一种应用于柔直输电系统的薄膜电容及其生产工艺技术方案

本发明专利技术涉及薄膜电容技术领域，具体为一种应用于柔直输电系统的薄膜电容及其生产工艺，其能够有效提升薄膜电容的性能，满足柔直输电系统应用需求，薄膜电容的薄膜厚度为2‑10um，薄膜电容的薄膜由高结晶化树脂混合而成，薄膜电容的薄膜表面蒸镀有带图案的金属电极层形成安全隔离膜，薄膜电容的芯子由每个芯子组单独引出连接至母排，每个芯子组由并联的单芯子构成，生产工艺包括薄膜卷绕步骤、热定型步骤、成品检验步骤。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于柔直输电系统的薄膜电容及其生产工艺
本专利技术涉及薄膜电容
，具体为一种应用于柔直输电系统的薄膜电容及其生产工艺。
技术介绍
随着能源紧缺和环境污染等问题的日益严峻，优化能源结构，大力开发和利用可再生清洁能源是国家战略布局之一。然而，随着风能、太阳能等可再生能源利用规模的不断扩大，其固有的分散性、小型性、远离负荷中心等特点，使得采用交流输电技术或传统的直流输电技术联网显得很不经济。而海上钻探平台、孤立小岛等无源负荷,目前采用了昂贵的本地发电装置，既不经济，又污染环境。另外，城市用电负荷的快速增加，需要不断扩充电网的容量，但基于城市人口膨胀和城区合理规划，一方面要求利用有限的线路走廊输送更多的电能，另一方面要求大量的配电网转入地下。因此迫切需要采用更加灵活、经济、环保的输电方式解决以上问题。柔性直流输电（最早ABB称为“HVDCLight”，后面统一命名“VSC-HVDC”）技术是解决以上问题的最优方案，该技术对于提高交流系统的动态稳定性、增加系统的动态无功储备、改善交流系统电能质量，解决非线性负荷、冲击性负荷所带来的问题，具有较强的技术优势，也是智能电网建设中解决大容量、间歇式新能源发电并网的重要技术手段。柔性直流输电在解决远距离，大容量输电，新能源分布式电源接入，以及特大型交直流混合电网面临的诸多问题时都将展现出其特有的技术优势，是改变大电网发展格局的战略选择。电力是现代能源系统的主体，也是未来能源互联网的核心枢纽，2019年国家电网发布《泛在电力物联网建设大纲》，远距离大容量输电是电力传输的重点技术。作为新一代直流输电技术，柔性直流输电为电网输电方式的变革和构建未来智能电网提供了有效的解决方案。大容量高压薄膜电容器是柔性直流输电的核心部件，该成果的应用不仅可以缩短柔直系统中阀控系统的调试时间、减少因阀控系统问题导致的换流站非计划停机次数，创造更多经济效益，而且可以提高阀控系统可靠性，减少设备维护及故障造成的硬件更换次数，降低设备运行及软硬件维护成本。但是大容量高压薄膜电容器的关键技术被国外技术垄断，如果实现自主掌握和国产化是当前亟需解决的问题。
技术实现思路
为了解决现有国内超大容量低电感高压薄膜电容性能无法满足柔直输电系统应用需求的问题，本专利技术提供了一种应用于柔直输电系统的薄膜电容及其生产工艺，其能够有效提升薄膜电容的性能，满足柔直输电系统应用需求。其技术方案是这样的：一种应用于柔直输电系统的薄膜电容，其特征在于，所述薄膜电容的薄膜厚度为2-10um，所述薄膜电容的薄膜由高结晶化树脂混合而成，所述薄膜电容的薄膜表面蒸镀有带图案的金属电极层形成安全隔离膜，所述薄膜电容的芯子由每个芯子组单独引出连接至母排，每个所述芯子组由并联的单芯子构成。其进一步特征在于，所述树脂为聚丙烯；所述安全隔离膜包括被绝缘网格分割的电极单元块，相邻的所述电极单元块之间通过蒸镀的金属线之间间隙连通；所述图案为T形或网格状形。一种应用于柔直输电系统的薄膜电容的生产工艺，其包括薄膜卷绕步骤、热定型步骤、成品检验步骤，薄膜卷绕步骤如下：（1）芯子内层插入无镀层的内衬薄膜，烙铁烫封在内衬薄膜上；（2）上下两层金属化薄膜错开卷绕，增加爬电距离；（3）芯子外圈插入无镀层的外包光膜，烙铁烫封在外包光膜上，其特征在于，热定型步骤中采用仿形夹具固定住芯子且采用分阶段升温控制，成品检验步骤中，老练时使用dv/dt脉冲电流，老化挑选时进行应力筛选试验，让产品渡过电子产品失效分布中的早期失效期，最终成品运行在偶然失效期。其进一步特征在于，分阶段升温控制如下：经过30min温度从50℃升至65℃并保持2h，经过30min温度从65℃升至85℃并保持4h，经过30min温度从85℃升至120℃并保持4h，经过30min温度从120℃升至125℃保持1h，最后经过60min温度降至50℃出炉。采用本专利技术后，对薄膜电容结构本身做改进，降低薄膜厚度并采用高结晶化树脂，确保了耐压水平，增加了安全隔离膜，在发生破坏击穿时能够快速响应，确保安全可靠，芯子组由并联的单芯子构成，每个芯子组单独引出连接至母排，有效降低了自身电感，减少高频情况下分流不均的影响；生产工艺中，热定型步骤中采用仿形夹具固定住芯子且采用分阶段升温控制，，在薄膜收缩过程中防止形状回弹，保证收缩一致，应力分配均匀，检验把不良产品挑选出来，确保出厂产品的质量，综上所述，本专利技术可以有效提升薄膜电容的性能，满足了柔直输电系统应用需求。附图说明图1为三种不同薄膜厚度下芯子尺寸示意图；图2为高耐电压薄膜示意图；图3为金属化安全隔离膜示意图；图4为电容器芯子连接示意图；图5为柔直电容内部连接结构示意图；图6为不同芯子形状应力对比示意图；图7为元器件失效“浴盆曲线”示意图。具体实施方式一种应用于柔直输电系统的薄膜电容，薄膜电容的薄膜厚度为2-10um，见图1所示，给出了从左到右分别为2μm、2.5μm、3μm薄膜所卷绕芯体大小，薄膜厚度越薄，芯子尺寸越小，电容量与薄膜厚度成平方反比关系，小型化最有效的手段是降低薄膜厚度，但薄膜耐压又与厚度成正比，如何保证其耐压成了其技术难点，因此薄膜电容的薄膜由高结晶化树脂混合而成，见图2所示，在保证耐压前提下降低薄膜厚，树脂为聚丙烯。金属化薄膜电容器的各种失效模式中，击穿是其中最严重的一种模式，不但容量的衰减会对设备的运行带来影响，最大的风险在于爆炸或者燃烧等涉及安全性能的后果。在高压及大容量的电容器系统中，其储存的能量非常惊人，其崩溃式的失效模式是不可接受的。传统的电力电容器的保护方法为增加热熔保险丝的方式在电路中与电容串联，在柔性直流输电系统的应用中，对电容器有低电感低等效串联电阻的要求，这种串联热熔丝的方式不再适用。现在采用的是在薄膜金属蒸镀过程中增加隔离“保险丝”的方式能解决这个问题，即在薄膜电容的薄膜表面蒸镀有带特殊图案的金属电极层形成安全隔离膜，它以优质的聚丙烯薄膜作为介质基材，在高真空（2×10-4mbar）的条件下把电极金属蒸发、沉淀在薄膜表面，形成具有特殊图案、起防爆作用的极薄的（厚度只几十纳米）电极镀层，制造成能直接卷制防爆电容器元件的“金属化安全隔离膜”，如图3所示，给出了网格状，安全隔离膜的工作原理：电极镀层制作成被绝缘网络分割成很多的电极小单元块；每个小单元块有数个个微型接点与四周相邻的单元块连通，起保险丝作用；这种微型保险丝在每平方米安全膜上有2～4万条之多。以这种电极镀层结构的金属化安全膜制成的电容器，工作中如遇到电压过高、或介质薄膜某一点耐压不够而击穿时，位于该点的电极小单元的周围小保险丝接点将被击穿电流熔化蒸发掉，使击穿部分的小单元与周围隔离，使电容器母体仍保持正常工作。由于微型保险丝的设计保证其工作非常灵敏，使击穿电流的大小得到限制，在自我保护动作时对相邻膜层不产生蔓延性影响。使用金属化隔离安全聚丙烯膜制造防爆电容器，在遇到电容器过电压击穿时，能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于柔直输电系统的薄膜电容，其特征在于，所述薄膜电容的薄膜厚度为2-10um，所述薄膜电容的薄膜由高结晶化树脂混合而成，所述薄膜电容的薄膜表面蒸镀有带图案的金属电极层形成安全隔离膜，所述薄膜电容的芯子由每个芯子组单独引出连接至母排，每个所述芯子组由并联的单芯子构成。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用于柔直输电系统的薄膜电容，其特征在于，所述薄膜电容的薄膜厚度为2-10um，所述薄膜电容的薄膜由高结晶化树脂混合而成，所述薄膜电容的薄膜表面蒸镀有带图案的金属电极层形成安全隔离膜，所述薄膜电容的芯子由每个芯子组单独引出连接至母排，每个所述芯子组由并联的单芯子构成。


2.根据权利要求1所述的一种应用于柔直输电系统的薄膜电容，其特征在于，所述树脂为聚丙烯。


3.根据权利要求1所述的一种应用于柔直输电系统的薄膜电容，其特征在于，所述安全隔离膜包括被绝缘网格分割的电极单元块，相邻的所述电极单元块之间通过蒸镀的金属线之间间隙连通。


4.根据权利要求1所述的一种应用于柔直输电系统的薄膜电容，其特征在于，所述图案为T形或网格状形。


5.一种应用于柔直输电系统的薄膜电容的生产工艺，其包括薄膜卷绕步骤、热...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞广铨，陈栋，
申请(专利权)人：无锡宸瑞新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32