一种新颖的电容器真空干燥浸渍工艺 电容器是如何工作的

1　前言
　　电力电容器真空干燥浸渍的目的是排除电容器芯子中的水分和气体，然后用经过净化处理并试验合格的浸渍剂灌注浸渍，填充产品内部固体间的所有空隙，以提高产品的电气性能。
　　现有的电力电容器真空干燥浸渍工艺要经历加热、低真空、高真空、降温、注油和浸渍这几个阶段。用测量真空度是否达到工艺要求和规定一定的时间来决定每一阶段是否结束，是否可以进入下一个阶段。它的缺点是进入注油阶段前，电容器芯子中的水份是否已充分逸出是没法真正判断的。在一定的温度下，工艺所要求的真空度和时间已达到，但水分子的蒸发和凝结已达到动态平衡，电容器芯子中的水分也许未能完全排出，就进入灌注阶段，这将影响电容器电气性能。另一种情况是工艺时间虽没有到，但电容器芯子中的水分已充分逸出仍在继续抽真空，浪费大量的能源。因此，我们要寻找一种新工艺来判断真空干燥是否真正结束而可以进入灌注阶段。以便提高电容器的电气性能，节省能源。
　 “变压法”真空干燥浸渍工艺能弥补以上不足。它把低真空、高真空合二为一，在此阶段通过向真空罐内充干燥空气来改变罐内真空度，以便电容器芯子中的水分能充分逸出。通过一定的方法寻找一个结束点来判断真空干燥是否真正结束而进入灌注阶段。
2　“变压法”真空干燥的原理
　　传统真空干燥原理：传统的电容器真空干燥是通过给真空罐内的电容器加热，增加电容器芯子中所含水分子的动能（W＝KT²／2），使其变成水蒸汽从绝缘材料中蒸发出来，增加了电容器芯子中的水蒸汽的分压。再对真空罐抽真空，降低电容器周围空间的压力，这样电容器芯子和周围空间就形成了一个压力差ΔP，从而使水蒸汽从电容器芯子中扩散、迁移到周围空间由真空泵抽走，达到排除电容器芯子中水分和气体的作用，传统方法要达到好的干燥效果，一是提高温度，使电容器芯子中的水分能获得足够的动能变成水蒸汽，但温度过高，绝缘材料会出现老化现象，损坏其绝缘性能。二是提高真空度，以增加ΔP抽除电容器芯子中的水分和气体；真空度较高，水蒸汽的饱和蒸汽压降低，水分子容易变成蒸汽逸出。但真空度也不能无限制的提高，它受真空泵的极限真空度的限制，再有真空度过高，气体分子的热传导降低，绝缘材料中的水分子不能获得足够的能量而蒸发，反而会影响电容器芯子中的水分蒸发的速度。后在一定的温度和真空度下，水分的蒸发和凝聚达到一个动态平衡，电容器芯子中的水分子不能彻底排出，影响电容器的电气性能。三是延长干燥时间，浪费了大量的能源。
　　“变压法”真空干燥的原理：在传统的电容器真空干燥原理的基础上扬长避短。在真空干燥控制的温度范围内，当抽到一定的真空度时，绝缘材料中的水分的蒸发和凝结达到动态平衡时，由于真空罐内气体分子的热传导降低，绝缘材料的毛细孔中的水分不能获得足够的能量变成水蒸汽。这时通过一个放气阀向罐内放入一定量的干燥空气，以提高真空罐内气体分子的热传导，绝缘材料从表层到深层传递能量，使其毛细孔中的水分能获得足够的能量变成水蒸汽逸出被真空泵抽走。当又抽到一定的真空度时，再向罐内充一定干燥空气……。这样反复几次，大大的提高了电容器芯子中的水分子蒸发的速度，达到彻底排除电容器芯子中的水分和气体的作用。再通过一定的方法寻找一个结束点来判断真空干燥是否真正结束而进入灌注阶段。
3　“变压法”真空干燥浸渍设备

　　要实现“变压法”真空干燥浸渍工艺，首先对现有的真空设备进行改造。
3．1　对现有真空罐的加热系统进行改造，在现有的真空罐内底部加两路排管，蒸汽从罐尾分两路进入罐底的排管中，两路排管各通过3根管子把蒸汽引入罐夹套，从而对电容器进行加热。为使夹套中的冷凝水及时排出夹套，在真空罐外底部加一排水管，通过3个管子和罐夹套相连，当夹套有积水首先流入排水管，在排水管出口处安装了过滤器、排污阀、疏水器，还有一个液位器，平时疏水器工作，及时排出罐夹套中的积水，当积水过多达到液位器中所规定的红线位置，打开排污阀排出积水，保证了罐夹套中没有积水，使蒸汽更有效的加热罐内的电容器。由实验可知：通过把铂电阻温度探头放在罐内、罐中、罐尾、罐左、罐右、罐顶、罐底，及3台芯子中放有铂电阻温度探头的模拟电容器放在罐门、罐中、罐尾，用引出线引出真空罐外，连接在自动测温仪上，每隔1小时打印一次，结果发现电容器芯子温升比改造前加快，罐内温度比改造前均匀，温差可控制在2℃以内。
3．2　真空机组仍采用滑阀式真空泵加二级罗茨泵，但主阀采用带位置指示器、波纹管轴封的高真空气动挡板阀，提高罐门、视镜窗等处的密封性能，使真空罐的总漏率控制在10Pa．L／s。
3．3　采用德国莱宝公司的TM21型真空计，抗污染的TR216规管，带打印控制部分，和信号输出功能。以便监督人工操作和对整个真空干燥浸渍过程进行自动控制。
3．4　在罗茨泵前安装冷却效果好的冷凝器，当电容器芯子中的水分蒸发为蒸汽被真空泵抽走后，经过冷凝器被冷却成水放出真空系统。防止水蒸汽乳化泵油，提高真空泵的抽气能力，延长真空泵的使用寿命。
4　“变压法”真空干燥是否真正结束的判断
4．1　判断的依据
　　当关闭高真空气动挡板阀t时间后，真空罐内的真空度由下式决定：
 
式中：t—关闭高真空气动挡板阀到测真空度之间的时间；
      V—真空罐的总体积；
      p_t—关闭高真空气动挡板阀t时间后真空罐内的真空度；
      p—关闭高真空气动挡板阀前真空罐内的真空度；
      Q₀—真空罐的总漏率；
    —真空罐本身的表面放气、罐内电容器的芯子所含的气体和加热后蒸发的水蒸汽等所形成的放气量。
　　 由于真空罐内表面在t（t很小）时间内的放气可忽略不计，而在真空干燥真正结束时电容器芯子所含的气体和水蒸汽都被真空泵抽走，即≈0上式可得：p_t＝p＋Q₀t／V，当真空罐的总漏率一定，规定p、t为某一定值时，p_t应是定值。关闭高真空气动挡板阀t时间后测真空度，实际所测真空度p_n应趋于p_t，即p_n－p_t≤p_i（p_i为极小值），此时可判断电容器的真空干燥已真正结束，可以进入降温、注油、浸渍阶段直至出罐。

4．2　判断方法

　　当真空罐加热到工艺所要求的温度后开始抽真空，当真空度达到p时，关闭高真空气动挡板阀t后，观察真空计的测量值p₁，当p₁－p_t≥p_i时，则打开放气阀向罐内放干燥气体到p_b后关闭放气阀，再打开高真空气动挡板阀继续抽真空，当真空度又达到p时，重复上述过程，经过反复几次后，当关闭高真空气动挡板阀经过时间t后，真空计中的测量值p_n满足p_n－p_t≤p_i，可以判断电容器的真空干燥已真正结束，进入降温、注油、浸渍阶段。具体操作过程见表1。
　　由于各真空干燥浸渍设备不同，p_t、p、t、Q₀、p_b、p_i参数应该怎样选择，要通过实践摸索才能确定。

5　工艺试验

　　首先把真空罐及槽车中的积油用干布擦干净，然后关闭罐门加热抽真空，烘干内表面附着的积油使其变成蒸汽由真空泵抽走，直到内表面干燥为至，停止加热抽真空准备做工艺试验。
　　打开罐门把BFM_r12／2－334－1的电容器28台放在槽车内，按单台注油的方式连接好。然后关闭罐门，对真空罐加热到80～90℃后，打开滑阀泵抽真空，温度控制在80～90℃，当真空度达到1kPa时，打开二级罗茨泵继续抽真空，当真空度达到1Pa时，关闭高真空气动挡板阀和罗茨泵，5min后，其真空度下降至2．56Pa，因2．56－1．35＞0．1，

（由p_t＝p＋Q₀t／V计算得1．35Pa，规定p_i为0．1），则打开放气阀向真空罐内充干燥大气至真空度70kPa，关闭放气阀，再打开高真空气动挡板阀抽真空达1kPa，再打开二级罗茨泵继续抽真空达1Pa，重复以上过程，直到关闭高真空气动挡板阀5min后，真空度下降为1．42Pa，1．42－1．35＜0．1，则可以判断真空干燥已真正结束。依次进入降温、注油、浸渍阶段直至出罐。再选二种型号的电容器在同一个罐里做试验，试验结果见表2，同时每　　一种型号的电容器取1台进行运行试验，测试数据与以前同类产品相比没有异常

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