作原理開斷直流電流。這種電容器持續(xù)工作電壓為零,操作過電壓高,無繼電保護和熔絲保護。可采用標準鐵殼尺寸。目前國內企業(yè)尚未生產過此類電容器產品。